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Koa数据库集成指南

1. 数据库集成概述​

在现代Web应用开发中，数据库集成是后端开发的核心环节。Koa作为一个轻量级的Node.js框架，本身并不内置数据库操作功能，但它提供了灵活的中间件机制，使开发者能够轻松集成各种数据库系统。本章将详细介绍如何在Koa应用中集成和使用各种主流数据库。

1.1 常见数据库类型​

在Koa应用中，我们可能会用到以下几种类型的数据库：

  • 关系型数据库：MySQL、PostgreSQL、SQLite、Oracle等
  • NoSQL数据库：MongoDB、Redis、Cassandra、CouchDB等
  • 内存数据库：Redis、Memcached等
  • 云数据库：AWS RDS、MongoDB Atlas、Firebase等

1.2 数据库集成方式​

在Koa应用中集成数据库，通常有以下几种方式：

  • 直接使用数据库驱动：使用官方或第三方提供的数据库驱动程序
  • 使用ORM/ODM框架：使用对象关系映射(ORM)或对象文档映射(ODM)工具
  • 使用数据库连接池：管理数据库连接，提高性能
  • 使用数据库中间件：封装数据库操作，提供更简洁的API

2. MongoDB集成​

MongoDB是一个流行的NoSQL文档数据库，非常适合与Node.js应用集成。在Koa中，我们通常使用Mongoose或MongoDB官方驱动来操作MongoDB。

2.1 使用Mongoose​

Mongoose是MongoDB的一个ODM工具，提供了Schema验证、中间件、查询构建等功能。

2.1.1 安装Mongoose​

npm install mongoose

2.1.2 基本配置与连接​

// config/database.js
const mongoose = require('mongoose');

// 连接MongoDB数据库
const connectDB = async () => {
  try {
    const conn = await mongoose.connect(process.env.MONGODB_URI, {
      useNewUrlParser: true,
      useUnifiedTopology: true,
      // 可选配置
      // useCreateIndex: true,
      // useFindAndModify: false
    });
    
    console.log(`MongoDB Connected: ${conn.connection.host}`);
  } catch (error) {
    console.error(`Error connecting to MongoDB: ${error.message}`);
    process.exit(1); // 连接失败时退出进程
  }
};

module.exports = connectDB;

// app.js
const Koa = require('koa');
const app = new Koa();
const connectDB = require('./config/database');

// 连接数据库
connectDB();

// 应用其他中间件...

const PORT = process.env.PORT || 3000;
app.listen(PORT, () => {
  console.log(`Server running on port ${PORT}`);
});

2.1.3 定义Schema和Model​

// models/User.js
const mongoose = require('mongoose');

// 定义用户Schema
const userSchema = new mongoose.Schema({
  name: {
    type: String,
    required: [true, 'Name is required'],
    trim: true,
    maxlength: [50, 'Name cannot be more than 50 characters']
  },
  email: {
    type: String,
    required: [true, 'Email is required'],
    unique: true,
    lowercase: true,
    trim: true,
    match: [
      /^[a-zA-Z0-9._%+-]+@[a-zA-Z0-9.-]+\.[a-zA-Z]{2,}$/,
      'Please provide a valid email'
    ]
  },
  password: {
    type: String,
    required: [true, 'Password is required'],
    minlength: [6, 'Password must be at least 6 characters'],
    select: false // 查询时默认不返回密码字段
  },
  role: {
    type: String,
    enum: ['user', 'admin'],
    default: 'user'
  },
  createdAt: {
    type: Date,
    default: Date.now
  },
  updatedAt: {
    type: Date,
    default: Date.now
  }
});

// 添加钩子（中间件）
userSchema.pre('save', function(next) {
  this.updatedAt = Date.now();
  next();
});

// 添加实例方法
userSchema.methods.getPublicProfile = function() {
  const user = this.toObject();
  delete user.password;
  return user;
};

// 添加静态方法
userSchema.statics.findByEmail = async function(email) {
  return this.findOne({ email });
};

// 创建User模型
const User = mongoose.model('User', userSchema);

module.exports = User;

2.1.4 在控制器中使用Model​

// controllers/userController.js
const User = require('../models/User');

// 创建用户
const createUser = async (ctx) => {
  try {
    const user = new User(ctx.request.body);
    await user.save();
    
    ctx.status = 201;
    ctx.body = {
      success: true,
      data: user.getPublicProfile()
    };
  } catch (error) {
    ctx.status = 400;
    ctx.body = {
      success: false,
      error: error.message
    };
  }
};

// 获取所有用户
const getUsers = async (ctx) => {
  try {
    const users = await User.find();
    
    ctx.status = 200;
    ctx.body = {
      success: true,
      count: users.length,
      data: users.map(user => user.getPublicProfile())
    };
  } catch (error) {
    ctx.status = 500;
    ctx.body = {
      success: false,
      error: 'Server Error'
    };
  }
};

// 获取单个用户
const getUser = async (ctx) => {
  try {
    const user = await User.findById(ctx.params.id);
    
    if (!user) {
      ctx.status = 404;
      ctx.body = {
        success: false,
        error: 'User not found'
      };
      return;
    }
    
    ctx.status = 200;
    ctx.body = {
      success: true,
      data: user.getPublicProfile()
    };
  } catch (error) {
    ctx.status = 500;
    ctx.body = {
      success: false,
      error: 'Server Error'
    };
  }
};

