js模块化总结:AMD、CMD、CommonJs和ES6

历史上,JavaScript一直没有模块(module)体系,无法将一个大程序拆分成互相依赖的小文件,再用简单的方法拼装起来。其他语言都有这项功能,比如Ruby的require、Python的import,甚至就连css都有@import,但是javascript任何这方面的支持都没有,这对开发大型的、复杂的项目形成了巨大障碍。
为了解决模块化的问题,ES5中提供了AMD、CMD、CommonJs模块化编程方案,ES6中新增了export/import。

CommonJS规范

CommonJS就是一个JavaScript模块化的规范,是用在服务器端的node的模块规范,前端的webpack也是对CommonJS原生支持的。
在CommonJS规范中,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。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。
require方法用于加载模块。
CommonJS的特点:

  • 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。
    Node内部提供一个Module构建函数。所有模块都是Module的实例。

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。
例如,我们在moduleA.js文件中定义funA方法,并用module.exports变量把该方法暴露出,实例代码如下:

然后,在moduleB模块中加载引入moduleA模块,便可以使用funA方法了,示例代码如下:

Node为每个模块提供一个exports变量,指向module.exports。在对外输出模块接口时,可以向exports对象添加方法,但不能对exports重新赋值。因为如果对exports重新赋值,会改版exports的指向,而导出的时候require的是module.exports不是exports,因此在exports上的操作就无效了。
模块引用通过require实现,主要有以下三种方式

根据参数的不同格式,require命令去不同路径寻找模块文件。加载规则如下:

(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)。

(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。
CommonJS是同步的,意味着你想调用模块里的方法,必须先用require加载模块。这对服务器端的Nodejs来说不是问题,因为模块的JS文件都在本地硬盘上,CPU的读取时间非常快,同步不是问题。但如果是浏览器环境,要从服务器加载模块。模块的加载将取决于网速,如果采用同步,网络情绪不稳定时,页面可能卡住,这就必须采用异步模式。所以,就有了 AMD解决方案。

AMD

AMD是Asynchronous Module Definition,即‘异步模块定义’,它是一个在浏览器前端实现模块化的规范,RequireJS是对这个规范的实现。
RequireJS主要解决两个问题

  • 无多个js文件可能有依赖关系,被依赖的文件需要早于依赖它的文件加载到浏览器
  • js加载的时候浏览器会停止页面渲染,加载文件越多,页面失去响应时间越长

AMD有两个API,define用于定义模块,require用于调用模块。

define

RequireJS要求每个模块放在一个单独的文件里,按照是否依赖其他模块,可以分成两种情况讨论:
1.定义独立模块

2.定义非独立模块,所定义的模块需要依赖其他模块

require

实际应用

CMD

CMD 即Common Module Definition通用模块定义,CMD规范是国内发展出来的,就像AMD有个requireJS,CMD有个浏览器的实现SeaJS,SeaJS要解决的问题和requireJS一样,只不过在模块定义方式和模块加载(可以说运行、解析)时机上有所不同。Sea.js 推崇一个模块一个文件,遵循统一的写法。
CMD格式如下

CMD和AMD的区别

  • AMD是依赖关系前置,在定义模块的时候就要声明其依赖的模块;
  • CMD是按需加载依赖就近,只有在用到某个模块的时候再去require;

ES6模块化import

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。

上面代码的实质是整体加载fs模块(即加载fs的所有方法),生成一个对象( ),然后再从这个对象上面读取3个方法。这种加载称为"运行时加载" ,因为只有运行时才能得到这个对象,导致完全没办法在编译时做静态优化。
ES6模块不是对象,而是通过export命令显式指定输出的代码,输入时也采用静态命令的形式。

上面代码的实质是从fs模块加载3个方法,其他方法不加载。这种加载称为编译时加载 ,即ES6可以在编译时就完成模块加载,效率要比CommonJS模块的加载方式高。当然,这也导致了没法引用ES6模块本身,因为它不是对象。
在 ES6 模块中,无论你是否加入“use strict;”语句,默认情况下模块都是在严格模式下运行。

default export 默认导出

一个模块只能有一个默认导出,对于默认导出,导入的名称可以和导出的名称不一致。

Node的默认模块格式是CommonJS,要通过Babel这样的转码器,在Node里面使用ES6模块

js模块化总结

名称CommonJSAMDCMDES6
APImodule.exports+requiredefine+requiredefine+requireexport+import
执行环境服务端客户端客户端服务端+客户端
执行方式运行时加载运行时加载运行时加载编译时加载
同步/异步同步异步需要时加载

