从Yargs源码学习中间件的设计

yargs中间件介绍

yargs 是一个用于解析命令行参数的流行库，它能帮助开发者轻松地定义 CLI（命令行接口），并提供参数处理、命令组织、help文本自动生成等功能。今天我们来学习一下它对中间件的支持。

中间件的API详细信息，可以查看这里：https://yargs.js.org/docs/#api-reference-middlewarecallbacks-applybeforevalidation

在 yargs 中，中间件（Middleware）是一种用于在命令行参数解析过程中，插入自定义逻辑的机制。中间件能够在参数验证之前或之后执行，允许开发者对 argv 对象进行操作或修改。通过中间件，开发者可以对命令行输入进行预处理、验证、转化，或者根据业务需求添加自定义操作。

其用途主要是这三个：

1. 参数的预处理：中间件可以在命令行参数验证之前执行，处理或修改 argv，比如对输入进行格式化。
2. 参数验证后的处理：中间件也可以在参数验证之后执行，用于进一步处理解析后的数据或生成特定的输出。
3. 全局中间件：中间件可以作用于所有的命令或选项，称为全局中间件。通过全局中间件，可以对所有命令的输入进行统一处理。

全局中间件

我们先看看api的介绍

.middleware(callbacks, [applyBeforeValidation])

• callbacks：可以是一个函数或函数列表。每个回调函数都会接收一个对 argv 的引用，argv 是一个包含命令行参数的对象。
• applyBeforeValidation（可选）：布尔值，默认为 false。如果设置为 true，则中间件将在验证之前执行，但在解析之后。

从这里可以看出，其可以定义单个或者多个中间件，也可以定义执行顺序。

下面来看几个例子：

const mwFunc1 = argv => console.log('I\'m a middleware function');
const mwFunc2 = argv => console.log('I\'m another middleware function');

yargs
  .command('myCommand', 'some command', {}, function(argv){
    console.log('Running myCommand!');
  })
  .middleware([mwFunc1, mwFunc2]).parse();

在这个例子中，当从命令行调用 myCommand 时，mwFunc1 首先被调用，然后是 mwFunc2，最后是命令的处理函数。控制台的输出将是：

I'm a middleware function
I'm another middleware function
Running myCommand!

require('yargs/yargs')(process.argv.slice(2))
  .middleware(function (argv) {
    if (process.env.HOME) argv.home = process.env.HOME
  }, true)
  .command('configure-home', "do something with a user's home directory",
    {
      'home': {
        'demand': true,
        'string': true
      }
    },
    function(argv) {
      console.info(`we know the user's home directory is ${argv.home}`)
    }
  )
  .parse()

在这个例子中，中间件用于从环境变量中填充 home 目录。由于中间件会接受一个形参argv，所以其也可以对该参数做二次修改。

command中间件

command中间件只对当前command生效，其会强制把applyBeforeValidation参数设置为false。其接口形式如下：

.command(cmd, desc, [builder], [handler])

command中间件只会在command运行的时候执行，所以它将晚于全局中间件执行。

require('yargs')
  .command('$0', 'accept username', () => {}, (argv) => {
    // The middleware will have been applied before the default
    // command is called:
    console.info(argv);
  })
  .choices('user', ['Goofy', 'Miky'])
  .middleware(argv => {
    console.info('gots here');
    const user = argv.user;
    switch (user) {
      case 'Goofy':
        argv.user = {
          firstName: 'Mark',
          lastName: 'Pipe',
        };
        break;
    }
    return argv;
  })
  .parse('--user Miky');

如何实现中间件

前面介绍了两种不同的中间件，那其内部是如何实现的呢？其内部主要依赖middleware.ts来处理全局中间件的添加、应用和管理。它定义了全局中间件的类和相关函数，并提供了工具来处理在命令行解析过程中的中间件逻辑。

https://github.com/yargs/yargs/blob/main/lib/middleware.ts

GlobalMiddleware 类

GlobalMiddleware 是一个管理全局中间件的类，它存储中间件并提供相关操作，如添加、冻结、解冻和重置中间件。

• globalMiddleware: Middleware[] = []存储所有注册的中间件。
• frozens: Array<Middleware[]> = []用于存储冻结状态下的中间件组，支持回滚到之前的中间件配置。