// 更新用户
const updateUser = async (ctx) => {
  try {
    const user = await User.findByIdAndUpdate(ctx.params.id, ctx.request.body, {
      new: true, // 返回更新后的文档
      runValidators: true // 运行验证器
    });
    
    if (!user) {
      ctx.status = 404;
      ctx.body = {
        success: false,
        error: 'User not found'
      };
      return;
    }
    
    ctx.status = 200;
    ctx.body = {
      success: true,
      data: user.getPublicProfile()
    };
  } catch (error) {
    ctx.status = 400;
    ctx.body = {
      success: false,
      error: error.message
    };
  }
};

// 删除用户
const deleteUser = async (ctx) => {
  try {
    const user = await User.findByIdAndDelete(ctx.params.id);
    
    if (!user) {
      ctx.status = 404;
      ctx.body = {
        success: false,
        error: 'User not found'
      };
      return;
    }
    
    ctx.status = 200;
    ctx.body = {
      success: true,
      data: {}
    };
  } catch (error) {
    ctx.status = 500;
    ctx.body = {
      success: false,
      error: 'Server Error'
    };
  }
};

module.exports = {
  createUser,
  getUsers,
  getUser,
  updateUser,
  deleteUser
};

2.1.5 定义路由​

// routes/userRoutes.js
const Router = require('koa-router');
const { 
  createUser, 
  getUsers, 
  getUser, 
  updateUser, 
  deleteUser 
} = require('../controllers/userController');

const router = new Router({ prefix: '/api/users' });

router.post('/', createUser);
router.get('/', getUsers);
router.get('/:id', getUser);
router.put('/:id', updateUser);
router.delete('/:id', deleteUser);

module.exports = router;

2.2 使用MongoDB官方驱动​

除了Mongoose，我们也可以直接使用MongoDB官方驱动来操作MongoDB。

2.2.1 安装MongoDB驱动​

npm install mongodb

2.2.2 基本配置与连接​

// config/database.js
const { MongoClient } = require('mongodb');

let db = null;

// 连接MongoDB数据库
const connectDB = async () => {
  try {
    const client = await MongoClient.connect(process.env.MONGODB_URI, {
      useNewUrlParser: true,
      useUnifiedTopology: true
    });
    
    db = client.db(process.env.DB_NAME || 'test');
    console.log('MongoDB Connected');
  } catch (error) {
    console.error(`Error connecting to MongoDB: ${error.message}`);
    process.exit(1);
  }
};

// 获取数据库实例
const getDB = () => {
  if (!db) {
    throw new Error('Database not connected');
  }
  return db;
};

module.exports = { connectDB, getDB };

// app.js
const Koa = require('koa');
const app = new Koa();
const { connectDB } = require('./config/database');

// 连接数据库
connectDB();

// 应用其他中间件...

app.listen(3000);

2.2.3 在控制器中使用数据库​

// controllers/userController.js
const { getDB } = require('../config/database');

// 创建用户
const createUser = async (ctx) => {
  try {
    const db = getDB();
    const result = await db.collection('users').insertOne(ctx.request.body);
    
    ctx.status = 201;
    ctx.body = {
      success: true,
      data: {
        id: result.insertedId,
        ...ctx.request.body
      }
    };
  } catch (error) {
    ctx.status = 400;
    ctx.body = {
      success: false,
      error: error.message
    };
  }
};

// 获取所有用户
const getUsers = async (ctx) => {
  try {
    const db = getDB();
    const users = await db.collection('users').find().toArray();
    
    ctx.status = 200;
    ctx.body = {
      success: true,
      count: users.length,
      data: users
    };
  } catch (error) {
    ctx.status = 500;
    ctx.body = {
      success: false,
      error: 'Server Error'
    };
  }
};

// 获取单个用户
const getUser = async (ctx) => {
  try {
    const db = getDB();
    const { ObjectId } = require('mongodb');
    const user = await db.collection('users').findOne({ _id: new ObjectId(ctx.params.id) });
    
    if (!user) {
      ctx.status = 404;
      ctx.body = {
        success: false,
        error: 'User not found'
      };
      return;
    }
    
    ctx.status = 200;
    ctx.body = {
      success: true,
      data: user
    };
  } catch (error) {
    ctx.status = 500;
    ctx.body = {
      success: false,
      error: 'Server Error'
    };
  }
};

module.exports = {
  createUser,
  getUsers,
  getUser
};

3. MySQL集成​

MySQL是一个广泛使用的关系型数据库管理系统，在Koa应用中，我们可以使用Sequelize、TypeORM或mysql2等库来操作MySQL数据库。

3.1 使用Sequelize​

Sequelize是一个基于Promise的Node.js ORM，可以用于PostgreSQL、MySQL、MariaDB、SQLite和Microsoft SQL Server。

3.1.1 安装Sequelize和MySQL驱动​

npm install sequelize mysql2

3.1.2 基本配置与连接​

// config/database.js
const { Sequelize } = require('sequelize');

// 创建Sequelize实例
const sequelize = new Sequelize(
  process.env.DB_NAME,
  process.env.DB_USER,
  process.env.DB_PASSWORD,
  {
    host: process.env.DB_HOST,
    dialect: 'mysql',
    pool: {
      max: 5,
      min: 0,
      acquire: 30000,
      idle: 10000
    },
    // 可选配置
    define: {
      timestamps: true,
      underscored: true
    }
  }
);