循环加载

在大型项目中,经常会有a依赖b,b依赖c,c又依赖a的情况,模块加载机制必须考虑"循环加载"的情况。CommonJS和ES6的循环加载机制是不同的。

CommonJS的循环加载

CommonJS的一个模块,就是一个脚本文件。require命令第一次加载该脚本,就会执行整个脚本,然后在内存生成一个对象。以后需要用到这个模块的时候,就会到exports属性上面取值。即使再次执行require命令,也不会再次执行该模块,而是到缓存之中取值。
CommonJS的做法是,一旦出现某个模块被"循环加载",就只输出已经执行的部分,还未执行的部分不会输出。
举例

上面的代码依赖了a.js和b.js两个文件,node main.js,执行到第二行的时候,会去执行a.js文件

上面代码中,a.js执行到第二行,会在这个地方停住,去加载b.js文件,此时a.js就停在这里,等待b.js执行完毕

上面代码之中,b.js执行到第二行,就会去加载a.js,这时,就发生了"循环加载"。系统会去a.js模块对应对象的exports属性取值,可是因为a.js还没有执行完,从exports属性只能取回已经执行的部分,即“副本”,而不是最后的值。
a.js只执行了exports.done = false,所以a.done = false。
然后,b.js接着往下执行,等到全部执行完毕,再把执行权交还给a.js。于是,a.js接着往下执行,直到执行完毕。
main.js的执行结果是

ES6模块的循环加载

ES6模块的运行机制与CommonJS不一样,它遇到模块加载命令import时,不会去执行模块,而是只生成一个引用。等到真的需要用到时,再到模块里面去取值。
因此,ES6模块是动态引用,不存在缓存值的问题,而且模块里面的变量,绑定其所在的模块。请看下面的例子。

上面代码中,m1.js的变量foo,在刚加载时等于bar,过了500毫秒,又变为等于baz。
让我们看看,m2.js能否正确读取这个变化。

上面代码表明,ES6模块不会缓存运行结果,而是动态地去被加载的模块取值,以及变量总是绑定其所在的模块。

这导致ES6处理"循环加载"与CommonJS有本质的不同。ES6根本不会关心是否发生了"循环加载",只是生成一个指向被加载模块的引用,需要开发者自己保证,真正取值的时候能够取到值。
请看下面的例子

按照CommonJS规范,上面的代码是没法执行的。a先加载b,然后b又加载a,这时a还没有任何执行结果,所以输出结果为null,即对于b.js来说,变量foo的值等于null,后面的foo()就会报错。

但是,ES6可以执行上面的代码。

再来看一个例子

上面代码中,even.js里面的函数foo有一个参数n,只要不等于0,就会减去1,传入加载的odd()。odd.js也会做类似操作。

运行上面这段代码,结果如下。

上面代码中,参数n从10变为0的过程中,foo()一共会执行6次,所以变量counter等于6。第二次调用even()时,参数n从20变为0,foo()一共会执行11次,加上前面的6次,所以变量counter等于17。

这个例子要是改写成CommonJS,就根本无法执行,会报错。

上面代码中,even.js加载odd.js,而odd.js又去加载even.js,形成"循环加载"。这时,执行引擎就会输出even.js已经执行的部分(不存在任何结果),所以在odd.js之中,变量even等于null,等到后面调用even(n-1)就会报错。

模块化相关面试题

1.a.js 和 b.js 两个文件互相 require 是否会死循环? 双方是否能导出变量? 如何从设计上避免这种问题?
答:这个问题考察的是JavaScript 模块的循环加载不会死循环,双方按照顺序同步执行,导出的是已经执行部分的副本。

2.如果 a.js require 了 b.js, 那么在 b 中定义全局变量 t = 111 能否在 a 中直接打印出来?
答:每个 .js 能独立一个环境只是因为 node 帮你在外层包了一圈自执行, 所以你使用 t = 111 定义全局变量在其他地方当然能拿到. 情况如下:

附加题

require源码

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