koa源码阅读[3]-koa-send与它的衍生(static)

koa源码阅读的第四篇，涉及到向接口请求方提供文件数据。

第一篇：koa源码阅读-0
第二篇：koa源码阅读-1-koa与koa-compose
第三篇：koa源码阅读-2-koa-router

处理静态文件是一个繁琐的事情，因为静态文件都是来自于服务器上，肯定不能放开所有权限让接口来读取。
各种路径的校验，权限的匹配，都是需要考虑到的地方。
而koa-send和koa-static就是帮助我们处理这些繁琐事情的中间件。
koa-send是koa-static的基础，可以在NPM的界面上看到，static的dependencies中包含了koa-send。

koa-send主要是用于更方便的处理静态文件，与koa-router之类的中间件不同的是，它并不是直接作为一个函数注入到app.use中的。
而是在某些中间件中进行调用，传入当前请求的Context及文件对应的位置，然后实现功能。

koa-send的GitHub地址

原生的文件读取、传输方式

在Node中，如果使用原生的fs模块进行文件数据传输，大致是这样的操作：

const fs      = require('fs')
const Koa     = require('koa')
const Router  = require('koa-router')

const app     = new Koa()
const router  = new Router()
const file    = './test.log'
const port    = 12306

router.get('/log', ctx => {
  const data = fs.readFileSync(file).toString()
  ctx.body = data
})

app.use(router.routes())
app.listen(port, () => console.log(`Server run as http://127.0.0.1:${port}`))

或者用createReadStream代替readFileSync也是可行的，区别会在下边提到

这个简单的示例仅针对一个文件进行操作，而如果我们要读取的文件是有很多个，甚至于可能是通过接口参数传递过来的。
所以很难保证这个文件一定是真实存在的，而且我们可能还需要添加一些权限设置，防止一些敏感文件被接口返回。

router.get('/file', ctx => {
  const { fileName } = ctx.query
  const path = path.resolve('./XXX', fileName)
  // 过滤隐藏文件
  if (path.startsWith('.')) {
    ctx.status = 404
    return
  }

  // 判断文件是否存在
  if (!fs.existsSync(path)) {
    ctx.status = 404
    return
  }

  // balabala

  const rs = fs.createReadStream(path)
  ctx.body = rs // koa做了针对stream类型的处理，详情可以看之前的koa篇
})

添加了各种逻辑判断以后，读取静态文件就变得安全不少，可是这也只是在一个router中做的处理。
如果有多个接口都会进行静态文件的读取，势必会存在大量的重复逻辑，所以将其提炼为一个公共函数将是一个很好的选择。

koa-send的方式

这就是koa-send做的事情了，提供了一个封装非常完善的处理静态文件的中间件。
这里是两个最基础的使用例子：

const path = require('path')
const send = require('koa-send')

// 针对某个路径下的文件获取
router.get('/file', async ctx => {
  await send(ctx, ctx.query.path, {
    root: path.resolve(__dirname, './public')
  })
})

// 针对某个文件的获取
router.get('/index', async ctx => {
  await send(ctx, './public/index.log')
})

假设我们的目录结构是这样的，simple-send.js为执行文件：

.
├── public
│   ├── a.log
│   ├── b.log
│   └── index.log
└── simple-send.js

使用/file?path=XXX就可以很轻易的访问到public下的文件。
以及访问/index就可以拿到/public/index.log文件的内容。

koa-send提供的功能

koa-send提供了很多便民的选项，除去常用的root以外，还有大概小十个的选项可供使用：

options	type	default	desc
maxage	Number	0	设置浏览器可以缓存的毫秒数<br/>对应的Header: Cache-Control: max-age=XXX
immutable	Boolean	false	通知浏览器该URL对应的资源不可变，可以无限期的缓存<br/>对应的Header: Cache-Control: max-age=XXX, immutable
hidden	Boolean	false	是否支持隐藏文件的读取<br/>.开头的文件被称为隐藏文件
root	String	-	设置静态文件路径的根目录，任何该目录之外的文件都是禁止访问的。
index	String	-	设置一个默认的文件名，在访问目录的时候生效，会自动拼接到路径后边 (此处有一个小彩蛋)
gzip	Boolean	true	如果访问接口的客户端支持gzip，并且存在.gz后缀的同名文件的情况下会传递.gz文件
brotli	Boolean	true	逻辑同上，如果支持brotli且存在.br后缀的同名文件
format	Boolean	true	开启以后不会强要求路径结尾的/，/path和/path/表示的是一个路径 (仅在path是一个目录的情况下生效)
extensions	Array	false	如果传递了一个数组，会尝试将数组中的所有item作为文件的后缀进行匹配，匹配到哪个就读取哪个文件
setHeaders	Function	-	用来手动指定一些Headers，意义不大

