NodeJS常用框架Express/Koa/NestJS

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Node.js 作为一个高性能的 JavaScript 运行时环境，广泛应用于构建服务器端应用程序。为了提高开发效率，开发者通常会使用一些框架来简化工作。在众多框架中，Express、Koa 和 NestJS 是最常用的三种。本文将对这三种框架进行介绍和比较

小贴士

文章中涉及到的代码示例你都可以从 这里查看 ，若对你有用还望点赞支持

原生开发劣势

虽然原生 Node.js 提供了一个功能强大的底层 API，能够支持高性能的服务器端开发，但在实际开发中，直接使用原生 Node.js 通常会面临以下劣势。这些劣势不仅影响开发效率，也对代码维护和扩展性提出了更高的挑战

1. 开发效率低下：原生 Node.js 提供的是较底层的 API，例如 http.createServer() 方法来创建 HTTP 服务器。但是这些 API 通常只处理非常基本的功能，例如处理请求和响应，而对于实际项目中经常遇到的需求（如路由管理、解析请求体、静态文件托管等），需要开发者自己实现

const http = require("http");
const server = http.createServer((req, res) => {
  // 逻辑混乱 etc..
  if (req.url === "/" && req.method === "GET") {
    res.end("Home Page");
  } else if (req.url === "/about" && req.method === "GET") {
    res.end("About Page");
  } else {
    res.statusCode = 404;
    res.end("Not Found");
  }
});
server.listen(3000);

对于复杂业务而言上面会变得非常难维护

2. 代码冗长且难以维护：原生 Node.js 缺乏结构化的代码组织方式，项目代码容易变得混乱、重复，随着需求的增加，维护成本也会迅速上升

3. 缺乏标准化和约束：原生 Node.js 提供了极大的灵活性，但缺乏统一的规范。这种“无约束”的开发方式容易导致团队协作问题

4. 扩展性差：构建通用的扩展功能（如认证、权限管理、跨域处理等）变得非常繁琐

NodeJS框架之Express

Express 是最流行的 Node.js 框架之一，由 TJ Holowaychuk 创建。它是一个简洁且灵活的框架，提供了一组强大的功能，用于构建单页、多页和混合的 Web 应用

const express = require('express');

const app = express();

app.get('/', (req, res) => {
  res.send('Hello World!');
});

app.listen(3001, () => {
  console.log('Example app listening on port 3001!');
});

中间件

中间件是express的最重要特点，相信所有使用过它的开发者都会感受到它强大的优势

试想一下如果没有中间件机制，我们的业务代码必定会有一大坨if/else模块或者重复冗余的代码块。而中间件将复杂的请求处理逻辑分层，使代码清晰、易于管理；独立实现为功能模块，可以被多个路由和应用复用，将功能模块解耦，使代码易于维护

在会开发使用的同时，搞懂中间件原理机制也会提升我们的编程功底，其实它的实现原理很简单，可以总结为：中间件就是一个按注册顺序执行的流水线，每个作业控制着下一个环节

中间件分类

按照角色的意义可以划分为3大类：应用级、路由级、错误级

1. 应用级别的中间件

app.get("/", (req, res, next) => {
  console.log("router middleware1");
  next();
});

2. 路由级别的中间件

app.get('/', (req, res, next) => {
  console.log("router middleware1");
  next();
});

app.get('/', (req, res) => {
  console.log("router middleware2");
  res.send('Hello World!');
});

3. 错误级别的中间件

app.use((err, req, res, next) => {
  console.error('错误捕获：', err);
})

访问以上的服务查看打印的日志：

中间件原理

Express 的核心代码主要依赖于以下几个关键概念：

• 中间件队列：存储所有中间件的队列，通过队列形式执行
• 请求-响应对象共享：中间件通过 req 和 res 对象共享请求状态
• next() 方法：控制中间件的执行顺序

1. 中间件注册：app.use：当调用 app.use() 时，Express 会将中间件函数存储到一个队列中，队列中按注册顺序依次存储中间件

app.use = function use(fn) {
  this._router.stack.push({
    route: undefined, // 表示全局中间件
    handle: fn       // 中间件函数
  });
};

