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在 web 上使用 JavaScript 模块

简介: 现在 所有主流现代浏览器都已经支持 JavaScript 模块。本文将介绍如何使用 JS 模块,如何有效地部署,以及 Chrome 团队如何使 JS 模块在未来变得更好用。

现在 所有主流现代浏览器都已经支持 JavaScript 模块。本文将介绍如何使用 JS 模块,如何有效地部署,以及 Chrome 团队如何使 JS 模块在未来变得更好用。

什么是 JS 模块?

JS 模块(也称为“ES 模块”或“ECMAScript模块”)是 ES6 中一项非常重要的语言特性。在此以前,你可能使用过用户级别的 JavaScript 模块系统,比如在 Node.js 中的 CommonJS,或者是 AMD,或者其他别的实现。所有的模块系统都包含一个共同点:允许导入和导出内容。

现在,JavaScript 拥有标准化的语法来完成这些事。在一个模块中,可以使用 export 关键字来导出任何内容,比如一个 const ,一个 function 或任何其他变量绑定或是声明。只需在变量语句或声明前面加上 export 即可:

//  lib.mjs

export const repeat = (string) => `${string} ${string}`;
export function shout(string) {
  return `${string.toUpperCase()}!`;
}
复制代码

然后可以使用 import 关键字从另一个模块导入模块。在这里,我们从 lib 模块导入 repeat 和 shout 函数,并在 main 模块中使用它们 :

//  main.mjs

import {repeat, shout} from './lib.mjs';
repeat('hello');
// → 'hello hello'
shout('Modules in action');
// → 'MODULES IN ACTION!'
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还也可以从模块中导出 default 值:

//  lib.mjs

export default function(string) {
  return `${string.toUpperCase()}!`;
}
复制代码

这时候 default 导出可以使用任何名称导入:

//  main.mjs

import shout from './lib.mjs';
//     ^^^^^
复制代码

模块与经典脚本有点不太一样:

  • 模块默认开启严格模式
  • 模块中不支持 HTML 注释语法。
// Don’t use HTML-style comment syntax in JavaScript!
const x = 42; <!-- TODO: Rename x to y.
// Use a regular single-line comment instead:
const x = 42; // TODO: Rename x to y.
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  • 模块拥有一个顶级词法作用域。也就是说,如果在一个模块中运行 var foo = 42; 不会创建一个名为 foo,可以在浏览器通过window.foo 访问的全局变量。
  • 新的静态 import 和 export 语法仅在模块中可用,不适用于经典脚本。

正是由于这些差异,相同的 JavaScript 代码在模块与经典脚本时可能会在处理上存在差异。因此,JavaScript runtime 需要区分哪些脚本是模块。

在浏览器中使用 JS 模块

在 Web 上,可以将 <script> 元素中的 type 属性设置为 module,通过这种方式来告诉浏览器将其视为模块。

<script type="module" src="main.mjs"></script>
<script nomodule src="fallback.js"></script>
复制代码

能够解析 type="module" 的浏览器将忽略具有 nomodule 属性的脚本。这意味着,可以对支持模块的浏览器提供基于模块的代码,同时对其他不支持浏览器的提供 fallback 脚本。这个特性在性能上是有很大好处的,由于只有现代浏览器支持模块,如果浏览器能够解析模块,那应该还支持模块之前的语言特性,比如箭头函数或是 asyncawait。这样就不必在基于模块的包中编译这些语言特性,就能为现代浏览器提供体积更小并且没有经过编译的代码。只有在传统浏览器才会降级使用带有 nomodule 的脚本。

模块和经典脚本之间的浏览器特定差异

现在已经了解到模块与经典脚本的不同之处,除了上面列出的平台无关差异之外,还有一些浏览器特定差异。

比如,模块只会执行一次,而经典脚本则只要将其添加到 DOM 多少次就会执行多少次。

<script src="classic.js"></script>
<script src="classic.js"></script>
<!-- classic.js executes multiple times. -->

<script type="module" src="module.mjs"></script>
<script type="module" src="module.mjs"></script>
<script type="module">import './module.mjs';</script>
<!-- module.mjs executes only once. -->
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另外,模块脚本及其依赖关系通过 CORS 获取。也就是说,任何跨域模块脚本都必须提供正确的 HTTP 头部信息,比如 Access-Control-Allow-Origin: *

另一个区别与 async 属性有关,它可以让脚本下载而不阻止 HTML 解析器(就像 defer),但会立即执行脚本,不保证顺序,并且不需要等待 HTML 解析完成。async 属性不适用于内联经典脚本,但仍适用于内联 <script type="module">

