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一文快速了解Nodejs中的模块系统

本篇文章带大家了解一下Nodejs中的模块系统,希望对大家有所帮助!

模块化的背景

早期 JavaScript 是为了实现简单的页面交互逻辑, 但随着时代发展, 浏览器不单单仅只能呈现简单交互, 各种各样的网站开始大放光彩。随着网站开始变得复杂化,前端代码日渐增多,相对比起其他静态语言,JavaScript 缺少模块化的弊端开始暴露出来,如命名冲突。因此为了方便前端代码的维护和管理,社区开始了对模块化规范的定义。在这过程中,出现了很多的模块化规范,如CommonJS, AMD, CMD, ES modules,本文章主要讲解Node中根据CommonJS实现的模块化。

CommonJS 规范

首先,在 Node 世界里,模块系统是遵守CommonJS规范的,CommonJS规范里定义,简单讲就是:

  • 每一个文件就是一个模块
  • 通过module对象来代表一个模块的信息
  • 通过exports用来导出模块对外暴露的信息
  • 通过require来引用一个模块

Node 模块分类

  • 核心模块: 如 fs,http,path 等模块, 这些模块不需要安装, 在运行时已经加载在内存中。【推荐学习:《nodejs 教程》】
  • 第三方模块: 通过安装存放在 node_modules 中。
  • 自定义模块: 主要是指 file 模块,通过绝对路径或者相对路径进行引入。

Module 对象

我们上面说过,一个文件就是一个模块,且通过一个 module 对象来描述当前模块信息,一个 module 对象对应有以下属性:
- id: 当前模块的id
- path: 当前模块对应的路径
- exports: 当前模块对外暴露的变量
- parent: 也是一个module对象,表示当前模块的父模块,即调用当前模块的模块
- filename: 当前模块的文件名(绝对路径), 可用于在模块引入时将加载的模块加入到全局模块缓存中, 后续引入直接从缓存里进行取值
- loaded: 表示当前模块是否加载完毕
- children: 是一个数组,存放着当前模块调用的模块
- paths: 是一个数组,记录着从当前模块开始查找node_modules目录,递归向上查找到根目录下的node_modules目录下

module.exports 与 exports

说完CommonJS规范,我们先讲下module.exportsexports的区别。

首先,我们用个新模块进行一个简单验证

console.log(module.exports === exports); // true

可以发现,module.exportsepxorts实际上就是指向同一个引用变量。

demo1

// a模块
module.exports.text = 'xxx';
exports.value = 2;

// b模块代码
let a = require('./a');

console.log(a); // {text: 'xxx', value: 2}

从而也就验证了上面demo1中,为什么通过module.exportsexports添加属性,在模块引入时两者都存在, 因为两者最终都是往同一个引用变量上面进行属性的添加.根据该 demo, 可以得出结论: module.exportsexports指向同一个引用变量

demo2

// a模块
module.exports = {
  text: 'xxx'
}
exports.value = 2;

// b模块代码
let a = require('./a');

console.log(a); // {text: 'xxx'}

上面的 demo 例子中,对module.exports进行了重新赋值, exports进行了属性的新增, 但是在引入模块后最终导出的是module.exports定义的值, 可以得出结论: noed 的模块最终导出的是module.exports, 而exports仅仅是对 module.exports 的引用, 类似于以下代码:

exports = module.exports = {};
(function (exports, module) {
  // a模块里面的代码
  module.exports = {
    text: 'xxx'
  }
  exports.value = 2;

  console.log(module.exports === exports); // false
})(exports, module)

由于在函数执行中, exports 仅是对原module.exports对应变量的一个引用,当对module.exports进行赋值时,exports对应的变量和最新的module.exports并不是同一个变量

require 方法

require引入模块的过程主要分为以下几步:

  • 解析文件路径成绝对路径
  • 查看当前需要加载的模块是否已经有缓存, 如果有缓存, 则直接使用缓存的即可
  • 查看是否是 node 自带模块, 如 http,fs 等, 是就直接返回
  • 根据文件路径创建一个模块对象
  • 将该模块加入模块缓存中
  • 通过对应的文件解析方式对文件进行解析编译执行(node 默认仅支持解析.js,.json, .node后缀的文件)
  • 返回加载后的模块 exports 对象

1.png

Module.prototype.require = function(id) {
  // ...
  try {
    // 主要通过Module的静态方法_load加载模块 
    return Module._load(id, this, /* isMain */ false);
  } finally {}
  // ...
};
// ...
Module._load = function(request, parent, isMain) {
  let relResolveCacheIdentifier;
  // ...
  // 解析文件路径成绝对路径
  const filename = Module._resolveFilename(request, parent, isMain);
  // 查看当前需要加载的模块是否已经有缓存
  const cachedModule = Module._cache[filename];
  // 如果有缓存, 则直接使用缓存的即可
  if (cachedModule !== undefined) {
    // ...
    return cachedModule.exports;
  }

  // 查看是否是node自带模块, 如http,fs等, 是就直接返回
  const mod = loadNativeModule(filename, request);
  if (mod && mod.canBeRequiredByUsers) return mod.exports;

  // 根据文件路径初始化一个模块
  const module = cachedModule || new Module(filename, parent);

  // ...
  // 将该模块加入模块缓存中
  Module._cache[filename] = module;
  if (parent !== undefined) {
    relativeResolveCache[relResolveCacheIdentifier] = filename;
  }

  // ...
  // 进行模块的加载
  module.load(filename);

  return module.exports;
};

至此, node 的模块原理流程基本过完了。目前 node v13.2.0 版本起已经正式支持 ESM 特性。

__filename, __dirname

在接触 node 中,你是否会困惑 __filename, __dirname是从哪里来的, 为什么会有这些变量呢? 仔细阅读该章节,你会对这些有系统性的了解。

  • 顺着上面的 require 源码继续走, 当一个模块加载时, 会对模块内容读取
  • 将内容包裹成函数体
  • 将拼接的函数字符串编译成函数
  • 执行编译后的函数, 传入对应的参数
Module.prototype._compile = function(content, filename) {
  // ...
  const compiledWrapper = wrapSafe(filename, content, this);
  // 
  result = compiledWrapper.call(thisValue, exports, require, module,
                                    filename, dirname);
  
  // ...
  return result;
};
function wrapSafe(filename, content, cjsModuleInstance) {
  // ...
  const wrapper = Module.wrap(content);
  // ...
}
let wrap = function(script) {
  return Module.wrapper[0] + script + Module.wrapper[1];
};

const wrapper = [
  '(function (exports, require, module, __filename, __dirname) { ',
  '\n});'
];

ObjectDefineProperty(Module, 'wrap', {
  get() {
    return wrap;
  },

  set(value) {
    patched = true;
    wrap = value;
  }
});

综上, 也就是之所以模块里面有__dirname,__filename, module, exports, require这些变量, 其实也就是 node 在执行过程传入的, 看完是否解决了多年困惑的问题^_^

NodeJS 中使用 ES Modules

  • package.json增加"type": "module"配置
// test.mjs
export default {
	a: 'xxx'
}
// import.js
import a from './test.mjs';

console.log(a); // {a: 'xxx'}

import 与 require 两种机制的区别

较明显的区别是在于执行时机:

  • ES 模块在执行时会将所有import导入的模块会先进行预解析处理, 先于模块内的其他模块执行
// entry.js
console.log('execute entry');
let a = require('./a.js')

console.log(a);

// a.js
console.log('-----a--------');

module.exports = 'this is a';
// 最终输出顺序为:
// execute entry
// -----a--------
// this is a
// entry.js
console.log('execute entry');
import b from './b.mjs';

console.log(b);

// b.mjs
console.log('-----b--------');

export default 'this is b';
// 最终输出顺序为:
// -----b--------
// execute entry
// this is b
  • import 只能在模块的顶层,不能在代码块之中(比如在if代码块中),如果需要动态引入, 需要使用import()动态加载;