使用use方法时内部实际走的是 router.use 方法，将当前中间件函数转换成一个Layer实例，最后将其放入一个队列中

2. 中间件执行：next：中间件的核心是 next() 函数，它允许当前中间件执行完成后调用下一个中间件。如果没有调用 next()，则中间件链会中断。下面是一段伪代码

function processMiddleware(req, res, out) {
  let idx = 0; // 当前中间件索引
  function next(err) {
    if (idx >= stack.length) return out(err); // 执行结束或出错
    const layer = stack[idx++];
    if (err) {
      // 如果有错误，跳过普通中间件，找到错误处理中间件
      if (layer.handle.length === 4) {
        layer.handle(err, req, res, next);
      } else {
        next(err);
      }
    } else {
      layer.handle(req, res, next); // 执行当前中间件
    }
  }
  next(); // 启动中间件链
}

以下是调试express部分截图

常见中间件

1. express.json()：解析 JSON 格式的请求体，常用于处理 API 请求

const express = require('express');
const app = express();

app.use(express.json());

app.post('/api/data', (req, res) => {
  console.log(req.body); // 解析后的 JSON 对象
  res.send('Data received');
});

2. express.static()：提供静态资源服务

app.use(express.static('public')); // 访问 public 文件夹中的静态资源

3. cors：解决跨域资源共享问题，允许客户端从不同源访问资源

// 使用前先下载依赖 npm install cors
const cors = require('cors');
app.use(cors()); // 默认允许所有源
app.use(cors({ origin: 'https://example.com' })); // 仅允许特定源

跨域请求解决的思路非常简单，可查看我的往期文章 什么是跨域

4. cookie-parser：解析 HTTP 请求中的 Cookie，将其封装到 req.cookies 对象中

// 使用前先安装 npm install cookie-parser
const cookieParser = require('cookie-parser');
app.use(cookieParser());

app.get('/', (req, res) => {
  console.log(req.cookies); // 访问解析后的 cookies
  res.send('Cookies received');
});

5. helmet：用于安全响应头设置的中间件，这种中间件偏向于一种封装，你可以查看我的往期文章 HTTP协议安全规范 中手把手教你如何做安全防范

// 使用前安装 npm install helmet
const helmet = require('helmet');
app.use(helmet());

NodeJS框架之Koa

Koa 是由 Express 的原班人马开发的新一代框架。它旨在成为一个更小、更富有表现力且更健壮的基础框架，帮助开发者快速构建 Web 应用和 API

const Koa = require("koa");
const app = new Koa();

// 定义中间件
app.use(async (ctx) => {
  ctx.body = "Hello, Koa!";
});

// 启动服务器
app.listen(3000, () => {
  console.log("Server is running on http://localhost:3000");
});

Koa 不像 Express 那样内置大量功能，如路由、模板引擎或请求体解析器。它只是一个核心库，所有功能都需要通过中间件扩展

洋葱模型

Koa 的中间件机制基于“洋葱模型”，即中间件是环绕型的，允许开发者在请求和响应的不同阶段做不同的处理

koa的洋葱模型是基于Promise来做的，将所有的中间件通过Promise链式调用，整体源码非常简洁，可以在 koa-compose 包中查看到

// 源码 koa-compose/index.js
function compose (middleware) {
  return function (context, next) {
    let index = -1
    return dispatch(0)
    function dispatch (i) {
      if (i <= index) return Promise.reject(new Error('next() called multiple times'))
      index = i
      let fn = middleware[i]
      if (i === middleware.length) fn = next
      if (!fn) return Promise.resolve()
      try {
        return Promise.resolve(fn(context, dispatch.bind(null, i + 1)))
      } catch (err) {
        return Promise.reject(err)
      }
    }
  }
}

从上面可以看出洋葱模型确实很简单，但你真的知道它背后的巧妙实现吗❓总结一句就是：巧妙利用async/await特性将await后的代码变成同步执行，这样就是实现了深度优先执行，也就是说嵌套的越深会等待深处的执行完了后才会执行当前next后的代码块