关于文件扩展名的说明

可能已经注意到我们正在使用 .mjs 作为模块的文件扩展名。在 Web 上,文件扩展名无关紧要,只要该文件是 JavaScript MIME 类型 text/javascript。从 script 元素的 type 属性,浏览器就能知道它是一个模块。

不过,我们建议在模块使用 .mjs 扩展名,原因有两个:

  1. 在开发过程中,它清楚地表明该文件是一个模块,而不是一个普通的脚本。如前所述,模块的处理方式与普通脚本不同,因此必须通过某种方式表明其差异。
  2. 与 Node.js 保持一致,模块实现的实验版本目前只支持带 .mjs 扩展名的文件。

注意:在 Web 上部署 .mjs ,需要在 Web 服务器将此扩展名配置成 Content-Type: text/javascript。另外,你可能还希望配置编辑器将 .mjs 文件视为 .js 文件来获得语法高亮显示,事实上大多数现代编辑已经默认这样做了。

模块标识符

在 import 模块时,指定模块位置的字符串称为“模块标识符”或“导入标识符”。在之前的例子中,模块标识符是 './lib.mjs'

import {shout} from './lib.mjs';
//                  ^^^^^^^^^^^
复制代码

在浏览器中使用模块标识符有一些限制。目前不支持“纯”模块标识符,这个限制可以参考 HTML 规范 ,以便将来浏览器可以允许自定义模块加载器为纯模块标识符赋予特殊含义,如下所示:

// Not supported (yet):
import {shout} from 'jquery';
import {shout} from 'lib.mjs';
import {shout} from 'modules/lib.mjs';
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另一方面,下面的例子都是支持的:

// Supported:
import {shout} from './lib.mjs';
import {shout} from '../lib.mjs';
import {shout} from '/modules/lib.mjs';
import {shout} from 'https://simple.example/modules/lib.mjs';
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现在,模块标识符必须是完整的 URL,或是类似 /./ 或 ../ 这样的相对 URL 。

模块默认 defer

经典 <script> 元素默认阻止 HTML 解析器。我们可以通过添加 defer属性 来保证了脚本下载与 HTML 解析同时进行。

async-defer

而模块脚本默认 defer。因此,不需要添加 defer 到 <script type="module"> 标签。不仅主模块的下载与 HTML 解析并行,所有依赖模块也是如此。

其他模块特性

动态 import()

到目前为止,我们只使用静态 import。使用静态 import 时,整个模块需要在主代码运行之前下载并执行。但有时,可能并不希望预先加载模块,而是按需加载模块,只有在用到时才加载,比如时在用户单击链接或按钮时,以此到达提高初始化性能的需求。这就是 动态 import() 。

<script type="module">
  (async () => {
    const moduleSpecifier = './lib.mjs';
    const {repeat, shout} = await import(moduleSpecifier);
    repeat('hello');
    // → 'hello hello'
    shout('Dynamic import in action');
    // → 'DYNAMIC IMPORT IN ACTION!'
  })();
</script>
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与静态 import 不同,动态 import() 能在常规脚本中使用,可以从这里开始在现有代码库中逐步使用 JS 模块。有关更多相关信息,请参阅我们关于动态 import 的文章

注意:webpack 有它自己的实现版本,巧妙地将导入的模块分割成独立于主包的 chunk。

import.meta

另一个与模块相关的新特性是 import.meta,提供有关当前模块的元数据。元数据不是 ECMAScript 规范的一部分,这取决于宿主环境,比如在浏览器中跟在 Node.js 中可能会获得与不同的元数据。

这是一个在 web 上使用 import.meta 的例子。默认情况下,图像是相对于当前 URL 加载,使用 import.meta.url 使它可以相对于当前模块路径加载。

function loadThumbnail(relativePath) {
  const url = new URL(relativePath, import.meta.url);
  const image = new Image();
  image.src = url;
  return image;
}

const thumbnail = loadThumbnail('../img/thumbnail.png');
container.append(thumbnail);
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性能建议

继续使用打包

借助 JS 模块,可以在不使用打包工具(如 webpack,Rollup 或 Parcel)的情况下开发网站。在以下情况下,直接使用原生 JS 模块会更具优势:

  • 在进行本地开发时
  • 在小型网络应用程序的生产环境,即总共少于 100 个模块并且具有相对较浅的依赖关系树(最大深度小于 5)

但是,正如我们之前所了解到的,在加载由〜300个模块组成的模块化库,对 Chrome 加载管道进行性能瓶颈分析时,打包之后的加载性能优于非打包。

其中一个原因是静态 importexport 语法是静态可分析的,因此打包工具优可以通过消除未使用的导出优化代码。静态 import 和 export 不仅仅是语法,它们是一个非常关键的特性。

