Express.js框架

介绍

Express.js是Node.js最流行的Web应用框架之一，由TJ Holowaychuk于2010年创建。它提供了简洁而强大的API，帮助开发者快速构建Web应用和RESTful API。Express.js基于Node.js的HTTP模块，添加了路由、中间件、错误处理等功能，使Web开发更加高效。其核心 philosophy是"少即是多"，提供基础功能而不限制开发者的选择。

核心特点

轻量级：仅提供必要的功能，无冗余代码
灵活：不强制使用特定的模板引擎或ORM
高性能：基于Node.js的非阻塞I/O模型
丰富的中间件生态：通过中间件扩展功能
路由系统：简洁而强大的路由API
社区活跃：拥有庞大的社区和丰富的资源

原理

中间件机制

Express.js的核心是中间件(Middleware)机制：

中间件是一个函数，可以访问请求对象(req)、响应对象(res)和应用的请求-响应循环中的下一个中间件函数(next)
中间件可以执行任何操作，修改请求和响应对象，结束请求-响应循环，或调用下一个中间件
中间件按照定义的顺序执行

中间件类型

应用级中间件：绑定到app对象的中间件

app.use((req, res, next) => {
  console.log('Time:', Date.now());
  next();
});

路由级中间件：绑定到路由对象的中间件

router.use((req, res, next) => {
  console.log('Request URL:', req.originalUrl);
  next();
});

错误处理中间件：处理请求过程中发生的错误

app.use((err, req, res, next) => {
  console.error(err.stack);
  res.status(500).send('Something broke!');
});

内置中间件：Express.js提供的内置中间件

app.use(express.json()); // 解析JSON请求体
app.use(express.urlencoded({ extended: true })); // 解析URL编码的请求体
app.use(express.static('public')); // 提供静态文件

第三方中间件：通过NPM安装的中间件

const cookieParser = require('cookie-parser');
app.use(cookieParser());

路由原理

Express.js的路由系统基于路径和HTTP方法进行匹配：

当请求到达服务器时，Express会根据请求的URL和方法查找匹配的路由处理函数
路由可以包含路径参数、查询字符串等
路由处理函数负责生成响应

路由匹配规则

精确路径匹配：app.get('/users', ...) 匹配 /users
路径参数：app.get('/users/:id', ...) 匹配 /users/123
通配符：app.get('/users/*', ...) 匹配 /users/ 下的所有路径
正则表达式：app.get(/^/users/d+$/, ...) 匹配 /users/ 后跟随数字的路径

图示

请求 -> 应用级中间件 -> 路由级中间件 -> 路由处理函数 -> 响应
               |                |
               v                v
            错误处理中间件 <- 错误处理中间件

核心对象

请求对象(req)

请求对象包含HTTP请求的所有信息：

req.url：请求URL
req.method：请求方法
req.headers：请求头
req.body：请求体（需要body-parser中间件）
req.params：路径参数
req.query：查询字符串参数
req.cookies：Cookie（需要cookie-parser中间件）

响应对象(res)

响应对象用于发送HTTP响应：

res.send()：发送响应
res.json()：发送JSON响应
res.status()：设置HTTP状态码
res.setHeader()：设置响应头
res.redirect()：重定向
res.render()：渲染模板（需要模板引擎）

实例

基本使用

// app.js
const express = require('express');
const app = express();
const port = 3000;

// 应用级中间件
app.use(express.json());
app.use(express.urlencoded({ extended: true }));

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

app.get('/users', (req, res) => {
  // 模拟用户数据
  const users = [
    { id: 1, name: 'John Doe' },
    { id: 2, name: 'Jane Smith' }
  ];
  res.json(users);
});

app.get('/users/:id', (req, res) => {
  const userId = req.params.id;
  // 模拟根据ID查询用户
  res.json({ id: userId, name: `User ${userId}` });
});

app.post('/users', (req, res) => {
  const newUser = req.body;
  // 模拟创建用户
  res.status(201).json({ id: 3, ...newUser });
});

// 错误处理中间件
app.use((err, req, res, next) => {
  console.error(err.stack);
  res.status(500).send('Something broke!');
});

// 启动服务器
app.listen(port, () => {
  console.log(`Example app listening at http://localhost:${port}`);
});

路由模块化

// routes/users.js
const express = require('express');
const router = express.Router();

// 路由级中间件
router.use((req, res, next) => {
  console.log('Time:', Date.now());
  next();
});

router.get('/', (req, res) => {
  res.json([{ id: 1, name: 'John Doe' }]);
});

router.get('/:id', (req, res) => {
  res.json({ id: req.params.id, name: `User ${req.params.id}` });
});

module.exports = router;

// app.js
const usersRouter = require('./routes/users');
app.use('/users', usersRouter);

最佳实践

使用环境变量：存储配置信息，如端口号、数据库连接字符串等
模块化路由：将路由拆分为多个文件，提高可维护性
错误处理：使用错误处理中间件捕获和处理所有错误
日志记录：记录请求和响应信息，便于调试和监控
输入验证：验证所有用户输入，防止注入攻击
使用async/await：避免回调地狱
限制请求速率：防止DoS攻击
设置安全头部：使用helmet中间件增强安全性
代码风格一致：使用ESLint和Prettier保持代码风格一致
测试：编写单元测试和集成测试

// 中间件
app.use(express.json());
app.use(express.urlencoded({ extended: false }));

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

app.get('/users/:id', (req, res) => {
  res.json({
    id: req.params.id,
    name: 'User ' + req.params.id
  });
});

// 启动服务器
app.listen(port, () => {
  console.log(`Server running at http://localhost:${port}/`);
});

运行：`node app.js`
访问：http://localhost:3000/ 可看到'Hello World'
访问：http://localhost:3000/users/1 可看到'{"id":"1","name":"User 1"}'

### 中间件示例
```javascript
// 日志中间件
const logger = (req, res, next) => {
  console.log(`${req.method} ${req.url} - ${new Date().toISOString()}`);
  next();
};

// 错误处理中间件
const errorHandler = (err, req, res, next) => {
  console.error(err.stack);
  res.status(500).send('Something broke!');
};

app.use(logger);
// 其他路由...
app.use(errorHandler);

专业解决方案

路由模块化

使用express.Router()创建模块化路由
将不同功能的路由分离到不同文件中

身份验证

passport.js：灵活的身份验证中间件
jsonwebtoken：基于JWT的身份验证

数据库集成

mongoose：MongoDB的ODM
sequelize：ORM框架，支持多种关系型数据库

视图引擎

ejs：简单的模板引擎
pug：优雅的模板引擎

测试

mocha：JavaScript测试框架
supertest：HTTP断言库，用于测试Express应用

性能优化

静态文件缓存
压缩响应数据
路由懒加载
使用CDN分发静态资源

介绍​

核心特点​

原理​

中间件机制​

中间件类型​

路由原理​

路由匹配规则​

图示​

核心对象​

请求对象(req)​

响应对象(res)​

实例​

基本使用​

路由模块化​

最佳实践​

专业解决方案​

路由模块化​

身份验证​

数据库集成​

视图引擎​

测试​

性能优化​

介绍

核心特点

原理

中间件机制

中间件类型

路由原理

路由匹配规则

图示

核心对象

请求对象(req)

响应对象(res)

实例

基本使用

路由模块化

最佳实践

专业解决方案

路由模块化

身份验证

数据库集成

视图引擎

测试

性能优化