Nest 是 Node.js 的服務(wù)端框架，它最出名的就是 IOC（inverse of control） 機(jī)制了，也就是不需要手動(dòng)創(chuàng)建實(shí)例，框架會(huì)自動(dòng)掃描需要加載的類(lèi)，并創(chuàng)建他們的實(shí)例放到容器里，實(shí)例化時(shí)還會(huì)根據(jù)該類(lèi)的構(gòu)造器參數(shù)自動(dòng)注入依賴(lài)。

它一般是這樣用的：

比如入口 Module 里引入某個(gè)模塊的 Module：

import { Module } from '@nestjs/common';
import { CatsModule } from './cats/cats.module';
@Module({
  imports: [CatsModule],
})
export class AppModule {}

然后這個(gè)模塊的 Module 里會(huì)聲明 Controller 和 Service：

import { Module } from '@nestjs/common';
import { CatsController } from './cats.controller';
import { CatsService } from './cats.service';
@Module({
  controllers: [CatsController],
  providers: [CatsService],
})
export class CatsModule {}

Controller 里就是聲明 url 對(duì)應(yīng)的處理邏輯：

import { Body, Controller, Get, Param, Post } from '@nestjs/common';
import { CatsService } from './cats.service';
import { CreateCatDto } from './dto/create-cat.dto';
@Controller('cats')
export class CatsController {
  constructor(private readonly catsService: CatsService) {}
  @Post()
  async create(@Body() createCatDto: CreateCatDto) {
    this.catsService.create(createCatDto);
  }
  @Get()
  async findAll(): Promise<Cat[]> {
    return this.catsService.findAll();
  }
}

這個(gè) CatsController 的構(gòu)造器聲明了對(duì) CatsService 的依賴(lài)：

然后 CatsService 里就可以去操作數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行增刪改查了。這里簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)一下：

import { Injectable } from '@nestjs/common';
import { Cat } from './interfaces/cat.interface';
@Injectable()
export class CatsService {
  private readonly cats: Cat[] = [];
  create(cat: Cat) {
    this.cats.push(cat);
  }
  findAll(): Cat[] {
    return this.cats;
  }
}

之后在入口處調(diào)用 create 把整個(gè) nest 應(yīng)用跑起來(lái)：

import { NestFactory } from '@nestjs/core';
import { AppModule } from './app.module';
async function bootstrap() {
  const app = await NestFactory.create(AppModule);
  await app.listen(3000);
}
bootstrap();

然后瀏覽器訪問(wèn)下我們寫(xiě)的那個(gè) controller 對(duì)應(yīng)的 url，打個(gè)斷點(diǎn)：

你會(huì)發(fā)現(xiàn) controller 的實(shí)例已經(jīng)創(chuàng)建了，而且 service 也給注入了。這就是依賴(lài)注入的含義。

這種機(jī)制就叫做 IOC（控制反轉(zhuǎn)），也叫依賴(lài)注入，好處是顯而易見(jiàn)的，就是只需要聲明依賴(lài)關(guān)系，不需要自己創(chuàng)建對(duì)象，框架會(huì)掃描聲明然后自動(dòng)創(chuàng)建并注入依賴(lài)。

Java 里最流行的 Spring 框架就是 IOC 的實(shí)現(xiàn)，而 Nest 也是這樣一個(gè)實(shí)現(xiàn)了 IOC 機(jī)制的 Node.js 的后端框架。

不知道大家有沒(méi)有感覺(jué)很神奇，只是通過(guò)裝飾器聲明了一下，然后啟動(dòng) Nest 應(yīng)用，這時(shí)候?qū)ο缶徒o創(chuàng)建好了，依賴(lài)也給注入了。

那它是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？

大家如果就這樣去思考它的實(shí)現(xiàn)原理，還真不一定能想出來(lái)，因?yàn)槿鄙倭艘恍┣爸弥R(shí)。也就是實(shí)現(xiàn) Nest 最核心的一些 api：Reflect 的 metadata 的 api。

Reflect Metadata

有的同學(xué)會(huì)說(shuō)，Reflect 的 api 我很熟呀，就是操作對(duì)象的屬性、方法、構(gòu)造器的一些 api：

比如 Reflect.get 是獲取對(duì)象屬性值。

Reflect.set 是設(shè)置對(duì)象屬性值。

Reflect.has 是判斷對(duì)象屬性是否存在

Reflect.apply 是調(diào)用某個(gè)方法，傳入對(duì)象和參數(shù)。

Reflect.construct 是用構(gòu)造器創(chuàng)建對(duì)象實(shí)例，傳入構(gòu)造器參數(shù)。

這些 api 在 MDN 文檔里可以查到，因?yàn)樗鼈兌家呀?jīng)是 es 標(biāo)準(zhǔn)了，也被很多瀏覽器實(shí)現(xiàn)了。