// 测试连接
const testConnection = async () => {
  try {
    await sequelize.authenticate();
    console.log('MySQL connection has been established successfully.');
  } catch (error) {
    console.error('Unable to connect to the MySQL database:', error);
  }
};

module.exports = { sequelize, testConnection };

// app.js
const Koa = require('koa');
const app = new Koa();
const { testConnection } = require('./config/database');

// 测试数据库连接
 testConnection();

// 应用其他中间件...

app.listen(3000);

3.1.3 定义模型​

// models/User.js
const { DataTypes } = require('sequelize');
const { sequelize } = require('../config/database');

// 定义User模型
const User = sequelize.define('User', {
  id: {
    type: DataTypes.INTEGER,
    primaryKey: true,
    autoIncrement: true
  },
  name: {
    type: DataTypes.STRING(50),
    allowNull: false,
    validate: {
      len: [2, 50]
    }
  },
  email: {
    type: DataTypes.STRING(100),
    allowNull: false,
    unique: true,
    validate: {
      isEmail: true
    }
  },
  password: {
    type: DataTypes.STRING(255),
    allowNull: false,
    validate: {
      len: [6, 255]
    }
  },
  role: {
    type: DataTypes.ENUM('user', 'admin'),
    defaultValue: 'user'
  }
  // createdAt和updatedAt会自动添加
});

// 添加实例方法
User.prototype.toJSON = function() {
  const values = { ...this.get() };
  delete values.password;
  return values;
};

// 添加静态方法
User.findByEmail = async function(email) {
  return this.findOne({ where: { email } });
};

module.exports = User;

// models/index.js - 同步模型
const { sequelize } = require('../config/database');
const User = require('./User');

// 同步所有模型
const syncModels = async () => {
  try {
    // 开发环境下使用
    // await sequelize.sync({ alter: true }); // 修改表结构但不删除数据
    
    // 生产环境下应该使用迁移
    await sequelize.sync();
    console.log('All models were synchronized successfully.');
  } catch (error) {
    console.error('Error synchronizing models:', error);
  }
};

module.exports = {
  sequelize,
  User,
  syncModels
};

3.1.4 在控制器中使用模型​

// controllers/userController.js
const { User } = require('../models');

// 创建用户
const createUser = async (ctx) => {
  try {
    const user = await User.create(ctx.request.body);
    
    ctx.status = 201;
    ctx.body = {
      success: true,
      data: user
    };
  } catch (error) {
    ctx.status = 400;
    ctx.body = {
      success: false,
      error: error.message
    };
  }
};

// 获取所有用户
const getUsers = async (ctx) => {
  try {
    const users = await User.findAll();
    
    ctx.status = 200;
    ctx.body = {
      success: true,
      count: users.length,
      data: users
    };
  } catch (error) {
    ctx.status = 500;
    ctx.body = {
      success: false,
      error: 'Server Error'
    };
  }
};

// 获取单个用户
const getUser = async (ctx) => {
  try {
    const user = await User.findByPk(ctx.params.id);
    
    if (!user) {
      ctx.status = 404;
      ctx.body = {
        success: false,
        error: 'User not found'
      };
      return;
    }
    
    ctx.status = 200;
    ctx.body = {
      success: true,
      data: user
    };
  } catch (error) {
    ctx.status = 500;
    ctx.body = {
      success: false,
      error: 'Server Error'
    };
  }
};

// 更新用户
const updateUser = async (ctx) => {
  try {
    const [updated] = await User.update(ctx.request.body, {
      where: { id: ctx.params.id }
    });
    
    if (updated === 0) {
      ctx.status = 404;
      ctx.body = {
        success: false,
        error: 'User not found'
      };
      return;
    }
    
    const updatedUser = await User.findByPk(ctx.params.id);
    
    ctx.status = 200;
    ctx.body = {
      success: true,
      data: updatedUser
    };
  } catch (error) {
    ctx.status = 400;
    ctx.body = {
      success: false,
      error: error.message
    };
  }
};

// 删除用户
const deleteUser = async (ctx) => {
  try {
    const deleted = await User.destroy({
      where: { id: ctx.params.id }
    });
    
    if (deleted === 0) {
      ctx.status = 404;
      ctx.body = {
        success: false,
        error: 'User not found'
      };
      return;
    }
    
    ctx.status = 200;
    ctx.body = {
      success: true,
      data: {}
    };
  } catch (error) {
    ctx.status = 500;
    ctx.body = {
      success: false,
      error: 'Server Error'
    };
  }
};

module.exports = {
  createUser,
  getUsers,
  getUser,
  updateUser,
  deleteUser
};

3.2 使用mysql2​

对于需要更直接控制SQL查询的场景，可以使用mysql2库。

3.2.1 安装mysql2​

npm install mysql2

3.2.2 基本配置与连接池​

// config/database.js
const mysql = require('mysql2/promise');

// 创建连接池
const pool = mysql.createPool({
  host: process.env.DB_HOST,
  user: process.env.DB_USER,
  password: process.env.DB_PASSWORD,
  database: process.env.DB_NAME,
  waitForConnections: true,
  connectionLimit: 10,
  queueLimit: 0
});