注意:我们的一般建议是在模块部署到生产之前继续使用打包工具。在某种程度上,打包是一种压缩代码的优化方式,会带来性能上的好处,因为最终将传输更少的代码。

当然,DevTools 的代码覆盖功能可以帮助确定是否有将不必要的代码推送给用户。我们还建议使用 代码拆分来拆分包,并延迟加载非关键路径的脚本。

在模块打包上的权衡

在 web 开发中,使用非打包模块可能会降低初始加载性能(冷缓存),但实际上可以提高后续访问(热缓存)的加载性能。对于一个没有使用代码拆分的 200 KB 的代码库,在更改一个细粒度的模块时,从服务器单独获取这个模块要比重新获取整个 bundle 更好。

如果你更关心使用热缓存的访问者的体验,而不是首次访问的性能,并且网站的细粒度模块少于几百个,那么可以尝试使用非打包模块。需要做的是评估冷缓存和热缓存的加载性能,然后做出以数据驱动的决定。

浏览器工程师正在努力改进即开即用的模块性能。随着时间的推移,预计在更多情况下,使用非打包模块将会成为可行。

使用细粒度模块

应该养成使用小而细的模块编写代码的习惯。在开发过程中,更好的方式是在一个文件中使用更少的导出。

比如一个名为 ./util.mjs 的模块,导出三个函数 droppluck 以及 zip

export function drop() { /* … */ }
export function pluck() { /* … */ }
export function zip() { /* … */ }
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如果代码库仅仅需要 pluck 函数,那么可能会按如下方式进行导入:

import { pluck } from './util.mjs';
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在这种情况下(没有使用构建时打包步骤),浏览器仍然需要下载,解析和编译整个 ./util.mjs模块,即使需要的只是其中的一个导出。这很浪费性能。

如果 pluck 不和 drop 和 zip 共享任何代码,更好的方式是把它移动到自己的细粒度模块,比如 ./pluck.mjs

export function pluck() { /* … */ }
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然后我们可以导入 pluck 而不需要处理 drop 和 zip

import { pluck } from './pluck.mjs';
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注意:可以在这里使用 default 导出而不是命名导出,取决于个人喜好。

这不仅可以让源代码更加简单,而且还可以减少打包工具消除死代码的需求。如果源代码树中的某个模块未被使用,那么它永远不会被导入,所以浏览器永远不会下载它。并且,浏览器可以单独为该模块进行代码缓存

使用小而细的模块有助于为将来的原生打包解决方案做好准备。

预加载模块

还可以通过使用 <link rel="modulepreload"> 进一步优化模块。这样,浏览器可以预加载,甚至可以预解析以及预编译模块及其依赖关系。

<link rel="modulepreload" href="lib.mjs">
<link rel="modulepreload" href="main.mjs">
<script type="module" src="main.mjs"></script>
<script nomodule src="fallback.js"></script>
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对于一个更大的依赖树,这一点尤其重要。如果没有 rel="modulepreload",浏览器需要执行多个 HTTP 请求来找出完整的依赖关系树。但是,如果声明依赖模块脚本的完整列表 rel="modulepreload",那浏览器就不必逐步去发现这些依赖关系。

使用 HTTP/2

如果可能的话,使用 HTTP/2 是一个很好的性能建议,比如仅仅是为了支持多路复用。通过 HTTP/2 多路复用,多个请求和响应消息可以同时在运行,这对加载模块树很有帮助。

Chrome 团队调研了另一个 HTTP/2 的功能,HTTP/2 服务器推送功能是否可以成为部署高度模块化应用程序的实用解决方案。但是, HTTP/2 服务器推送还有很多问题,Web 服务器和浏览器的实现目前还没有针对高度模块化的 Web 应用进行优化。比如,很难只推送用户尚未缓存的资源,解决这个问题的一种方式是将源的整个缓存状态传达服务器,但这会带来隐私风险。

所以应该继续坚持推进使用 HTTP/2,但 HTTP/2 服务器推送并不是银弹。

JS 模块在 Web 的使用情况

在 web 上使用 JS 模块正在逐渐变得流行起来,但在我们的使用情况统计 显示目前仅有 0.08% 的页面在使用 <script type="module">,这份数据不包含像是动态 import() 或 worklets 的使用 JS 模块的方式。

JS 模块的下一步

Chrome 团队正在尝试各种方式改善 JS 模块的开发体验,现在来讨论其中的一些点。

更快和确定的模块解析算法

我们提出了改进模块解析算法的提案,以解决目前在速度和确定性上的不足。新算法既存在于 HTML 规范中,也存在于 ECMAScript 规范中,并在 Chrome 63 中实现。预计这种改进很快就会在更多的浏览器中得以实现。