但是實(shí)現(xiàn) Nest 用到的 api 還沒(méi)有進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)，還在草案階段，也就是 metadata 的 api：

它有這些 api：

Reflect.defineMetadata(metadataKey, metadataValue, target);
Reflect.defineMetadata(metadataKey, metadataValue, target, propertyKey);
let result = Reflect.getMetadata(metadataKey, target);
let result = Reflect.getMetadata(metadataKey, target, propertyKey);

Reflect.defineMetadata 和 Reflect.getMetadata 分別用于設(shè)置和獲取某個(gè)類(lèi)的元數(shù)據(jù)，如果最后傳入了屬性名，還可以單獨(dú)為某個(gè)屬性設(shè)置元數(shù)據(jù)。

那元數(shù)據(jù)存在哪呢？

存在類(lèi)或者對(duì)象上呀，如果給類(lèi)或者類(lèi)的靜態(tài)屬性添加元數(shù)據(jù)，那就保存在類(lèi)上，如果給實(shí)例屬性添加元數(shù)據(jù)，那就保存在對(duì)象上，用類(lèi)似 [[metadata]] 的 key 來(lái)存的。

這有啥用呢？

看上面的 api 確實(shí)看不出啥來(lái)，但它也支持裝飾器的方式使用：

@Reflect.metadata(metadataKey, metadataValue)
class C {
  @Reflect.metadata(metadataKey, metadataValue)
  method() {
  }
}

Reflect.metadata 裝飾器當(dāng)然也可以再封裝一層：

function Type(type) {
    return Reflect.metadata("design:type", type);
}
function ParamTypes(...types) {
    return Reflect.metadata("design:paramtypes", types);
}
function ReturnType(type) {
    return Reflect.metadata("design:returntype", type);
}
@ParamTypes(String, Number)
class Guang {
  constructor(text, i) {
  }
  @Type(String)
  get name() { return "text"; }
  @Type(Function)
  @ParamTypes(Number, Number)
  @ReturnType(Number)
  add(x, y) {
    return x + y;
  }
}

然后我們就可以通過(guò) Reflect metadata 的 api 或者這個(gè)類(lèi)和對(duì)象的元數(shù)據(jù)了：

let obj = new Guang("a", 1);
let paramTypes = Reflect.getMetadata("design:paramtypes", inst, "add"); 
// [Number, Number]

這里我們用 Reflect.getMetadata 的 api 取出了 add 方法的參數(shù)的類(lèi)型。

看到這里，大家是否明白 nest 的原理了呢？

我們?cè)倏聪?nest 的源碼：

上面就是 @Module 裝飾器的實(shí)現(xiàn)，里面就調(diào)用了 Reflect.defineMetadata 來(lái)給這個(gè)類(lèi)添加了一些元數(shù)據(jù)。

所以我們這樣用的時(shí)候：

import { Module } from '@nestjs/common';
import { CatsController } from './cats.controller';
import { CatsService } from './cats.service';
@Module({
  controllers: [CatsController],
  providers: [CatsService],
})
export class CatsModule {}

其實(shí)就是給 CatsModule 添加了 controllers 的元數(shù)據(jù)和 providers 的元數(shù)據(jù)。

后面創(chuàng)建 IOC 容器的時(shí)候就會(huì)取出這些元數(shù)據(jù)來(lái)處理：

而且 @Controller 和 @Injectable 的裝飾器也是這樣實(shí)現(xiàn)的：

看到這里，大家是否想明白 nest 的實(shí)現(xiàn)原理了呢？

其實(shí)就是通過(guò)裝飾器給 class 或者對(duì)象添加元數(shù)據(jù)，然后初始化的時(shí)候取出這些元數(shù)據(jù)，進(jìn)行依賴(lài)的分析，然后創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的實(shí)例對(duì)象就可以了。

所以說(shuō)，nest 實(shí)現(xiàn)的核心就是 Reflect metadata 的 api。

當(dāng)然，現(xiàn)在 metadata 的 api 還在草案階段，需要使用 reflect-metadata 這個(gè) polyfill 包才行。

其實(shí)還有一個(gè)疑問(wèn)，依賴(lài)的掃描可以通過(guò) metadata 數(shù)據(jù)，但是創(chuàng)建的對(duì)象需要知道構(gòu)造器的參數(shù)，現(xiàn)在并沒(méi)有添加這部分 metadata 數(shù)據(jù)呀：

比如這個(gè) CatsController 依賴(lài)了 CatsService，但是并沒(méi)有添加 metadata 呀：

import { Body, Controller, Get, Param, Post } from '@nestjs/common';
import { CatsService } from './cats.service';
import { CreateCatDto } from './dto/create-cat.dto';
@Controller('cats')
export class CatsController {
  constructor(private readonly catsService: CatsService) {}
  @Post()
  async create(@Body() createCatDto: CreateCatDto) {
    this.catsService.create(createCatDto);
  }
  @Get()
  async findAll(): Promise<Cat[]> {
    return this.catsService.findAll();
  }
}