// 测试连接
const testConnection = async () => {
  try {
    const connection = await pool.getConnection();
    console.log('MySQL connection has been established successfully.');
    connection.release();
  } catch (error) {
    console.error('Unable to connect to the MySQL database:', error);
  }
};

module.exports = { pool, testConnection };

// app.js
const Koa = require('koa');
const app = new Koa();
const { testConnection } = require('./config/database');

// 测试数据库连接
 testConnection();

// 应用其他中间件...

app.listen(3000);

3.2.3 在控制器中使用连接池​

// controllers/userController.js
const { pool } = require('../config/database');

// 创建用户
const createUser = async (ctx) => {
  try {
    const { name, email, password, role = 'user' } = ctx.request.body;
    const [result] = await pool.execute(
      'INSERT INTO users (name, email, password, role) VALUES (?, ?, ?, ?)',
      [name, email, password, role]
    );
    
    ctx.status = 201;
    ctx.body = {
      success: true,
      data: {
        id: result.insertId,
        name,
        email,
        role
      }
    };
  } catch (error) {
    ctx.status = 400;
    ctx.body = {
      success: false,
      error: error.message
    };
  }
};

// 获取所有用户
const getUsers = async (ctx) => {
  try {
    const [rows] = await pool.execute('SELECT id, name, email, role, created_at, updated_at FROM users');
    
    ctx.status = 200;
    ctx.body = {
      success: true,
      count: rows.length,
      data: rows
    };
  } catch (error) {
    ctx.status = 500;
    ctx.body = {
      success: false,
      error: 'Server Error'
    };
  }
};

// 获取单个用户
const getUser = async (ctx) => {
  try {
    const [rows] = await pool.execute(
      'SELECT id, name, email, role, created_at, updated_at FROM users WHERE id = ?',
      [ctx.params.id]
    );
    
    if (rows.length === 0) {
      ctx.status = 404;
      ctx.body = {
        success: false,
        error: 'User not found'
      };
      return;
    }
    
    ctx.status = 200;
    ctx.body = {
      success: true,
      data: rows[0]
    };
  } catch (error) {
    ctx.status = 500;
    ctx.body = {
      success: false,
      error: 'Server Error'
    };
  }
};

module.exports = {
  createUser,
  getUsers,
  getUser
};

4. PostgreSQL集成​

PostgreSQL是一个功能强大的开源对象关系型数据库系统。在Koa应用中，我们可以使用Sequelize或node-postgres(pg)库来操作PostgreSQL数据库。

4.1 使用Sequelize​

4.1.1 安装Sequelize和PostgreSQL驱动​

npm install sequelize pg pg-hstore

4.1.2 基本配置与连接​

// config/database.js
const { Sequelize } = require('sequelize');

// 创建Sequelize实例
const sequelize = new Sequelize(
  process.env.DB_NAME,
  process.env.DB_USER,
  process.env.DB_PASSWORD,
  {
    host: process.env.DB_HOST,
    dialect: 'postgres',
    port: process.env.DB_PORT || 5432,
    pool: {
      max: 5,
      min: 0,
      acquire: 30000,
      idle: 10000
    }
  }
);

// 测试连接
const testConnection = async () => {
  try {
    await sequelize.authenticate();
    console.log('PostgreSQL connection has been established successfully.');
  } catch (error) {
    console.error('Unable to connect to the PostgreSQL database:', error);
  }
};

module.exports = { sequelize, testConnection };

4.2 使用node-postgres(pg)​

4.2.1 安装pg​

npm install pg

4.2.2 基本配置与连接池​

// config/database.js
const { Pool } = require('pg');

// 创建连接池
const pool = new Pool({
  user: process.env.DB_USER,
  host: process.env.DB_HOST,
  database: process.env.DB_NAME,
  password: process.env.DB_PASSWORD,
  port: process.env.DB_PORT || 5432,
  max: 10, // 最大连接数
  idleTimeoutMillis: 30000 // 空闲连接超时时间
});

// 测试连接
const testConnection = async () => {
  try {
    const client = await pool.connect();
    console.log('PostgreSQL connection has been established successfully.');
    client.release();
  } catch (error) {
    console.error('Unable to connect to the PostgreSQL database:', error);
  }
};

module.exports = { pool, testConnection };

4.2.3 在控制器中使用连接池​

// controllers/userController.js
const { pool } = require('../config/database');

// 创建用户
const createUser = async (ctx) => {
  try {
    const { name, email, password, role = 'user' } = ctx.request.body;
    const res = await pool.query(
      'INSERT INTO users (name, email, password, role) VALUES ($1, $2, $3, $4) RETURNING id, name, email, role, created_at, updated_at',
      [name, email, password, role]
    );
    
    ctx.status = 201;
    ctx.body = {
      success: true,
      data: res.rows[0]
    };
  } catch (error) {
    ctx.status = 400;
    ctx.body = {
      success: false,
      error: error.message
    };
  }
};

// 获取所有用户
const getUsers = async (ctx) => {
  try {
    const res = await pool.query('SELECT id, name, email, role, created_at, updated_at FROM users');
    
    ctx.status = 200;
    ctx.body = {
      success: true,
      count: res.rows.length,
      data: res.rows
    };
  } catch (error) {
    ctx.status = 500;
    ctx.body = {
      success: false,
      error: 'Server Error'
    };
  }
};

module.exports = {
  createUser,
  getUsers
};