参数们的具体表现

有些参数的搭配可以实现一些神奇的效果，有一些参数会影响到Header，也有一些参数是用来优化性能的，类似gzip和brotli的选项。

koa-send的主要逻辑可以分为这几块：

1. path路径有效性的检查
2. gzip等压缩逻辑的应用
3. 文件后缀、默认入口文件的匹配
4. 读取文件数据

在函数的开头部分有这样的逻辑：

const resolvePath = require('resolve-path')
const {
  parse
} = require('path')

async function send (ctx, path. opts = {}) {
  const trailingSlash = path[path.length - 1] === '/'
  const index = opts.index

  // 此处省略各种参数的初始值设置

  path = path.substr(parse(path).root.length)

  // ...

  // normalize path
  path = decode(path) // 内部调用的是`decodeURIComponent`
  // 也就是说传入一个转义的路径也是可以正常使用的

  if (index && trailingSlash) path += index

  path = resolvePath(root, path)

  // hidden file support, ignore
  if (!hidden && isHidden(root, path)) return
}

function isHidden (root, path) {
  path = path.substr(root.length).split(sep)
  for (let i = 0; i < path.length; i++) {
    if (path[i][0] === '.') return true
  }
  return false
}

路径检查

首先是判断传入的path是否为一个目录，(结尾为/会被认为是一个目录)。
如果是目录，并且存在一个有效的index参数，则会将index拼接到path后边。
也就是大概这样的操作：

send(ctx, './public/', {
  index: 'index.js'
})

// ./public/index.js

resolve-path 是一个用来处理路径的包，用来帮助过滤一些异常的路径，类似path//file、/etc/XXX 这样的恶意路径，并且会返回处理后绝对路径。

isHidden用来判断是否需要过滤隐藏文件。
因为但凡是.开头的文件都会被认为隐藏文件，同理目录使用.开头也会被认为是隐藏的，所以就有了isHidden函数的实现。

其实我个人觉得这个使用一个正则就可以解决的问题。。为什么还要分割为数组呢？

function isHidden (root, path) {
  path = path.substr(root.length)

  return new RegExp(`${sep}\\.`).test(path)
}

已经给社区提交了PR。

压缩的开启与文件夹的处理

在上边的这一坨代码执行完以后，我们就得到了一个有效的路径，(如果是无效路径，resolvePath会直接抛出异常)
接下来做的事情就是检查是否有可用的压缩文件使用，此处没有什么逻辑，就是简单的exists操作，以及Content-Encoding的修改 (用于开启压缩)。

后缀的匹配：

if (extensions && !/\.[^/]*$/.exec(path)) {
  const list = [].concat(extensions)
  for (let i = 0; i < list.length; i++) {
    let ext = list[i]
    if (typeof ext !== 'string') {
      throw new TypeError('option extensions must be array of strings or false')
    }
    if (!/^\./.exec(ext)) ext = '.' + ext
    if (await fs.exists(path + ext)) {
      path = path + ext
      break
    }
  }
}

可以看到这里的遍历是完全按照我们调用send是传入的顺序来走的，并且还做了.符号的兼容。
也就是说这样的调用都是有效的：

await send(ctx, 'path', {
  extensions: ['.js', 'ts', '.tsx']
})

如果在添加了后缀以后能够匹配到真实的文件，那么就认为这是一个有效的路径，然后进行了break的操作，也就是文档中所说的：First found is served.。

在结束这部分操作以后会进行目录的检测，判断当前路径是否为一个目录：

let stats
try {
  stats = await fs.stat(path)

  if (stats.isDirectory()) {
    if (format && index) {
      path += '/' + index
      stats = await fs.stat(path)
    } else {
      return
    }
  }
} catch (err) {
  const notfound = ['ENOENT', 'ENAMETOOLONG', 'ENOTDIR']
  if (notfound.includes(err.code)) {
    throw createError(404, err)
  }
  err.status = 500
  throw err
}

一个小彩蛋

可以发现一个很有意思的事情，如果发现当前路径是一个目录以后，并且明确指定了format，那么还会再尝试拼接一次index。
这就是上边所说的那个彩蛋了，当我们的public路径结构长得像这样的时候：

└── public
    └── index
        └── index # 实际的文件 hello

我们可以通过一个简单的方式获取到最底层的文件数据：

router.get('/surprises', async ctx => {
  await send(ctx, '/', {
    root: './public',
    index: 'index'
  })
})

