前端模块化 #116

模块化的背景

Javascript 程序本来很小——在早期，它们大多被用来执行独立的脚本任务，在你的 web 页面需要的地方提供一定交互，所以一般不需要多大的脚本。过了几年，我们现在有了运行大量 Javascript 脚本的复杂程序，还有一些被用在其他环境（例如 Node.js）。因此，近年来，有必要开始考虑提供一种将 JavaScript 程序拆分为可按需导入的单独模块的机制。Node.js 已经提供这个能力很长时间了，还有很多的 Javascript 库和框架 已经开始了模块的使用（例如， CommonJS 和基于 AMD 的其他模块系统 如 RequireJS, 以及最新的 Webpack 和 Babel）。好消息是，最新的浏览器开始原生支持模块功能了，这会是一个好事情 — 浏览器能够最优化加载模块，使它比使用库更有效率：使用库通常需要做额外的客户端处理。

什么是模块化?

将一个复杂的程序依据一定的规则封装成代码块(文件), 并进行组合在一起，代码块的内部数据与实现是私有的, 只是向外部暴露一些接口(方法)与其它模块通信

原生如何实现模块化

function 模式

优点

• 将不同的功能封装成不同的全局函数
  
• 天生的模块化
  

缺点

• 污染全局命名空间, 易引起命名冲突
  
• 模块成员之间看不出直接关系
  

例子

function function() {
    //...
}
function function2() {
    //...
}

namespace 模式

优点

减少了全局变量，解决命名冲突

缺点

数据不安全(外部可以直接修改模块内部的数据)

例子

let module = {
    name: 'Faker',
    getName() {
        console.log(`${this.name}`)
    }
}
module.name = 'other Name' // 能直接修改模块内部的数据
module.getName() // other Name

IIFE（立即调用函数表达式） 模式

优点

数据是私有的, 外部只能通过暴露的方法操作

缺点

如果当前这个模块依赖另一个模块怎么办？

引入 script

优点

相比于使用一个 js 文件，这种多个 js 文件实现最简单的模块化的思想是进步的。

缺点

请求过多，如果我们要依赖多个模块，那样就会发送多个请求，导致请求过多

依赖关系不明显，我们不知道他们的具体依赖关系是什么，因为不了解他们之间的依赖关系导致加载先后顺序出错。

难以维护，以上两种原因就导致了很难维护，很可能出现牵一发而动全身的情况导致项目出现严重的问题。

例子

<script src="jquery.js"></script>
<script src="jquery_scroller.js"></script>
<script src="main.js"></script>
<script src="other1.js"></script>
<script src="other2.js"></script>
<script src="other3.js"></script>

模块化规范

CommonJS

Node 应用由模块组成，采用 CommonJS 模块规范。每个文件就是一个模块，有自己的作用域。在一个文件里面定义的变量、函数、类，都是私有的，对其他文件不可见。在服务器端，模块的加载是运行时同步加载的；在浏览器端，模块需要提前编译打包处理。

特点

• 所有代码都运行在模块作用域，不会污染全局作用域。
• 模块可以多次加载，但是只会在第一次加载时运行一次，然后运行结果就被缓存了，以后再加载，就直接读取缓存结果。要想让模块再次运行，必须清除缓存。
• 模块加载的顺序，按照其在代码中出现的顺序。
• 对外抛出的变量，是一个值的地址，不是引用地址，内部修改的变量对外导出的变量不影响。

基本语法

• 暴露模块：module.exports = value 或 exports.xxx = value
• 引入模块：require(xxx), 如果是第三方模块，xxx 为模块名；如果是自定义模块，xxx 为模块文件路径

此处我们有个疑问：CommonJS 暴露的模块到底是什么? CommonJS 规范规定，每个模块内部，module 变量代表当前模块。这个变量是一个对象，它的 exports 属性（即 module.exports）是对外的接口。加载某个模块，其实是加载该模块的 module.exports 属性。

// example.js
const count = 5;
const add = function () {
    return count;
};
module.exports.count = count;
module.exports.add = add;

上面代码通过 module.exports 输出变量 count 和函数 add。

const example = require('./example.js');
console.log(example.count); // 5
console.log(example.add()); // 5

CommonJS 模块的加载机制

require 命令是 CommonJS 规范之中，用来加载其他模块的命令。它其实不是一个全局命令，而是指向当前模块的 module.require 命令，而后者又调用 Node 的内部命令 Module.\_load

Module._load = function(request, parent, isMain) {
    // 1. 检查 Module._cache，是否缓存之中有指定模块
    // 2. 如果缓存之中没有，就创建一个新的Module实例
    // 3. 将它保存到缓存
    // 4. 使用 module.load() 加载指定的模块文件，
    //    读取文件内容之后，使用 module.compile() 执行文件代码
    // 5. 如果加载/解析过程报错，就从缓存删除该模块
    // 6. 返回该模块的 module.exports
};

上面的第 4 步，采用 module.compile()执行指定模块的脚本，逻辑如下。

Module.prototype._compile = function(content, filename) {
    // 1. 生成一个require函数，指向module.require
    // 2. 加载其他辅助方法到require
    // 3. 将文件内容放到一个函数之中，该函数可调用 require
    // 4. 执行该函数
};