這就不得不提到 TypeScript 的優(yōu)勢(shì)了，TypeScript 支持編譯時(shí)自動(dòng)添加一些 metadata 數(shù)據(jù)：

比如這段代碼：

import "reflect-metadata";
class Guang {
  @Reflect.metadata("名字", "光光")
  public say(a: number): string {
    return '加油鴨';
  }
}

按理說(shuō)我們只添加了一個(gè)元數(shù)據(jù)，生成的代碼也確實(shí)是這樣的：

但是呢，ts 有一個(gè)編譯選項(xiàng)叫做 emitDecoratorMetadata，開(kāi)啟它就會(huì)自動(dòng)添加一些元數(shù)據(jù)。

開(kāi)啟之后再試一下：

你會(huì)看到多了三個(gè)元數(shù)據(jù)：

design:type 是 Function，很明顯，這個(gè)是描述裝飾目標(biāo)的元數(shù)據(jù)，這里裝飾的是函數(shù)

design:paramtypes 是 [Number]，很容易理解，就是參數(shù)的類(lèi)型

design:returntype 是 String，也很容易理解，就是返回值的類(lèi)型

所以說(shuō)，只要開(kāi)啟了這個(gè)編譯選項(xiàng)，ts 生成的代碼會(huì)自動(dòng)添加一些元數(shù)據(jù)。

然后創(chuàng)建對(duì)象的時(shí)候就可以通過(guò) design:paramtypes 來(lái)拿到構(gòu)造器參數(shù)的類(lèi)型了，那不就知道怎么注入依賴(lài)了么？

所以，nest 源碼里你會(huì)看到這樣的代碼：

就是獲取構(gòu)造器的參數(shù)類(lèi)型的。這個(gè)常量就是我們上面說(shuō)的那個(gè)：

這也是為什么 nest 會(huì)用 ts 來(lái)寫(xiě)，因?yàn)樗芤蕾?lài)這個(gè) emitDecoratorMetadata 的編譯選項(xiàng)。

你用 cli 生成的代碼模版里也都默認(rèn)開(kāi)啟了這個(gè)編譯選項(xiàng)：

這就是 nest 的核心實(shí)現(xiàn)原理：通過(guò)裝飾器給 class 或者對(duì)象添加 metadata，并且開(kāi)啟 ts 的 emitDecoratorMetadata 來(lái)自動(dòng)添加類(lèi)型相關(guān)的 metadata，然后運(yùn)行的時(shí)候通過(guò)這些元數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)依賴(lài)的掃描，對(duì)象的創(chuàng)建等等功能。

總結(jié)

Nest 是 Node.js 的后端框架，他的核心就是 IOC 容器，也就是自動(dòng)掃描依賴(lài)，創(chuàng)建實(shí)例對(duì)象并且自動(dòng)依賴(lài)注入。

要搞懂它的實(shí)現(xiàn)原理，需要先學(xué)習(xí) Reflect metadata 的 api：

這個(gè)是給類(lèi)或者對(duì)象添加 metadata 的?？梢酝ㄟ^(guò) Reflect.metadata 給類(lèi)或者對(duì)象添加元數(shù)據(jù)，之后用到這個(gè)類(lèi)或者對(duì)象的時(shí)候，可以通過(guò) Reflect.getMetadata 把它們?nèi)〕鰜?lái)。

Nest 的 Controller、Module、Service 等等所有的裝飾器都是通過(guò) Reflect.meatdata 給類(lèi)或?qū)ο筇砑釉獢?shù)據(jù)的，然后初始化的時(shí)候取出來(lái)做依賴(lài)的掃描，實(shí)例化后放到 IOC 容器里。

實(shí)例化對(duì)象還需要構(gòu)造器參數(shù)的類(lèi)型，這個(gè)開(kāi)啟 ts 的 emitDecoratorMetadata 的編譯選項(xiàng)之后， ts 就會(huì)自動(dòng)添加一些元數(shù)據(jù)，也就是 design:type、design:paramtypes、design:returntype 這三個(gè)，分別代表被裝飾的目標(biāo)的類(lèi)型、參數(shù)的類(lèi)型、返回值的類(lèi)型。

當(dāng)然，reflect metadata 的 api 還在草案階段，需要引入 refelect metadata 的包做 polyfill。

nest 的一系列裝飾器就是給 class 和對(duì)象添加 metadata 的，然后依賴(lài)掃描和依賴(lài)注入的時(shí)候就把 metadata 取出來(lái)做一些處理。

理解了 metadata，nest 的實(shí)現(xiàn)原理就很容易搞懂了。