5. Redis集成​

Redis是一个开源的内存数据结构存储系统，常用于缓存、会话存储和消息队列。在Koa应用中，我们可以使用ioredis或redis库来操作Redis。

5.1 使用ioredis​

ioredis是一个功能丰富的Redis客户端，支持Promise API、Lua脚本、集群等特性。

5.1.1 安装ioredis​

npm install ioredis

5.1.2 基本配置与连接​

// config/redis.js
const Redis = require('ioredis');

// 创建Redis客户端
const redis = new Redis({
  host: process.env.REDIS_HOST || 'localhost',
  port: process.env.REDIS_PORT || 6379,
  password: process.env.REDIS_PASSWORD || undefined,
  db: process.env.REDIS_DB || 0,
  // 可选配置
  retryStrategy: (times) => {
    // 重试策略
    const delay = Math.min(times * 100, 2000);
    return delay;
  }
});

// 监听连接事件
redis.on('connect', () => {
  console.log('Redis connected');
});

// 监听错误事件
redis.on('error', (error) => {
  console.error('Redis connection error:', error);
});

module.exports = redis;

// app.js
const Koa = require('koa');
const app = new Koa();
const redis = require('./config/redis');

// 应用其他中间件...

app.listen(3000);

5.1.3 在中间件和控制器中使用Redis​

// middlewares/cache.js
const redis = require('../config/redis');

// 缓存中间件
const cache = (prefix = 'cache', ttl = 60) => {
  return async (ctx, next) => {
    // 生成缓存键
    const cacheKey = `${prefix}:${ctx.method}:${ctx.url}`;
    
    try {
      // 尝试从缓存获取数据
      const cachedData = await redis.get(cacheKey);
      
      if (cachedData) {
        // 命中缓存
        ctx.body = JSON.parse(cachedData);
        ctx.set('X-Cache', 'HIT');
        return;
      }
      
      // 未命中缓存，继续处理请求
      await next();
      
      // 缓存响应（仅对GET请求和200状态码进行缓存）
      if (ctx.method === 'GET' && ctx.status === 200 && ctx.body) {
        await redis.set(cacheKey, JSON.stringify(ctx.body), 'EX', ttl);
        ctx.set('X-Cache', 'MISS');
      }
    } catch (error) {
      console.error('Redis cache error:', error);
      // 缓存出错时，继续处理请求
      await next();
    }
  };
};

module.exports = cache;

// controllers/cacheController.js
const redis = require('../config/redis');

// 设置缓存
const setCache = async (ctx) => {
  try {
    const { key, value, ttl = 60 } = ctx.request.body;
    
    await redis.set(key, value, 'EX', ttl);
    
    ctx.status = 200;
    ctx.body = {
      success: true,
      message: 'Cache set successfully'
    };
  } catch (error) {
    ctx.status = 400;
    ctx.body = {
      success: false,
      error: error.message
    };
  }
};

// 获取缓存
const getCache = async (ctx) => {
  try {
    const { key } = ctx.params;
    const value = await redis.get(key);
    
    if (value === null) {
      ctx.status = 404;
      ctx.body = {
        success: false,
        error: 'Cache key not found'
      };
      return;
    }
    
    ctx.status = 200;
    ctx.body = {
      success: true,
      data: value
    };
  } catch (error) {
    ctx.status = 400;
    ctx.body = {
      success: false,
      error: error.message
    };
  }
};

// 删除缓存
const deleteCache = async (ctx) => {
  try {
    const { key } = ctx.params;
    await redis.del(key);
    
    ctx.status = 200;
    ctx.body = {
      success: true,
      message: 'Cache deleted successfully'
    };
  } catch (error) {
    ctx.status = 400;
    ctx.body = {
      success: false,
      error: error.message
    };
  }
};

module.exports = {
  setCache,
  getCache,
  deleteCache
};

6. 数据库事务管理​

在处理复杂业务逻辑时，数据库事务是保证数据一致性的重要机制。下面介绍如何在Koa应用中使用数据库事务。

6.1 MongoDB事务​

MongoDB 4.0及以上版本支持多文档事务。在Mongoose中使用事务的示例如下：

// services/orderService.js
const { mongoose } = require('../config/database');
const Order = require('../models/Order');
const Product = require('../models/Product');

// 创建订单（包含事务）
const createOrder = async (orderData) => {
  // 开启事务会话
  const session = await mongoose.startSession();
  session.startTransaction();
  
  try {
    const { products, userId } = orderData;
    
    // 创建订单
    const order = new Order({
      user: userId,
      products,
      status: 'pending'
    });
    
    // 保存订单（在事务中）
    await order.save({ session });
    
    // 更新产品库存
    for (const item of products) {
      const { productId, quantity } = item;
      const product = await Product.findById(productId).session(session);
      
      if (!product) {
        throw new Error(`Product ${productId} not found`);
      }
      
      if (product.stock < quantity) {
        throw new Error(`Insufficient stock for product ${productId}`);
      }
      
      product.stock -= quantity;
      await product.save({ session });
    }
    
    // 提交事务
    await session.commitTransaction();
    session.endSession();
    
    return order;
  } catch (error) {
    // 回滚事务
    await session.abortTransaction();
    session.endSession();
    throw error;
  }
};

module.exports = { createOrder };

6.2 MySQL事务​

在Sequelize中使用事务的示例如下：

// services/orderService.js
const { sequelize } = require('../config/database');
const Order = require('../models/Order');
const Product = require('../models/Product');