构造函数

constructor(yargs: YargsInstance) {
  this.yargs = yargs;
}

构造函数接受一个 YargsInstance 对象（即 yargs 实例），用于后续调用命令行解析逻辑。

addMiddleware 方法

addMiddleware(
  callback: MiddlewareCallback | MiddlewareCallback[],
  applyBeforeValidation: boolean,
  global = true,
  mutates = false
): YargsInstance {

• 功能：该方法允许添加单个或多个中间件。
• ** callback**：接受中间件函数或中间件数组。
• ** applyBeforeValidation**：标记中间件是否应该在命令行参数验证之前应用。
• ** global**：标识中间件是否为全局作用域。
• ** mutates**：标识中间件是否会修改 argv。

通过该方法添加的中间件会被存储在 globalMiddleware 数组中。

addCoerceMiddleware 方法

addCoerceMiddleware(
  callback: MiddlewareCallback,
  option: string
): YargsInstance {

• 功能：该方法专门用于处理 coerce 类型的中间件，每个选项只能注册一个 coerce 中间件。
• 操作：先过滤掉之前注册的同一选项的 coerce 中间件，然后重新添加新的中间件。

freeze 和 unfreeze 方法

freeze() {
  this.frozens.push([...this.globalMiddleware]);
}
unfreeze() {
  const frozen = this.frozens.pop();
  if (frozen !== undefined) this.globalMiddleware = frozen;
}

• ** freeze**：将当前的中间件快照保存到 frozens 数组中。
• ** unfreeze**：从 frozens 中取出最后保存的快照，并恢复到 globalMiddleware 中。

reset 方法

reset() {
  this.globalMiddleware = this.globalMiddleware.filter(m => m.global);
}

• 功能：重置中间件，仅保留全局中间件（ global: true）。

工具方法：commandMiddlewareFactory

export function commandMiddlewareFactory(
  commandMiddleware?: MiddlewareCallback[]
): Middleware[] {

• 功能：接受命令级中间件数组，并将 applyBeforeValidation 设置为 false，表示这些中间件默认在验证之后应用。

工具方法：applyMiddleware

export function applyMiddleware(
  argv: Arguments | Promise<Arguments>,
  yargs: YargsInstance,
  middlewares: Middleware[],
  beforeValidation: boolean
) {
  return middlewares.reduce<Arguments | Promise<Arguments>>(
    (acc, middleware) => {
      if (middleware.applyBeforeValidation !== beforeValidation) {
        return acc;
      }

      if (middleware.mutates) {
        if (middleware.applied) return acc;
        middleware.applied = true;
      }

      if (isPromise(acc)) {
        return acc
          .then(initialObj =>
            Promise.all([initialObj, middleware(initialObj, yargs)])
          )
          .then(([initialObj, middlewareObj]) =>
            Object.assign(initialObj, middlewareObj)
          );
      } else {
        const result = middleware(acc, yargs);
        return isPromise(result)
          ? result.then(middlewareObj => Object.assign(acc, middlewareObj))
          : Object.assign(acc, result);
      }
    },
    argv
  );
}

• 功能：应用所有匹配条件的中间件。
• ** argv**：代表命令行参数对象，可能是普通对象也可能是 Promise。
• ** middlewares**：传入的中间件数组。
• ** beforeValidation**：根据此标识决定是否只应用验证前的中间件。