// > curl http://127.0.0.1:12306/surprises
// hello

这里就用到了上边的几个逻辑处理，首先是trailingSlash的判断，如果以/结尾会拼接index，以及如果当前path匹配为是一个目录以后，又会拼接一次index。
所以一个简单的/加上index的参数就可以直接获取到/index/index。
一个小小的彩蛋，实际开发中应该很少会这么玩

最终的读取文件操作

最后终于来到了文件读取的逻辑处理，首先就是调用setHeaders的操作。

因为经过上边的层层筛选，这里拿到的path和你调用send时传入的path不是同一个路径。
不过倒也没有必要必须在setHeaders函数中进行处理，因为可以看到在函数结束时，将实际的path返回了出来。
我们完全可以在send执行完毕后再进行设置，至于官方readme中所写的and doing it after is too late because the headers are already sent.。
这个不需要担心，因为koa的返回数据都是放到ctx.body中的，而body的解析是在所有的中间件全部执行完以后才会进行处理。
也就是说所有的中间件都执行完以后才会开始发送http请求体，在此之前设置Header都是有效的。

if (setHeaders) setHeaders(ctx.res, path, stats)

// stream
ctx.set('Content-Length', stats.size)
if (!ctx.response.get('Last-Modified')) ctx.set('Last-Modified', stats.mtime.toUTCString())
if (!ctx.response.get('Cache-Control')) {
  const directives = ['max-age=' + (maxage / 1000 | 0)]
  if (immutable) {
    directives.push('immutable')
  }
  ctx.set('Cache-Control', directives.join(','))
}
if (!ctx.type) ctx.type = type(path, encodingExt) // 接口返回的数据类型，默认会取出文件后缀
ctx.body = fs.createReadStream(path)

return path

以及包括上边的maxage和immutable都是在这里生效的，但是要注意的是，如果Cache-Control已经存在值了，koa-send是不会去覆盖的。

使用Stream与使用readFile的区别

在最后给body赋值的位置可以看到，是使用的Stream而并非是readFile，使用Stream进行传输能带来至少两个好处：

1. 第一种方式，如果是大文件，在读取完成后会临时存放到内存中，并且toString是有长度限制的，如果是一个巨大的文件，toString调用会抛出异常的。
2. 采用第一种方式进行读取文件，是要在全部的数据都读取完成后再返回给接口调用方，在读取数据的期间，接口都是处于Wait的状态，没有任何数据返回。

可以做一个类似这样的Demo：

const http      = require('http')
const fs        = require('fs')
const filePath  = './test.log'

http.createServer((req, res) => {
  if (req.url === '/') {
    res.end('<html></html>')
  } else if (req.url === '/sync') {
    const data = fs.readFileSync(filePath).toString()

    res.end(data)
  } else if (req.url === '/pipe') {
    const rs = fs.createReadStream(filePath)

    rs.pipe(res)
  } else {
    res.end('404')
  }
}).listen(12306, () => console.log('server run as http://127.0.0.1:12306'))

首先访问首页http://127.0.0.1:12306/进入一个空的页面 (主要是懒得搞CORS了)，然后在控制台调用两个fetch就可以得到这样的对比结果了：

可以看出在下行传输的时间相差无几的同时，使用readFileSync的方式会增加一定时间的Waiting，而这个时间就是服务器在进行文件的读取，时间长短取决于读取的文件大小，以及机器的性能。

koa-static

koa-static是一个基于koa-send的浅封装。
因为通过上边的实例也可以看到，send方法需要自己在中间件中调用才行。
手动指定send对应的path之类的参数，这些也是属于重复性的操作，所以koa-static将这些逻辑进行了一次封装。
让我们可以通过直接注册一个中间件来完成静态文件的处理，而不再需要关心参数的读取之类的问题：

const Koa = require('koa')
const app = new Koa()
app.use(require('koa-static')(root, opts))

opts是透传到koa-send中的，只不过会使用第一个参数root来覆盖opts中的root。
并且添加了一些细节化的操作：

• 默认添加一个index.html

  if (opts.index !== false) opts.index = opts.index || 'index.html'

• 默认只针对HEAD和GET两种METHOD

  if (ctx.method === 'HEAD' || ctx.method === 'GET') {
  // ...
  }

• 添加一个defer选项来决定是否先执行其他中间件。
  如果defer为false，则会先执行send，优先匹配静态文件。
  否则则会等到其余中间件先执行，确定其他中间件没有处理该请求才会去寻找对应的静态资源。
  只需指定root，剩下的工作交给koa-static，我们就无需关心静态资源应该如何处理了。

小结

koa-send与koa-static算是两个非常轻量级的中间件了。
本身没有太复杂的逻辑，就是一些重复的逻辑被提炼成的中间件。
不过确实能够减少很多日常开发中的任务量，可以让人更专注的关注业务，而非这些边边角角的功能。