// 创建订单（包含事务）
const createOrder = async (orderData) => {
  // 开始事务
  const transaction = await sequelize.transaction();
  
  try {
    const { products, userId } = orderData;
    
    // 创建订单
    const order = await Order.create({
      userId,
      status: 'pending'
    }, { transaction });
    
    // 创建订单商品
    const orderItems = products.map(item => ({
      orderId: order.id,
      productId: item.productId,
      quantity: item.quantity,
      price: item.price
    }));
    
    await OrderItem.bulkCreate(orderItems, { transaction });
    
    // 更新产品库存
    for (const item of products) {
      const product = await Product.findByPk(item.productId, { transaction });
      
      if (!product) {
        throw new Error(`Product ${item.productId} not found`);
      }
      
      if (product.stock < item.quantity) {
        throw new Error(`Insufficient stock for product ${item.productId}`);
      }
      
      product.stock -= item.quantity;
      await product.save({ transaction });
    }
    
    // 提交事务
    await transaction.commit();
    
    return order;
  } catch (error) {
    // 回滚事务
    await transaction.rollback();
    throw error;
  }
};

module.exports = { createOrder };

7. 数据库连接池与性能优化​

数据库连接是一种昂贵的资源，合理使用连接池可以显著提高应用性能。

7.1 连接池配置​

不同数据库的连接池配置有所不同，以下是一些通用的配置参数：

  • max/connectionLimit：连接池中的最大连接数
  • min/minimumIdle：连接池中的最小空闲连接数
  • idleTimeoutMillis/idle：空闲连接的超时时间
  • acquireTimeoutMillis/acquire：获取连接的超时时间
  • waitForConnections/queueLimit：是否等待可用连接

7.2 性能优化建议​

  1. 使用连接池：始终使用连接池管理数据库连接
  2. 合理设置连接池大小：根据应用需求和数据库性能设置合适的连接数
  3. 及时释放连接：确保不再使用的连接被正确释放回连接池
  4. 使用索引：为常用查询字段创建索引
  5. 优化查询：避免不必要的查询，使用投影限制返回字段
  6. 使用缓存：将频繁访问的数据缓存在Redis等内存数据库中
  7. 数据库读写分离：对于大型应用，考虑实现数据库读写分离
  8. 定期监控：监控数据库性能，及时发现和解决问题

8. 数据库迁移与种子数据​

在团队开发和生产环境部署中，数据库迁移和种子数据管理是非常重要的环节。

8.1 使用Sequelize-cli进行迁移​

# 安装Sequelize-cli
npm install --save-dev sequelize-cli

# 初始化Sequelize-cli配置
npx sequelize-cli init

创建迁移文件：

# 创建用户表迁移
npx sequelize-cli model:generate --name User --attributes name:string,email:string,password:string,role:string

运行迁移：

# 运行所有待执行的迁移
npx sequelize-cli db:migrate

# 回滚最近的迁移
npx sequelize-cli db:migrate:undo

# 回滚所有迁移
npx sequelize-cli db:migrate:undo:all

8.2 使用Mongoose数据迁移​

对于MongoDB，可以使用migrate-mongo等工具进行数据迁移：

# 安装migrate-mongo
npm install --save-dev migrate-mongo

# 初始化配置
npx migrate-mongo init

创建迁移文件：

npx migrate-mongo create create-users-collection

运行迁移：

# 运行所有待执行的迁移
npx migrate-mongo up

# 回滚最近的迁移
npx migrate-mongo down

9. 实战案例：构建带有数据库集成的Koa应用​

9.1 项目概述​

在这个实战案例中，我们将构建一个完整的Koa应用，集成MongoDB数据库，并实现用户认证、文章管理等功能。

9.2 技术栈​

  • Koa 2.x
  • MongoDB + Mongoose
  • Redis（用于缓存）
  • bcrypt（用于密码加密）
  • jsonwebtoken（用于JWT认证）
  • koa-router
  • koa-bodyparser
  • koa-jwt
  • Joi（数据验证）

9.3 项目结构​

koa-blog-api/
├── app.js
├── package.json
├── config/
│   ├── database.js
│   ├── redis.js
│   └── config.js
├── middlewares/
│   ├── auth.js
│   ├── errorHandler.js
│   ├── cache.js
│   └── validator.js
├── models/
│   ├── User.js
│   ├── Article.js
│   └── Comment.js
├── routes/
│   ├── authRoutes.js
│   ├── userRoutes.js
│   ├── articleRoutes.js
│   └── commentRoutes.js
├── controllers/
│   ├── authController.js
│   ├── userController.js
│   ├── articleController.js
│   └── commentController.js
├── services/
│   ├── authService.js
│   ├── userService.js
│   ├── articleService.js
│   └── commentService.js
└── utils/
    ├── response.js
    └── helpers.js

9.4 实现核心功能​

1. 数据库配置​

// config/database.js
const mongoose = require('mongoose');

const connectDB = async () => {
  try {
    const conn = await mongoose.connect(process.env.MONGODB_URI, {
      useNewUrlParser: true,
      useUnifiedTopology: true
    });
    console.log(`MongoDB Connected: ${conn.connection.host}`);
  } catch (error) {
    console.error(`MongoDB Connection Error: ${error.message}`);
    process.exit(1);
  }
};

module.exports = connectDB;