小贴士

洋葱模型依赖于async/await或者迭代器等等，如果不使用将会导致洋葱模型执行错误

我们简单模拟下它的执行流程：

const middleware1 = async (ctx, next) => {
  console.log("middleware1");
  await next();
  console.log("middleware1 end");

  return "最终的返回值";
};

const middleware2 = async (ctx, next) => {
  console.log("middleware2");
  const res = await next();

  console.log("middleware2 end", res);
};

const middleware3 = async (ctx, next) => {
  console.log("middleware3");

  return "middleware3 返回值";
};

const middlewares = [middleware1, middleware2, middleware3];

function compose(middlewares) {
  return dispatch(0);

  function dispatch(idx) {
    let fn = middlewares[idx];

    if (idx === middlewares.length) {
      return Promise.resolve();
    }

    return Promise.resolve(
      fn({} /* ctx */, function next() {
        return dispatch(idx + 1);
      })
    );
  }
}

compose(middlewares).then((res) => {
  console.log(res);
});

打断点调试一看究竟：

打印结果：

middleware1
middleware2
middleware3
middleware2 end middleware3 返回值
middleware1 end
最终的返回值

常用中间件

1. koa-router：提供路由功能，类似 Express 的路由

// 使用前安装 npm install @koa/router
const Router = require('koa-router');
const router = new Router();

router.get('/', (ctx) => {
  ctx.body = 'Welcome to the home page';
});

app.use(router.routes());

2. koa-static：提供静态文件服务，类似于 Express 的 express.static()

// 使用前安装 npm install koa-static
const serve = require('koa-static');
app.use(serve('./public')); // 提供 public 文件夹中

NodeJS框架之Egg.js

Egg.js 是阿里开源的一个nodejs框架，可以说它对于前面的koa等框架提供了mvc模型典范，这里不做过多介绍，大家可以查看官方文档

如果你还没有想好用哪一款框架，推荐下方的NestJS👇

NodeJS框架之fastify

Fastify 是一个高性能、灵活、开发友好的 Node.js Web 框架，以轻量、速度快为核心特色，专为现代 Web 应用和 API 开发设计；Fastify 的性能比大多数常见框架（如 Express 和 Koa）更优，在某些基准测试中甚至接近于原生 Node.js 的处理速度

这里暂不做过多介绍，感兴趣的可以阅读官方文档

NodeJS框架之NestJS

NestJS 是一个基于 TypeScript 构建的企业级框架，灵感来自 Angular，提供模块化、可测试、可扩展的解决方案，非常适合构建复杂的后端系统

import { Controller, Get } from '@nestjs/common';
import { NestFactory } from '@nestjs/core';
import { Module } from '@nestjs/common';

@Controller()
class AppController {
  @Get()
  getHello(): string {
    return 'Hello, NestJS!';
  }
}

@Module({
  controllers: [AppController],
})
class AppModule {}

async function bootstrap() {
  const app = await NestFactory.create(AppModule);
  await app.listen(3000);
  console.log('Server is running on http://localhost:3000');
}

bootstrap();

由于NestJS的重要性，本人已将NestJS抽取成单独系列，您可以在 这里阅读

框架对比

特性	Express	Koa	NestJS
轻量程度	非常轻量	更轻量	较重
中间件机制	丰富的第三方中间件	灵活且现代化的中间件机制	自带大量功能模块
异步支持	使用回调或 Promise	使用 async/await	原生支持 async/await
社区生态	庞大且成熟	逐渐增长	新兴但发展迅速
学习曲线	简单快速	中等	陡峭（类似 Angular）
适用场景	小型到中型项目	中型到大型项目	大型复杂项目

如何选择框架

选择框架时，需要根据项目需求、团队技术栈以及未来可扩展性综合考虑：

• 如果项目简单且需要快速上线：选择 Express。它简单易用，插件生态丰富，是开发 RESTful API 的绝佳选择
• 如果需要更现代的异步支持和灵活性：选择 Koa。它更轻量、更现代化，适合需要高度自定义的项目
• 如果是复杂的企业项目或微服务架构：选择 NestJS。它的模块化和 TypeScript 支持，使得开发和维护大型项目更加高效

总结

Node.js 的发展带动了众多优秀框架的诞生，Express、Koa 和 NestJS 是最常用的三款框架，分别适合不同类型的项目需求。Express 以简单高效著称，Koa 则更现代化和灵活，而 NestJS 则是企业级项目的利器

无论选择哪种框架，理解其核心思想并结合项目需求进行实践，才是高效开发的关键。对于初学者来说，可以从 Express 开始入门，逐步探索 Koa 和 NestJS 的更多可能性

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