ES 模块对比 CommonJS 模块, 还有以下的区别:

  • 没有 requireexportsmodule.exports

    在大多数情况下,可以使用 ES 模块 import 加载 CommonJS 模块。(CommonJS 模块文件后缀为 cjs)
    如果需要引入.js后缀的 CommonJS 模块, 可以使用module.createRequire()在 ES 模块中构造require函数

// test.cjs
export default {
a: 'xxx'
}
// import.js
import a from './test.cjs';

console.log(a); // {a: 'xxx'}
// test.cjs
export default {
a: 'xxx'
}
// import.js
import a from './test.cjs';

console.log(a); // {a: 'xxx'}
// test.cjs
export default {
a: 'xxx'
}
// import.mjs
import { createRequire } from 'module';
const require = createRequire(import.meta.url);

// test.js 是 CommonJS 模块。
const siblingModule = require('./test');
console.log(siblingModule); // {a: 'xxx'}
  • 没有 __filename 或 __dirname

    这些 CommonJS 变量在 ES 模块中不可用。

  • 没有 JSON 模块加载

    JSON 导入仍处于实验阶段,仅通过 --experimental-json-modules 标志支持。

  • 没有 require.resolve

  • 没有 NODE_PATH

  • 没有 require.extensions

  • 没有 require.cache

ES 模块和 CommonJS 的相互引用

在 CommonJS 中引入 ES 模块

由于 ES Modules 的加载、解析和执行都是异步的,而 require() 的过程是同步的、所以不能通过 require() 来引用一个 ES6 模块。

ES6 提议的 import() 函数将会返回一个 Promise,它在 ES Modules 加载后标记完成。借助于此,我们可以在 CommonJS 中使用异步的方式导入 ES Modules:

// b.mjs
export default 'esm b'
// entry.js
(async () => {
	let { default: b } = await import('./b.mjs');
	console.log(b); // esm b
})()

在 ES 模块中引入 CommonJS

在 ES6 模块里可以很方便地使用 import 来引用一个 CommonJS 模块,因为在 ES6 模块里异步加载并非是必须的:

// a.cjs
module.exports = 'commonjs a';
// entry.js
import a from './a.cjs';

console.log(a); // commonjs a

至此,提供 2 个 demo 给大家测试下上述知识点是否已经掌握,如果没有掌握可以回头再进行阅读。

demo module.exports&exports

// a模块
exports.value = 2;

// b模块代码
let a = require('./a');

console.log(a); // {value: 2}

demo module.exports&exports

// a模块
exports = 2;

// b模块代码
let a = require('./a');

console.log(a); // {}

require&_cache 模块缓存机制

// origin.js
let count = 0;

exports.addCount = function () {
	count++
}

exports.getCount = function () {
	return count;
}

// b.js
let { getCount } = require('./origin');
exports.getCount = getCount;

// a.js
let { addCount, getCount: getValue } = require('./origin');
addCount();
console.log(getValue()); // 1
let { getCount } = require('./b');
console.log(getCount()); // 1

require.cache

根据上述例子, 模块在 require 引入时会加入缓存对象require.cache中。 如果需要删除缓存, 可以考虑将该缓存内容清除,则下次require模块将会重新加载模块。

let count = 0;

exports.addCount = function () {
	count++
}

exports.getCount = function () {
	return count;
}

// b.js
let { getCount } = require('./origin');
exports.getCount = getCount;

// a.js
let { addCount, getCount: getValue } = require('./origin');
addCount();
console.log(getValue()); // 1
delete require.cache[require.resolve('./origin')];
let { getCount } = require('./b');
console.log(getCount()); // 0

结语

至此,本文主要介绍了 Node 中基于CommonJS实现的模块化机制,并且通过源码的方式对模块化的整个流程进行了分析,有关于模块的介绍可查看下面参考资料。有疑问的欢迎评论区留言,谢谢。

参考资料

CommonJS 模块

ES 模块

原文地址:https://juejin.cn/post/7007233910681632781

作者:慢吃啊

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