2. 用户模型​

// models/User.js
const mongoose = require('mongoose');
const bcrypt = require('bcryptjs');

const userSchema = new mongoose.Schema({
  username: {
    type: String,
    required: [true, 'Username is required'],
    unique: true,
    trim: true
  },
  email: {
    type: String,
    required: [true, 'Email is required'],
    unique: true,
    lowercase: true,
    trim: true,
    match: [
      /^[a-zA-Z0-9._%+-]+@[a-zA-Z0-9.-]+\.[a-zA-Z]{2,}$/,
      'Please provide a valid email'
    ]
  },
  password: {
    type: String,
    required: [true, 'Password is required'],
    minlength: [6, 'Password must be at least 6 characters'],
    select: false
  },
  role: {
    type: String,
    enum: ['user', 'admin'],
    default: 'user'
  },
  bio: String,
  avatar: String,
  createdAt: {
    type: Date,
    default: Date.now
  },
  updatedAt: {
    type: Date,
    default: Date.now
  }
});

// 密码加密中间件
userSchema.pre('save', async function(next) {
  // 只有在密码被修改或新用户创建时才加密密码
  if (!this.isModified('password')) {
    return next();
  }
  
  try {
    // 生成盐并加密密码
    const salt = await bcrypt.genSalt(10);
    this.password = await bcrypt.hash(this.password, salt);
    next();
  } catch (error) {
    next(error);
  }
});

// 验证密码方法
userSchema.methods.matchPassword = async function(enteredPassword) {
  return await bcrypt.compare(enteredPassword, this.password);
};

// 转换对象方法（隐藏密码）
userSchema.methods.toJSON = function() {
  const user = this.toObject();
  delete user.password;
  return user;
};

const User = mongoose.model('User', userSchema);

module.exports = User;

3. 认证服务​

// services/authService.js
const User = require('../models/User');
const jwt = require('jsonwebtoken');
const redis = require('../config/redis');

const authService = {
  // 注册用户
  register: async (userData) => {
    // 检查用户是否已存在
    const existingUser = await User.findOne({
      $or: [{ email: userData.email }, { username: userData.username }]
    });
    
    if (existingUser) {
      throw new Error('User with this email or username already exists');
    }
    
    // 创建新用户
    const user = new User(userData);
    await user.save();
    
    return user;
  },
  
  // 登录用户
  login: async (email, password) => {
    // 查找用户并包含密码字段
    const user = await User.findOne({ email }).select('+password');
    
    if (!user) {
      throw new Error('Invalid email or password');
    }
    
    // 验证密码
    const isMatch = await user.matchPassword(password);
    
    if (!isMatch) {
      throw new Error('Invalid email or password');
    }
    
    // 生成JWT token
    const token = jwt.sign(
      { id: user.id, role: user.role },
      process.env.JWT_SECRET,
      { expiresIn: process.env.JWT_EXPIRES_IN || '1d' }
    );
    
    // 将token存入Redis（可选，用于单点登录等功能）
    // await redis.set(`user:${user.id}:token`, token, 'EX', 86400); // 24小时过期
    
    return { user, token };
  },
  
  // 登出用户
  logout: async (userId) => {
    // 从Redis中删除token
    await redis.del(`user:${userId}:token`);
  },
  
  // 验证token
  verifyToken: async (token) => {
    try {
      const decoded = jwt.verify(token, process.env.JWT_SECRET);
      
      // 可选：检查token是否在Redis中（用于单点登录等功能）
      // const storedToken = await redis.get(`user:${decoded.id}:token`);
      // if (storedToken !== token) {
      //   throw new Error('Invalid token');
      // }
      
      return decoded;
    } catch (error) {
      throw new Error('Invalid or expired token');
    }
  }
};

module.exports = authService;

4. 认证控制器​

// controllers/authController.js
const authService = require('../services/authService');

const authController = {
  // 注册用户
  register: async (ctx) => {
    try {
      const user = await authService.register(ctx.request.body);
      
      ctx.status = 201;
      ctx.body = {
        success: true,
        data: user
      };
    } catch (error) {
      ctx.status = 400;
      ctx.body = {
        success: false,
        error: error.message
      };
    }
  },
  
  // 用户登录
  login: async (ctx) => {
    try {
      const { email, password } = ctx.request.body;
      const { user, token } = await authService.login(email, password);
      
      ctx.status = 200;
      ctx.body = {
        success: true,
        data: {
          user,
          token
        }
      };
    } catch (error) {
      ctx.status = 401;
      ctx.body = {
        success: false,
        error: error.message
      };
    }
  },
  
  // 用户登出
  logout: async (ctx) => {
    try {
      await authService.logout(ctx.state.user.id);
      
      ctx.status = 200;
      ctx.body = {
        success: true,
        message: 'Successfully logged out'
      };
    } catch (error) {
      ctx.status = 500;
      ctx.body = {
        success: false,
        error: error.message
      };
    }
  },
  
  // 获取当前用户信息
  getCurrentUser: async (ctx) => {
    ctx.status = 200;
    ctx.body = {
      success: true,
      data: ctx.state.user
    };
  }
};

module.exports = authController;

5. 认证中间件​

// middlewares/auth.js
const jwt = require('koa-jwt');
const User = require('../models/User');

