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读懂CommonJS的模块加载

叨叨一会CommonJS

Common这个英文单词的意思,相信大家都认识,我记得有一个词组common knowledge是常识的意思,那么CommonJS是不是也是类似于常识性的,大家都理解的意思呢?很明显不是,这个常识一点都不常识。我最初认为commonJS是一个开源的JS库,就是那种非常方便用的库,里面都是一些常用的前端方法,然而我错得离谱,CommonJS不仅不是一个库,还是一个看不见摸不着的东西,他只是一个规范!就像校纪校规一样,用来规范JS编程,束缚住前端们。就和Promise一样是一个规范,虽然有许多实现这些规范的开源库,但是这个规范也是可以依靠我们的JS能力实现的。

CommonJs规范

那么CommonJS规范了些什么呢?要解释这个规范,就要从JS的特性说起了。JS是一种直译式脚本语言,也就是一边编译一边运行,所以没有模块的概念。因此CommonJS是为了完善JS在这方面的缺失而存在的一种规范。

CommonJS定义了两个主要概念:

  • require函数,用于导入模块
  • module.exports变量,用于导出模块

然而这两个关键字,浏览器都不支持,所以我认为这是为什么浏览器不支持CommonJS的原因。如果一定腰在浏览器上使用CommonJs,那么就需要一些编译库,比如browserify来帮助哦我们将CommonJs编译成浏览器支持的语法,其实就是实现require和exports。

那么CommonJS可以用于那些方面呢?虽然CommonJS不能再浏览器中直接使用,但是nodejs可以基于CommonJS规范而实现的,亲儿子的感觉。在nodejs中我们就可以直接使用require和exports这两个关键词来实现模块的导入和导出。

Nodejs中CommomJS模块的实现

require

导入,代码很简单,let {count,addCount}=require("./utils")就可以了。那么在导入的时候发生了些什么呢??首先肯定是解析路径,系统给我们解析出一个绝对路径,我们写的相对对路径是给我们看的,绝对路径是给系统看的,毕竟绝对路径辣么长,看着很费力,尤其是当我们的的项目在N个文件夹之下的时候。所以require第一件事就是解析路径。我们可以写的很简洁,只需要写出相对路径和文件名即可,连后缀都可以省略,让require帮我们去匹配去寻找。也就是说require的第一步是解析路径获取到模块内容:

  • 如果是核心模块,比如fs,就直接返回模块
  • 如果是带有路径的如/,./等等,则拼接出一个绝对路径,然后先读取缓存require.cache再读取文件。如果没有加后缀,则自动加后缀然后一一识别。
    • .js 解析为JavaScript 文本文件
    • .json解析JSON对象
    • .node解析为二进制插件模块
  • 首次加载后的模块会缓存在require.cache之中,所以多次加载require,得到的对象是同一个。
  • 在执行模块代码的时候,会将模块包装成如下模式,以便于作用域在模块范围之内。
(function(exports, require, module, __filename, __dirname) {
// 模块的代码实际上在这里
});
复制代码

nodejs官方给出的解释,大家可以参考下

module

说完了require做了些什么事,那么require触发的module做了些什么呢?我们看看用法,先写一个简单的导出模块,写好了模块之后,只需要把需要导出的参数,加入module.exports就可以了。

let count=0
function addCount(){
    count++
}
module.exports={count,addCount}
复制代码

然后根据require执行代码时需要加上的,那么实际上我们的代码长成这样:

(function(exports, require, module, __filename, __dirname) {
    let count=0
    function addCount(){
        count++
    }
    module.exports={count,addCount}
});
复制代码

require的时候究竟module发生了什么,我们可以在vscode打断点:

根据这个断点,我们可以整理出:

黄色圈出来的时require,也就是我们调用的方法

红色圈出来的时Module的工作内容

Module._compile
Module.extesions..js
Module.load
tryMouduleLoad
Module._load
Module.runMain
复制代码

蓝色圈出来的是nodejs干的事,也就是NativeModule,用于执行module对象的。

我们都知道在JS中,函数的调用时栈stack的方式,也就是先近后出,也就是说require这个函数触发之后,图中的运行时从下到上运行的。也就是蓝色框最先运行。我把他的部分代码扒出来,研究研究。

NativeModule原生代码关键代码,这一块用于封装模块的。

NativeModule.wrap = function(script) {
    return NativeModule.wrapper[0] + script + NativeModule.wrapper[1];
};

NativeModule.wrapper = [
    '(function (exports, require, module, __filename, __dirname) { ',
    '\n});'
];
复制代码

NativeModule触发Module.runMain之后,我们的模块加载开始了,我们按照从下至上的顺序来解读吧。

  • Module._load,就是新建一个module对象,然后将这个新对象放入Module缓存之中。
    var module = new Module(filename, parent);
    Module._cache[filename] = module;
    复制代码
  • tryMouduleLoad,然后就是新建的module对象开始解析导入的模块内容
        module.load(filename);
    复制代码
  • 新建的module对象继承了Module.load,这个方法就是解析文件的类型,然后分门别类地执行
  • Module.extesions..js这就干了两件事,读取文件,然后准备编译
  • Module._compile终于到了编译的环节,那么JS怎么运行文本?将文本变成可执行对象,js有3种方法:
    • eval方法eval("console.log('aaa')")