新算法效率更高,速度更快。旧算法的复杂度是依赖图大小的二次方,即 O(n²),Chrome 的实现也是如此。新算法的复杂度是线性的,即 O(n)。

而且,新算法会以更确定的方式报告解析错误。给定一个包含多个错误的依赖图,旧算法在不同运行情况下可能会报告不同的错误,因为它们都会导致解析失败,这使调试非常困难,而新算法每次都报告相同的错误。

Worklets 和 web workers

Chrome 现在实现了 wokelets,它允许 web 开发人员自定义浏览器底层级别的硬编码逻辑。通过使用 worklets,Web 开发人员可以将 JS 模块提供给渲染管道或音频处理管道(未来可能还会有更多管道)。

Chrome 65 支持 PaintWorklet(又名 CSS Paint API)来控制 DOM 元素的绘制方式。

const result = await css.paintWorklet.addModule('paint-worklet.mjs');
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Chrome 66 支持 AudioWorklet,可使用自定义代码控制音频处理。同时加入 OriginTrial forAnimationWorklet,可以用来创建 scroll-linked 效果以及其他高性能程序动画。

最后,LayoutWorklet(也就是 CSS Layout API)在 Chrome 67 中实现。

我们正在实现为 Chrome 中的专用 web worker 提供对 JS 模块的支持。可以在 chrome://flags/#enable-experimental-web-platform-features 启用后尝试此功能 。

const worker = new Worker('worker.mjs', { type: 'module' });
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shared worker 和 service worker 也即将支持 JS 模块:

const worker = new SharedWorker('worker.mjs', { type: 'module' });
const registration = await navigator.serviceWorker.register('worker.mjs', { type: 'module' });
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包名称映射

在 Node.js/npm 中,通常通过“包名称”来导入 JS 模块。比如:

import moment from 'moment';
import { pluck } from 'lodash-es';
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目前,根据 HTML 规范,这种“纯导入标识符”会引发异常。 我们提出包名称映射的提案允许此类代码在 Web 上运行,包括生产环境。包名称映射是一个 JSON 文件,用来帮助浏览器将纯导入标识符转换为完整的 URL。

目前包名称映射仍处于提案阶段,而且还没有完整的规范。

web packing:native bundles

Chrome 浏览器团队目前正在探索一种原生的 web 打包格式作为分发网络应用的新方式。其核心功能是:

签名的 HTTP Exchange允许浏览器相信单个 HTTP 请求/响应对声称的来源生成; 打包的 HTTP Exchange,即一组交换信息,每个交换信息都可以是签名或未签名的,其中包含一些元数据描述如何将包作为一个整体解析。

这样的组合打包格式将使 多个同源的资源 被 安全地嵌入 单个 HTTP GET 响应。

现有的打包工具(如 webpack,Rollup 或 Parcel)将生成单个 JavaScript 包,其中原始模块的语义丢失。使用原生打包,浏览器可以将资源分解回原来的形式。简而言之,可以将 Bundled HTTP Exchange 想象成可通过内容目录以任意顺序访问的资源束,并且所包含的资源可以根据其重要性进行有效存储和标记,同时保持独立文件的概念。正因为如此,原生打包可以改善调试体验,在 DevTools 中查看资源时,浏览器可以精确定位原始模块,而不依赖复杂的 source map。

由于原生打包格式的透明度,可以轻松地完成一些优化。比如,当浏览器已经缓存了包的一部分时,可以通知 Web 服务器,然后只下载缺失的部分。

Chrome 已经支持提案(SignedExchanges)的一部分,但打包格式本身以及其对高度模块化的应用仍处于探索阶段。

Layered API

发布新特性和 Web API 会导致持续的维护和运行时成本,每个新特性都会污染浏览器名称空间,增加启动成本,并且可能在整个代码库中引入 bug。Layered API 希望以更具扩展性的方式实现和发布一些 Web 浏览器的高级 API。JS 模块是 Layered API 中的关键技术:

  • 由于模块是明确导入的,因此通过模块暴露 Layered API 可以确保开发人员只关心他们使用到的部分。
  • 由于模块加载是可配置的,Layered API 可以实现一种内置机制用于在不支持 Layered API 的浏览器中自动加载 polyfills。

模块和 Layered API 如何协同工作的细节仍在制定中,但目前的提案看起来像这样:

<script
  type="module"
  src="std:virtual-scroller|https://example.com/virtual-scroller.mjs"
></script>
复制代码

这个 <script> 元素可以从浏览器的内置 Layered API(std:virtual-scroller)或是指向 polyfill 的 fallback URL 加载 virtual-scroller API 。然后就可以创建一个自定义 <virtual-scroller> 元素,如下:

<virtual-scroller> <!-- Content goes here. --> </virtual-scroller>


原文发布时间为:2018年07月02日

作者:掘金

本文来源:掘金 如需转载请联系原作者

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