上面的第 1 步和第 2 步，require 函数及其辅助方法主要如下。

• require(): 加载外部模块
• require.resolve()：将模块名解析到一个绝对路径
• require.main：指向主模块
• require.cache：指向所有缓存的模块
• require.extensions：根据文件的后缀名，调用不同的执行函数

一旦 require 函数准备完毕，整个所要加载的脚本内容，就被放到一个新的函数之中，这样可以避免污染全局环境。该函数的参数包括 require、module、exports，以及其他一些参数。

Module.\_compile 方法是同步执行的，所以 Module.\_load 要等它执行完成，才会向用户返回 module.exports 的值。

// main.js
let counter = require('./lib').counter;
let incCounter = require('./lib').incCounter;
console.log(counter); // 3
incCounter();
console.log(counter); // 3

上面代码说明，counter 输出以后，lib.js 模块内部的变化就影响不到 counter 了。这是因为 counter 是一个原始类型的值，会被缓存。除非写成一个函数，才能得到内部变动后的值。

CommonJS 模块的缓存

第一次加载某个模块时，Node 会缓存该模块。以后再加载该模块，就直接从缓存取出该模块的 module.exports 属性。

require('./example.js');
require('./example.js').message = "hello";
require('./example.js').message
// "hello"

上面代码中，连续三次使用 require 命令，加载同一个模块。第二次加载的时候，为输出的对象添加了一个 message 属性。但是第三次加载的时候，这个 message 属性依然存在，这就证明 require 命令并没有重新加载模块文件，而是输出了缓存。

如果想要多次执行某个模块，可以让该模块输出一个函数，然后每次 require 这个模块的时候，重新执行一下输出的函数。

所有缓存的模块保存在 require.cache 之中，如果想删除模块的缓存，可以像下面这样写。

// 删除指定模块的缓存
delete delete require.cache[require.resolve("./a.js")];
// 删除所有模块的缓存
Object.keys(require.cache).forEach(function(key) {
    delete delete require.cache[require.resolve(key)];
})

注意，缓存是根据绝对路径识别模块的，如果同样的模块名，但是保存在不同的路径，require 命令还是会重新加载该模块。

CommonJS 模块的循环加载

如果发生模块的循环加载，即 A 加载 B，B 又加载 A，则 B 将加载 A 的不完整版本。

// a.js
exports.x = 'a1';
console.log('a.js ', require('./b.js').x);
exports.x = 'a2';
// b.js
exports.x = 'b1';
console.log('b.js ', require('./a.js').x);
exports.x = 'b2';
// main.js
console.log('main.js ', require('./a.js').x);
console.log('main.js ', require('./b.js').x);

上面代码是三个 JavaScript 文件。其中，a.js 加载了 b.js，而 b.js 又加载 a.js。这时，Node 返回 a.js 的不完整版本，所以执行结果如下。

$ node main.js
b.js a1
a.js b2
main.js a2
main.js b2

修改 main.js，再次加载 a.js 和 b.js。

// main.js
console.log('main.js ', require('./a.js').x);
console.log('main.js ', require('./b.js').x);
console.log('main.js ', require('./a.js').x);
console.log('main.js ', require('./b.js').x);

执行上面代码，结果如下。

$ node main.js
b.js  a1
a.js  b2
main.js  a2
main.js  b2
main.js  a2
main.js  b2

上面代码中，第二次加载 a.js 和 b.js 时，会直接从缓存读取 exports 属性，所以 a.js 和 b.js 内部的 console.log 语句都不会执行了。

ES6 模块化

ES6 模块的设计思想是尽量的静态化，使得编译时就能确定模块的依赖关系，以及输入和输出的变量。CommonJS 和 AMD 模块，都只能在运行时确定这些东西。比如，CommonJS 模块就是对象，输入时必须查找对象属性。

特点

• ES6 模块的设计思想是尽量的静态化，使得编译时就能确定模块的依赖关系，以及输入和输出的变量。

基本语法

export 命令用于规定模块的对外接口，import 命令用于输入其他模块提供的功能。

export

let basicNum = 0;
let add = function(a, b) {
    return a + b;
};
export { basicNum, add };

import

import { basicNum, add } from './math';
function test(ele) {
    ele.textContent = add(99 + basicNum);
}

如上例所示，使用 import 命令的时候，用户需要知道所要加载的变量名或函数名，否则无法加载。为了给用户提供方便，让他们不用阅读文档就能加载模块，就要用到 export default 命令，为模块指定默认输出。

export default function () {
    console.log('foo');
}

ES6 模块与 CommonJS 模块的差异

• CommonJS 模块输出的是一个值的拷贝，ES6 模块输出的是值的引用。
  
• CommonJS 模块是运行时加载，ES6 模块是编译时输出接口。
  

第二个差异是因为 CommonJS 加载的是一个对象（即 module.exports 属性），该对象只有在脚本运行完才会生成。而 ES6 模块不是对象，它的对外接口只是一种静态定义，在代码静态解析阶段就会生成。

总结

CommonJS 规范主要用于服务端编程，加载模块是同步的，并不适合在浏览器环境，因为同步意味着阻塞加载，浏览器资源是异步加载的。

ES6 在语言标准的层面上，实现了模块功能，而且实现得相当简单，完全可以取代 CommonJS 和 AMD 规范，成为浏览器和服务器通用的模块解决方案。