Nest 的实现原理？理解了 Reflect Metadata 就懂了

,Nest 是 Node.js 的服务端框架，它最出名的就是 IOC（inverse of control） 机制了，也就是不需要手动创建实例，框架会自动扫描需要加载的类，并创建他们的实例放到容器里，实例化时还会根据该类的构造器参数自动注入依赖。,它一般是这样用的：,比如入口 Module 里引入某个模块的 Module：,然后这个模块的 Module 里会声明 Controller 和 Service：,Controller 里就是声明 url 对应的处理逻辑：,这个 CatsController 的构造器声明了对 CatsService 的依赖：,然后 CatsService 里就可以去操作数据库进行增删改查了。这里简单实现一下：,之后在入口处调用 create 把整个 nest 应用跑起来：,然后浏览器访问下我们写的那个 controller 对应的 url，打个断点：,,你会发现 controller 的实例已经创建了，而且 service 也给注入了。这就是依赖注入的含义。,这种机制就叫做 IOC（控制反转），也叫依赖注入，好处是显而易见的，就是只需要声明依赖关系，不需要自己创建对象，框架会扫描声明然后自动创建并注入依赖。,Java 里最流行的 Spring 框架就是 IOC 的实现，而 Nest 也是这样一个实现了 IOC 机制的 Node.js 的后端框架。,不知道大家有没有感觉很神奇，只是通过装饰器声明了一下，然后启动 Nest 应用，这时候对象就给创建好了，依赖也给注入了。,那它是怎么实现的呢？,大家如果就这样去思考它的实现原理，还真不一定能想出来，因为缺少了一些前置知识。也就是实现 Nest 最核心的一些 api：Reflect 的 metadata 的 api。,有的同学会说，Reflect 的 api 我很熟呀，就是操作对象的属性、方法、构造器的一些 api：,比如 Reflect.get 是获取对象属性值。,,Reflect.set 是设置对象属性值。,,Reflect.has 是判断对象属性是否存在,,Reflect.apply 是调用某个方法，传入对象和参数。,,Reflect.construct 是用构造器创建对象实例，传入构造器参数。,,这些 api 在 MDN 文档里可以查到，因为它们都已经是 es 标准了，也被很多浏览器实现了。,但是实现 Nest 用到的 api 还没有进入标准，还在草案阶段，也就是 metadata 的 api：,,它有这些 api：,Reflect.defineMetadata 和 Reflect.getMetadata 分别用于设置和获取某个类的元数据，如果最后传入了属性名，还可以单独为某个属性设置元数据。,那元数据存在哪呢？,存在类或者对象上呀，如果给类或者类的静态属性添加元数据，那就保存在类上，如果给实例属性添加元数据，那就保存在对象上，用类似 [[metadata]] 的 key 来存的。,这有啥用呢？,看上面的 api 确实看不出啥来，但它也支持装饰器的方式使用：,Reflect.metadata 装饰器当然也可以再封装一层：,然后我们就可以通过 Reflect metadata 的 api 或者这个类和对象的元数据了：,这里我们用 Reflect.getMetadata 的 api 取出了 add 方法的参数的类型。,看到这里，大家是否明白 nest 的原理了呢？,我们再看下 nest 的源码：,,上面就是 @Module 装饰器的实现，里面就调用了 Reflect.defineMetadata 来给这个类添加了一些元数据。,所以我们这样用的时候：,其实就是给 CatsModule 添加了 controllers 的元数据和 providers 的元数据。,后面创建 IOC 容器的时候就会取出这些元数据来处理：,,而且 @Controller 和 @Injectable 的装饰器也是这样实现的：,,看到这里，大家是否想明白 nest 的实现原理了呢？,其实就是通过装饰器给 class 或者对象添加元数据，然后初始化的时候取出这些元数据，进行依赖的分析，然后创建对应的实例对象就可以了。,所以说，nest 实现的核心就是 Reflect metadata 的 api。,当然，现在 metadata 的 api 还在草案阶段，需要使用 reflect-metadata 这个 polyfill 包才行。,其实还有一个疑问，依赖的扫描可以通过 metadata 数据，但是创建的对象需要知道构造器的参数，现在并没有添加这部分 metadata 数据呀：,比如这个 CatsController 依赖了 CatsService，但是并没有添加 metadata 呀：,这就不得不提到 TypeScript 的优势了，TypeScript 支持编译时自动添加一些 metadata 数据：,比如这段代码：,按理说我们只添加了一个元数据，生成的代码也确实是这样的：,,但是呢，ts 有一个编译选项叫做 emitDecoratorMetadata，开启它就会自动添加一些元数据。,开启之后再试一下：,,你会看到多了三个元数据：,design:type 是 Function，很明显，这个是描述装饰目标的元数据，这里装饰的是函数,design:paramtypes 是 [Number]，很容易理解，就是参数的类型,design:returntype 是 String，也很容易理解，就是返回值的类型,所以说，只要开启了这个编译选项，ts 生成的代码会自动添加一些元数据。,然后创建对象的时候就可以通过 design:paramtypes 来拿到构造器参数的类型了，那不就知道怎么注入依赖了么？,所以，nest 源码里你会看到这样的代码：,,就是获取构造器的参数类型的。这个常量就是我们上面说的那个：,,这也是为什么 nest 会用 ts 来写，因为它很依赖这个 emitDecoratorMetadata 的编译选项。,你用 cli 生成的代码模版里也都默认开启了这个编译选项：,,这就是 nest 的核心实现原理：通过装饰器给 class 或者对象添加 metadata，并且开启 ts 的 emitDecoratorMetadata 来自动添加类型相关的 metadata，然后运行的时候通过这些元数据来实现依赖的扫描，对象的创建等等功能。,Nest 是 Node.js 的后端框架，他的核心就是 IOC 容器，也就是自动扫描依赖，创建实例对象并且自动依赖注入。,要搞懂它的实现原理，需要先学习 Reflect metadata 的 api：,这个是给类或者对象添加 metadata 的。可以通过 Reflect.metadata 给类或者对象添加元数据，之后用到这个类或者对象的时候，可以通过 Reflect.getMetadata 把它们取出来。,Nest 的 Controller、Module、Service 等等所有的装饰器都是通过 Reflect.meatdata 给类或对象添加元数据的，然后初始化的时候取出来做依赖的扫描，实例化后放到 IOC 容器里。,实例化对象还需要构造器参数的类型，这个开启 ts 的 emitDecoratorMetadata 的编译选项之后， ts 就会自动添加一些元数据，也就是 design:type、design:paramtypes、design:returntype 这三个，分别代表被装饰的目标的类型、参数的类型、返回值的类型。,当然，reflect metadata 的 api 还在草案阶段，需要引入 refelect metadata 的包做 polyfill。,nest 的一系列装饰器就是给 class 和对象添加 metadata 的，然后依赖扫描和依赖注入的时候就把 metadata 取出来做一些处理。,理解了 metadata，nest 的实现原理就很容易搞懂了。