    • new Function() 模板引擎

      let str="console.log(a)"
      new Function("aaa",str)
      复制代码
    • node执行字符串,我们用高级的vm

      let vm=require("vm")
      let a='console.log("a")'
      vm.runInThisContext(a)
      复制代码

      这里Module用vm的方式编译,首先是封装一下,然后再执行,最后返回给require,我们就可以获得执行的结果了。

      var wrapper = Module.wrap(content);
      var compiledWrapper = vm.runInThisContext(wrapper, {
          filename: filename,
          lineOffset: 0,
          displayErrors: true
      });
      复制代码

因为所有的模块都是封装之后再执行的,也就说导入的这个模块,我们只能根据module.exports这一个对外接口来访问内容。

总结一下

这些代码看的人真的很晕,其实主要流程就是require之后解析路径,然后触发Module这一个类,然后Module_load的方法就是在当前模块中创建一个新module的缓存,以保证下一次再require的时候可以直接返回而不用再次执行。然后就是这个新module的load方法载入并通过VM执行代码返回对象给require

正因为是这样编译运行之后赋值给的缓存,所以如果export的值是一个参数,而不是函数,那么如果当前参数的数值改变并不会引起export的改变,因为这个赋予export的参数是静态的,并不会引起二次运行。

CommonJs模块和ES6模块的区别

使用场景

CommonJS因为关键字的局限性,因此大多用于服务器端。而ES6的模块加载,已经有浏览器支持了这个特性,因此ES6可以用于浏览器,如果遇到不支持ES6语法的浏览器,可以选择转译成ES5。

语法差异

ES6也是一种JavaScript的规范,它和CommonJs模块的区别,显而易见,首先代码就不一样,ES6的导入导出很直观importexport

commonJS ES6
支持的关键字 arguments,require,module,exports,__filename,__dirname import,export
导入 const path=require("path") import path from "path"
导出 module.exports = APP; export default APP
导入的对象 随意修改 不能随意修改
导入次数 可以随意require,但是除了第一次,之后都是从模块缓存中取得 在头部导入

** 大家注意了!划重点!nodejs是CommonJS的亲儿子,所以有些ES6的特性并不支持,比如ES6对于模块的关键字importexport,如果大家在nodejs环境下运行,就等着大红的报错吧~**

加载差异

除了语法上的差异,他们引用的模块性质是不一样的。虽然都是模块,但是这模块的结构差异很大。

在ES6中,如果大家想要在浏览器中测试,可以用以下代码:

//utils.js
const x = 1;
export default x
复制代码
<script type="module">
    import x from './utils.js';
    console.log(x);
    export default x
</script>
复制代码

首先要给script一个type="module"表明这里面是ES6的模块,而且这个标签默认是异步加载,也就是页面全部加载完成之后再执行,没有这个标签的话代码不然无法运行哦。然后就可以直接写import和export了。

ES6模块导入的几个问题:

  • 相同的模块只能引入一次,比如x已经导入了,就不能再从utils中导入x
  • 不同的模块引入相同的模块,这个模块只会在首次import中执行。
  • 引入的模块就是一个值的引用,并且是动态的,改变之后其他的相关值也会变化
  • 引入的对象不可随意斩断链接,比如我引入的count我就不能修改他的值,因为这个是导入进来的,想要修改只能在count所在的模块修改。但是如果count是一个对象,那么可以改变对象的属性,比如count.one=1,但是不可以count={one:1}

大家可以看这个例子,我写了一个改变object值的小测试,大家会发现utils.js中的count初始值应该是0,但是运行了addCount所以count的值动态变化了,因此count的值变成了2

let count=0
function addCount(){
    count=count+2
}
export {count,addCount}
复制代码
<script type="module">
    import {count,addCount} from './utils.js';
    //count=4//不可修改,会报错
    addCount()
    console.log(count);
</script>
复制代码

与之对比的是commonJS的模块引用,他的特性是:

  • 上一节已经解释了,模块导出的固定值就是固定值,不会因为后期的修改而改变,除非不导出静态值,而改成函数,每次调用都去动态调用,那么每次值都是最新的了。
  • 导入的对象可以随意修改,相当于只是导入模块中的一个副本。

如果想要深入研究,大家可以参考下阮老师的ES6入门——Module 的加载实现

CommonJS模块总结

CommonJS模块只能运行再支持此规范的环境之中,nodejs是基于CommonJS规范开发的,因此可以很完美地运行CommonJS模块,然后nodejs不支持ES6的模块规范,所以nodejs的服务器开发大家一般使用CommonJS规范来写。

CommonJS模块导入用require,导出用module.exports。导出的对象需注意,如果是静态值,而且非常量,后期可能会有所改动的,请使用函数动态获取,否则无法获取修改值。导入的参数,是可以随意改动的,所以大家使用时要小心。

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