此函数是核心逻辑，通过 reduce 迭代应用中间件，依次修改 argv 对象。如果 argv 或中间件返回值是 Promise，则将其转换为异步逻辑处理。

到这里，我们就了解了Yarg是如何实现中间件的了。

中间件知识的迁移

除了Yargs之外，Express、Koa等同样也拥有中间件，其实我们可以从他们身上总结出一套通用的中间件实现，在我们需要的时候，可以迁移到其它场景。

中间件的核心是一种可以在处理逻辑链中插入处理函数的技术。它能够接收输入、处理输入，并将输出传递给下一个中间件，或者返回最终结果。

所以，其是对流程的抽象，中间接负责承接流程中处理的差异，而把调用留给核心主流程。通过中间件的技术，我们可以实现如下几点：

• 分离关注点：中间件允许将应用中的不同功能模块分开，使得每个模块只处理自己关心的部分，例如用户身份验证、错误异常处理等
• 提高代码的可扩展性：通过中间件对外暴露处理函数，使得系统功能更易于扩展
• 简化复杂逻辑：对于复杂的流程，我们可以拆解成多个简单的步骤，既增加了每个步骤的控制性，又简化了流程操作。例如，在处理 HTTP 请求时，可以拆解成：解析请求体 → 检查身份认证 → 处理权限 → 执行主要业务逻辑 → 格式化返回值 → 记录日志
• 提高代码的可扩展性：中间件可以使系统功能更易于扩展。例如，在一个请求处理的生命周期中，添加一个新的功能只需要添加一个中间件。无需修改现有的逻辑，只需将新中间件插入到处理中间。

中间件的基本结构：

function middleware(input, next) {
  // 对 input 进行处理
  const result = process(input);
  
  // 调用下一个中间件
  return next(result);
}

通用结构包括：

• 输入：通常是某种上下文对象（如 req/ res、 argv 等）。
• 输出：经过处理后的结果，传递给下一个中间件。
• ** next**：指向下一个中间件的函数或处理器。

中间件的注册与存储

为了灵活添加和管理中间件，通常需要将中间件存储在一个有序列表中，便于按顺序执行。

通用的中间件存储和注册方法：

class MiddlewareManager {
  constructor() {
    this.middlewares = [];
  }
  
  addMiddleware(middleware) {
    this.middlewares.push(middleware);
  }
  
  getMiddlewares() {
    return this.middlewares;
  }
}

中间件执行控制

在某些情况下，中间件需要有能力决定是否中止链的执行。这通常通过不调用 next 来实现。

通用模式：

function middleware(input, next) {
  if (shouldStop(input)) {
    return input; // 不调用 next，中止链的执行
  }
  return next(input);
}

在 HTTP 请求处理中，可能会根据某些条件终止请求处理链并直接返回响应。同样地，在命令行工具中，某些条件下可以提前结束中间件链的执行。

中间件的管理与重置

中间件链可以根据业务需求进行管理、冻结、解冻和重置，这通常用在特定场景下修改中间件或者重置中间件的行为。

通用模式：

class MiddlewareManager {
  constructor() {
    this.middlewares = [];
    this.frozens = [];
  }

  freeze() {
    this.frozens.push([...this.middlewares]);
  }

  unfreeze() {
    const frozen = this.frozens.pop();
    if (frozen) this.middlewares = frozen;
  }

  reset() {
    this.middlewares = this.middlewares.filter(m => m.global);
  }
}

这种机制允许保存当前的中间件状态，并在需要时恢复。

如果需要灵活的配置，还可以给中间件附加上option的配置项。

执行中间件链

核心是按顺序调用中间件。可以通过 reduce 或递归的方式将中间件串联起来。每个中间件完成当前处理后，需要决定是否将处理权传递给下一个中间件。

通用的执行逻辑：

function executeMiddlewares(input, middlewares) {
  let index = -1;
  
  function next(currentInput) {
    index++;
    if (index < middlewares.length) {
      return middlewares[index](currentInput, next);
    }
    return currentInput; // 所有中间件处理完成后的结果
  }

  return next(input);
}

这里的 next 函数控制中间件的执行顺序，每次调用都会进入下一个中间件。

支持异步中间件

在实际应用中，很多中间件需要处理异步操作（如数据库查询、HTTP 请求等）。因此，中间件链需要支持异步操作。

通用的异步中间件支持：

async function executeAsyncMiddlewares(input, middlewares) {
  let index = -1;

  async function next(currentInput) {
    index++;
    if (index < middlewares.length) {
      const result = await middlewares[index](currentInput, next);
      return result;
    }
    return currentInput;
  }

  return next(input);
}

这可以确保异步中间件正确地等待 Promise 解决后再执行下一个中间件。

大白话总结一下，中间件就是管理一堆函数，并在特定的时候调用这些函数。

总结

yargs 的中间件为命令行工具的开发提供了极大的灵活性。通过中间件，开发者可以轻松地定制参数解析和处理的过程，适用于复杂的命令行应用场景。

我们也可以将中间件的思维迁移到我们的业务开发中，对于复杂的流程，做好模块拆分，就可以增加一个Middlewares来管理对应模块的处理函数，并在流程需要的时候调用他们。