// JWT认证中间件
const authenticate = jwt({
  secret: process.env.JWT_SECRET,
  algorithms: ['HS256'],
  getToken: (ctx) => {
    // 从Authorization头中提取token
    if (ctx.headers.authorization && ctx.headers.authorization.split(' ')[0] === 'Bearer') {
      return ctx.headers.authorization.split(' ')[1];
    }
    // 也可以从cookie中提取token
    if (ctx.cookies.get('token')) {
      return ctx.cookies.get('token');
    }
    return null;
  }
});

// 用户加载中间件
const loadUser = async (ctx, next) => {
  try {
    // 从JWT payload中获取用户ID
    const userId = ctx.state.user.id;
    const user = await User.findById(userId);
    
    if (!user) {
      ctx.status = 401;
      ctx.body = {
        success: false,
        error: 'User not found'
      };
      return;
    }
    
    // 将用户对象附加到ctx.state
    ctx.state.user = user;
    await next();
  } catch (error) {
    ctx.status = 401;
    ctx.body = {
      success: false,
      error: 'Authentication failed'
    };
  }
};

// 管理员权限检查中间件
const isAdmin = async (ctx, next) => {
  if (ctx.state.user.role !== 'admin') {
    ctx.status = 403;
    ctx.body = {
      success: false,
      error: 'Access denied. Admin only.'
    };
    return;
  }
  await next();
};

module.exports = { authenticate, loadUser, isAdmin };

6. 路由配置​

// routes/authRoutes.js
const Router = require('koa-router');
const { authenticate, loadUser } = require('../middlewares/auth');
const authController = require('../controllers/authController');
const validator = require('../middlewares/validator');
const Joi = require('joi');

const router = new Router({ prefix: '/api/auth' });

// 验证模式
const registerSchema = Joi.object({
  username: Joi.string().min(3).max(30).required(),
  email: Joi.string().email().required(),
  password: Joi.string().min(6).required()
});

const loginSchema = Joi.object({
  email: Joi.string().email().required(),
  password: Joi.string().required()
});

// 路由定义
router.post('/register', validator(registerSchema), authController.register);
router.post('/login', validator(loginSchema), authController.login);
router.post('/logout', authenticate, loadUser, authController.logout);
router.get('/me', authenticate, loadUser, authController.getCurrentUser);

module.exports = router;

7. 应用入口​

// app.js
const Koa = require('koa');
const bodyParser = require('koa-bodyparser');
const dotenv = require('dotenv');

// 加载环境变量
dotenv.config();

// 数据库配置
const connectDB = require('./config/database');
const redis = require('./config/redis');

// 中间件
const errorHandler = require('./middlewares/errorHandler');
const cache = require('./middlewares/cache');

// 路由
const authRoutes = require('./routes/authRoutes');
const userRoutes = require('./routes/userRoutes');
const articleRoutes = require('./routes/articleRoutes');

// 创建应用
const app = new Koa();
const PORT = process.env.PORT || 3000;

// 连接数据库
connectDB();

// 应用中间件
app.use(errorHandler);
app.use(bodyParser());

// 应用路由
app.use(authRoutes.routes());
app.use(authRoutes.allowedMethods());
app.use(userRoutes.routes());
app.use(userRoutes.allowedMethods());
app.use(articleRoutes.routes());
app.use(articleRoutes.allowedMethods());

// 启动服务器
app.listen(PORT, () => {
  console.log(`Server running on port ${PORT}`);
});

// 处理未捕获的异常
process.on('uncaughtException', (error) => {
  console.error('Uncaught Exception:', error);
  process.exit(1);
});

process.on('unhandledRejection', (error) => {
  console.error('Unhandled Rejection:', error);
  process.exit(1);
});

9.5 测试应用​

使用curl或Postman测试应用的各个功能：

  1. 用户注册：POST /api/auth/register
  2. 用户登录：POST /api/auth/login
  3. 获取当前用户：GET /api/auth/me (需要认证)
  4. 创建文章：POST /api/articles (需要认证)
  5. 获取文章列表：GET /api/articles
  6. 获取单篇文章：GET /api/articles/:id
  7. 更新文章：PUT /api/articles/:id (需要认证和权限)
  8. 删除文章：DELETE /api/articles/:id (需要认证和权限)

10. 总结与进阶建议​

数据库集成是Koa应用开发中的重要环节。通过本文的介绍，我们学习了如何在Koa应用中集成MongoDB、MySQL、PostgreSQL和Redis等主流数据库，以及如何使用ORM/ODM工具（如Mongoose、Sequelize）简化数据库操作。

最佳实践回顾​

  • 始终使用连接池管理数据库连接
  • 对数据库操作进行错误处理和事务管理
  • 为生产环境和开发环境配置不同的数据库连接
  • 使用ORM/ODM工具简化数据库操作和模型定义
  • 实现数据验证，确保数据的完整性和安全性
  • 使用缓存提高应用性能
  • 定期备份数据库，确保数据安全

进阶学习建议​

  • 学习数据库索引优化和查询优化技术
  • 研究数据库分库分表和读写分离策略
  • 学习分布式事务处理方法
  • 探索数据库监控和性能调优工具
  • 研究NoSQL和NewSQL数据库的适用场景
  • 学习数据库安全防护措施

通过不断学习和实践，你将能够构建更加高效、安全和可扩展的Koa应用，为用户提供更好的服务体验。