前端模块化—CommonJS、CMD、AMD、UMD和ESM

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在NodeJS之前，由于没有过于复杂的开发场景，前端是不存在模块化的，后端才有模块化。NodeJS诞生之后，它使用CommonJS的模块化规范。从此，js模块化开始快速发展。

模块化的开发方式可以提供代码复用率，方便进行代码的管理。通常来说，一个文件就是一个模块，有自己的作用域，只向外暴露特定的变量和函数。

CommonJS

NodeJS是CommonJS规范的主要实践者，它有四个重要的环境变量为模块化的实现提供支持：module、exports、require、global。

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。

// example.js
var x = 5;
var addX = function (value) {
  return value + x;
};

上面代码中，变量x和函数addX，是当前文件example.js私有的，其他文件不可见。

如果想在多个文件分享变量，必须定义为global对象的属性。

global.warning = true;

上面代码的warning变量，可以被所有文件读取。当然，这样写法是不推荐的。

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。

var x = 5;
var addX = function (value) {
  return value + x;
};
module.exports.x = x;
module.exports.addX = addX;

上面代码通过module.exports输出变量x和函数addX。

require方法用于加载模块。

var example = require('./example.js');

console.log(example.x); // 5
console.log(example.addX(1)); // 6

CommonJS模块的特点如下。

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。

Module对象

Node内部提供一个Module构建函数。所有模块都是Module的实例。

每个模块内部，都有一个module对象，代表当前模块。它有以下属性。

module.id 模块的识别符，通常是带有绝对路径的模块文件名。
module.filename 模块的文件名，带有绝对路径。
module.loaded 返回一个布尔值，表示模块是否已经完成加载。
module.parent 返回一个对象，表示调用该模块的模块。
module.children 返回一个数组，表示该模块要用到的其他模块。
module.exports 表示模块对外输出的值。

如果在命令行下调用某个模块，比如node something.js，那么module.parent就是null。如果是在脚本之中调用，比如require('./something.js')，那么module.parent就是调用它的模块。利用这一点，可以判断当前模块是否为入口脚本。

module.exports属性

module.exports属性表示当前模块对外输出的接口，其他文件加载该模块，实际上就是读取module.exports变量。

var x = 5;
var addX = function (value) {
  return value + x;
};
module.exports.x = x;
module.exports.addX = addX;

var example = require('./example.js');

console.log(example.x); // 5
console.log(example.addX(1)); // 6

exports变量

为了方便，Node为每个模块提供一个exports变量，指向module.exports。这等同在每个模块头部，有一行这样的命令。

var exports = module.exports;

因此，在对外输出模块接口时，可以向exports对象添加方法。

exports.area = function (r) {
  return Math.PI * r * r;
};

注意，因为exports持有的是module.exports的引用，所以，不能直接将exports变量指向一个值，因为这样等于切断了exports与module.exports的联系。

exports = function(x) {console.log(x)};

上面这样的写法是无效的，因为exports不再指向module.exports了。

下面的写法也是无效的。因为也切段了exports对module.exports的引用

exports.hello = function() {
  return 'hello';
};

module.exports = 'Hello world';

上面代码中，hello函数是无法对外输出的，因为module.exports被重新赋值了。

如果一个模块的对外接口，就是一个单一的值，不能使用exports输出，只能使用module.exports输出。

module.exports = function (x){ console.log(x);};

加载模式

CommonJS规范加载模块是同步的，在输入时是先加载整个模块，生成一个对象，然后再从这个对象上面读取方法，这种加载称为“运行时加载”。也就是说，只有加载完成，才能执行后面的操作。由于Node.js主要用于服务器编程，模块文件一般都已经存在于本地硬盘，读取非常快，所以这样做不会有问题。

加载机制

CommonJS模块的加载机制是，输入的是被输出的值的拷贝。也就是说，一旦输出一个值，模块内部的变化就影响不到这个值。

下面是一个模块文件lib.js。

// lib.js
var counter = 3;
function incCounter() {
  counter++;
}
module.exports = {
  counter: counter,
  incCounter: incCounter,
};

上面代码输出内部变量counter和改写这个变量的内部方法incCounter。

然后，加载上面的模块。

// main.js
var counter = require('./lib').counter;
var 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。

AMD规范

AMD规范是非同步加载模块，允许指定回调函数。浏览器环境下，要从服务器端加载模块，就必须采用非同步模式，因此浏览器端一般采用AMD规范。

AMD规范使用define方法定义模块，如果我们定义的模块本身也依赖其他模块,那就需要将它们放在[]中作为define()的第一参数。下面就是一个例子：

define(['package/lib'], function(lib){
  function foo(){
    lib.log('hello world!');
  }

  return {
    foo: foo
  };
});

