设计支持动态中间件插入和移除的中间件框架

题目

设计支持动态中间件插入和移除的中间件框架

信息

• 类型：问答
• 难度：⭐⭐⭐

考点

中间件原理, 设计模式, 动态修改, 异步流程控制

快速回答

实现动态中间件管理的核心要点：

• 使用链表结构存储中间件，支持O(1)复杂度插入/移除
• 通过闭包+工厂函数实现中间件热替换
• 采用版本控制解决并发修改问题
• 利用代理模式动态路由请求
• 添加中间件生命周期钩子确保状态安全

1. 核心原理

中间件本质是责任链模式的变体，动态修改需解决：

• 链表结构：每个中间件持有next引用，插入/移除只需修改相邻节点指针
• 版本控制：每次修改生成新版本链，避免遍历时修改导致的并发问题
• 闭包隔离：通过工厂函数返回中间件实例，确保每次插入都是独立闭包

2. 代码实现

class DynamicMiddleware {
  constructor() {
    this.middlewareChain = [];
    this.version = 0;
  }

  // 添加中间件
  use(middlewareFactory) {
    const newMiddleware = middlewareFactory(this._next.bind(this));
    this.middlewareChain.push({
      id: Symbol(),
      fn: newMiddleware,
      version: ++this.version
    });
  }

  // 移除中间件
  remove(id) {
    this.middlewareChain = this.middlewareChain.filter(m => m.id !== id);
    this.version++;
  }

  // 动态插入
  insertAfter(targetId, middlewareFactory) {
    const index = this.middlewareChain.findIndex(m => m.id === targetId);
    if (index === -1) throw new Error('Middleware not found');

    const newMiddleware = middlewareFactory(this._next.bind(this));
    this.middlewareChain.splice(index + 1, 0, {
      id: Symbol(),
      fn: newMiddleware,
      version: ++this.version
    });
  }

  // 执行入口
  async handle(req, res) {
    const currentVersion = this.version;
    const runner = this._compose(this.middlewareChain);
    await runner(req, res);
  }

  // 组合中间件
  _compose(chain) {
    return chain.reduceRight((next, middleware) => {
      return async (req, res) => {
        // 版本检查
        if (middleware.version !== currentVersion) {
          throw new Error('Middleware chain modified during execution');
        }
        await middleware.fn(req, res, next);
      };
    }, () => Promise.resolve());
  }

  _next() { /* ... */ }
}

3. 关键问题解决

• 并发安全：版本校验确保执行中不被修改
• 内存泄漏：使用WeakMap存储中间件引用，避免旧版本滞留
• 执行中断：插入移除时等待当前请求完成（通过drain事件）

4. 最佳实践

• 为每个中间件添加teardown钩子释放资源
• 限制动态操作频率（如每秒最多5次）
• 使用中间件签名校验，防止无效中间件注入
• 生产环境添加中间件沙箱隔离

5. 常见错误

• 闭包污染：未使用工厂函数导致状态共享
• 版本穿透：未校验版本导致新旧链混合执行
• 循环依赖：中间件相互引用形成死循环
• 异步冲突：未处理中间件异步清理操作

6. 扩展知识

• React中间件对比：Redux中间件使用函数组合，动态更新需hack store
• 性能优化：链表优于数组（修改复杂度O(1) vs O(n)）
• 热更新方案：Webpack模块热替换(HMR)的中间件处理机制
• 分布式场景：通过消息队列广播中间件变更事件