引用模块的时候，我们将模块名放在[]中作为reqiure()的第一参数；所有依赖这个模块的语句，都定义在一个回调函数中，等到加载完成之后，这个回调函数才会运行。

// 引用模块，将模块放在[]内
require(['jquery', 'math'],function($, math){
  var sum = math.add(10,20);
  $("#sum").html(sum);
});

require

加载规则

require命令用于加载文件，后缀名默认为.js。

var foo = require('foo');
//  等同于
var foo = require('foo.js');

根据参数的不同格式，require命令去不同路径寻找模块文件。

1. 如果参数字符串以“/”开头，则表示加载的是一个位于绝对路径的模块文件。比如，`require('/home/marco/foo.js')`将加载`/home/marco/foo.js`。

2. 如果参数字符串以“./”开头，则表示加载的是一个位于相对路径（跟当前执行脚本的位置相比）的模块文件。比如，`require('./circle')`将加载当前脚本同一目录的`circle.js`。

3. 如果参数字符串不以“./“或”/“开头，则表示加载的是一个默认提供的核心模块（位于Node的系统安装目录中），或者一个位于各级node_modules目录的已安装模块（全局安装或局部安装）。

举例来说，脚本`/home/user/projects/foo.js`执行了`require('bar.js')`命令，Node会依次搜索以下文件。

/usr/local/lib/node/bar.js
/home/user/projects/node_modules/bar.js
/home/user/node_modules/bar.js
/home/node_modules/bar.js
/node_modules/bar.js

4. 如果参数字符串不以“./“或”/“开头，而且是一个路径，比如require('example-module/path/to/file')，则将先找到example-module的位置，然后再以它为参数，找到后续路径。

5. 如果指定的模块文件没有发现，Node会尝试为文件名添加.js、.json、.node后，再去搜索。.js件会以文本格式的JavaScript脚本文件解析，.json文件会以JSON格式的文本文件解析，.node文件会以编译后的二进制文件解析。

6. 如果想得到require命令加载的确切文件名，使用require.resolve()方法。

目录加载规则

在package.json文件中，将入口文件写入main字段。让require方法可以通过这个入口文件，加载整个目录下面是一个例子。

// package.json
{ 
"name" : "some-library",
  "main" : "./lib/some-library.js" 
}

require发现参数字符串指向一个目录以后，会自动查看该目录的package.json文件，然后加载main字段指定的入口文件。如果package.json文件没有main字段，或者根本就没有package.json文件，则会加载该目录下的index.js文件或index.node文件。

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"

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。

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

CMD

AMD的实现者require.js在申明依赖的模块时，会在第一时间加载并执行模块内的代码：

define(["a", "b", "c", "d", "e", "f"], function(a, b, c, d, e, f) { 
    // 等于在最前面声明并初始化了要用到的所有模块
    if (false) {
      // 即便没用到某个模块 b，但 b 还是提前执行了。**这就CMD要优化的地方**
      b.foo()
    } 
});

CMD是另一种js模块化方案，它与AMD很类似，不同点在于：AMD推崇依赖前置、提前执行，CMD推崇依赖就近、延迟执行。

define(function (require, exports, module){
  var someModule = require("someModule");
  var anotherModule = require("anotherModule");

  someModule.doTehAwesome();
  anotherModule.doMoarAwesome();

  exports.asplode = function (){
    someModule.doTehAwesome();
    anotherModule.doMoarAwesome();
  };
});

UMD

umd是一种思想，就是一种兼容 commonjs,AMD,CMD 的兼容写法，define.amd / define.cmd / module 等判断当前支持什么方式，

UMD先判断支持Node.js的模块（exports）是否存在，存在则使用Node.js模块模式。再判断是否支持AMD（define是否存在），存在则使用AMD方式加载模块。都不行就挂载到 window 全局对象上面去

ES6 Module

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，旨在成为浏览器和服务器通用的模块解决方案。其模块功能主要由两个命令构成：export和import。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。

/** 定义模块 math.js **/
var basicNum = 0;
var add = function (a, b) {
    return a + b;
};
export { basicNum, add };

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

ES6还提供了export default命令，为模块指定默认输出，对应的import语句不需要使用大括号。这也更趋近于ADM的引用写法。

ES6 模块的特征：

严格模式：ES6 的模块自动采用严格模式
import read-only特性： import的属性是只读的，不能赋值，类似于const的特性
export/import提升： import/export必须位于模块顶级，不能位于作用域内；其次对于模块内的import/export会提升到模块顶部，这是在编译阶段完成的

加载机制

ES6 模块的运行机制与 CommonJS 不一样。ES6 模块不是对象，而是通过 export 命令显式指定输出的代码，import时采用静态命令的形式。JS 引擎对脚本静态分析的时候，遇到模块加载命令import，就会生成一个只读引用。等到脚本真正执行时，再根据这个只读引用，到被加载的那个模块里面去取值。模块内部引用的变化，会反应在外部。

在import时可以指定加载某个输出值，而不是加载整个模块，这种加载称为“编译时加载”。在编译时就引入模块代码，而不是在代码运行时加载，所以无法实现条件加载。也正因为这个，使得静态分析成为可能。

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