「Node.js系列」深入淺出Node模塊化開發(fā)——CommonJS規(guī)范

前言

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本文將為大家透徹的介紹關(guān)于Node的模塊化——CommonJS的一切。

看完本文可以掌握，以下幾個(gè)方面：

什么是模塊化，以及沒有模塊化會(huì)帶來哪些問題，是如何解決的;
JavaScript的設(shè)計(jì)缺陷;
CommonJS規(guī)范;
它的規(guī)范特性;
如何配合Node完成模塊化開發(fā);
exports如何導(dǎo)出的;
module.exports是如何導(dǎo)出變量的，值類型和引用類型導(dǎo)出間的差異;
從內(nèi)存角度深度分析module.exports和exports又有怎樣的區(qū)別和聯(lián)系;
require的細(xì)節(jié)，以及模塊的加載執(zhí)行順序;
CommonJS的加載過程;
CommonJS規(guī)范的本質(zhì);

一.什么是模塊化?

在很多開發(fā)的情況下，我們都知道要使用模塊化開發(fā)，那為什么要使用它呢?

而事實(shí)上，模塊化開發(fā)最終的目的是將程序劃分成一個(gè)個(gè)小的結(jié)構(gòu);

在這個(gè)結(jié)構(gòu)中編寫屬于自己的邏輯代碼，有自己的作用域，不會(huì)影響到其他的結(jié)構(gòu);
這個(gè)結(jié)構(gòu)可以將自己希望暴露的變量、函數(shù)、對(duì)象等導(dǎo)出給其結(jié)構(gòu)使用;
也可以通過某種方式，導(dǎo)入另外結(jié)構(gòu)中的變量、函數(shù)、對(duì)象等;

上面說提到的結(jié)構(gòu)，就是模塊;

按照這種結(jié)構(gòu)劃分開發(fā)程序的過程，就是模塊化開發(fā)的過程;

二.JavaScript設(shè)計(jì)缺陷

在網(wǎng)頁開發(fā)的早期，由于JavaScript僅僅作為一種腳本語言，只能做一些簡單的表單驗(yàn)證或動(dòng)畫實(shí)現(xiàn)等，它還是具有很多的缺陷問題的，比如：

var定義的變量作用域問題;
JavaScript的面向?qū)ο蟛⒉荒芟癯Ｒ?guī)面向?qū)ο笳Z言一樣使用class;
在早期JavaScript并沒有模塊化的問題，所以也就沒有對(duì)應(yīng)的模塊化解決方案;

但隨著前端和JavaScript的快速發(fā)展，JavaScript代碼變得越來越復(fù)雜了;

ajax的出現(xiàn)，前后端開發(fā)分離，意味著后端返回?cái)?shù)據(jù)后，我們需要通過JavaScript進(jìn)行前端頁面的渲染;
SPA的出現(xiàn)，前端頁面變得更加復(fù)雜：包括前端路由、狀態(tài)管理等等一系列復(fù)雜的需求需要通過JavaScript來實(shí)現(xiàn);
包括Node的實(shí)現(xiàn)，JavaScript編寫復(fù)雜的后端程序，沒有模塊化是致命的硬傷;

所以，模塊化已經(jīng)是JavaScript一個(gè)非常迫切的需求：

但是JavaScript本身，直到ES6(2015)才推出了自己的模塊化方案;
在此之前，為了讓JavaScript支持模塊化，涌現(xiàn)出了很多不同的模塊化規(guī)范：AMD、CMD、CommonJS等;

到此，我們明白了為什么要用模塊化開發(fā)?

那如果沒有模塊化會(huì)帶來什么問題呢?

三.沒有模塊化的問題

當(dāng)我們?cè)诠久鎸?duì)一個(gè)大型的前端項(xiàng)目時(shí)，通常是多人開發(fā)的，會(huì)把不同的業(yè)務(wù)邏輯分步在多個(gè)文件夾當(dāng)中。

2.1 沒有模塊化給項(xiàng)目帶來的弊端

假設(shè)有兩個(gè)人，分別是小豪和小紅在開發(fā)一個(gè)項(xiàng)目

項(xiàng)目的目錄結(jié)構(gòu)是這樣的

小豪開發(fā)的bar.js文件

 
 
 
   
  
  
  var name = "小豪";   
  
  
     
  
  
  console.log("bar.js----", name);

小豪開發(fā)的baz.js文件

 
 
 
   
  
  
  console.log("baz.js----", name);

小紅開發(fā)的foo.js文件

 
 
 
   
  
  
  var name = "小紅";   
  
  
     
  
  
  console.log("foo.js----", name);

引用路徑如下：

最后當(dāng)我去執(zhí)行的時(shí)候，卻發(fā)現(xiàn)執(zhí)行結(jié)果：

當(dāng)我們看到這個(gè)結(jié)果，有的小伙伴可能就會(huì)驚訝，baz.js文件不是小豪寫的么?為什么會(huì)輸出小紅的名字呢?

究其原因，我們才發(fā)現(xiàn)，其實(shí)JavaScript是沒有模塊化的概念(至少到現(xiàn)在為止還沒有用到ES6規(guī)范)，換句話說就是每個(gè).js文件并不是一個(gè)獨(dú)立的模塊，沒有自己的作用域，所以在.js文件中定義的變量，都是可以被其他的地方共享的，所以小豪開發(fā)的baz.js里面的name，其實(shí)訪問的是小紅重新聲明的。

但是共享也有一點(diǎn)不好就是，項(xiàng)目的其他協(xié)作人員也可以隨意的改變它們，顯然這不是我們想要的。

2.2 IIFE解決早期的模塊化問題

所以，隨著前端的發(fā)展，模塊化變得必不可少，那么在早期是如何解決的呢?

在早期，因?yàn)楹瘮?shù)是有自己的作用域，所以可以采用立即函數(shù)調(diào)用表達(dá)式(IIFE)，也就是自執(zhí)行函數(shù)，把要供外界使用的變量作為函數(shù)的返回結(jié)果。

小豪——bar.js

 
 
 
   
  
  
  var moduleBar = (function () {   
  
  
    var name = "小豪";   
  
  
    var age = "18";   
  
  
     
  
  
    console.log("bar.js----", name, age);   
  
  
     
  
  
    return {   
  
  
      name,   
  
  
      age,   
  
  
    };   
  
  
  })();

小豪——baz.js

 
 
 
   
  
  
  console.log("baz.js----", moduleBar.name);   
  
  
  console.log("baz.js----", moduleBar.age);

小紅——foo.js

 
 
 
   
  
  
  (function () {   
  
  
    var name = "小紅";   
  
  
    var age = 20;   
  
  
     
  
  
    console.log("foo.js----", name, age);   
  
  
  })();

來看一下，解決之后的輸出結(jié)果，原調(diào)用順序不變；

但是，這又帶來了新的問題：

我必須記得每一個(gè)模塊中返回對(duì)象的命名，才能在其他模塊使用過程中正確的使用;
代碼寫起來雜亂無章，每個(gè)文件中的代碼都需要包裹在一個(gè)匿名函數(shù)中來編寫;
在沒有合適的規(guī)范情況下，每個(gè)人、每個(gè)公司都可能會(huì)任意命名、甚至出現(xiàn)模塊名稱相同的情況;

所以現(xiàn)在急需一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)范，來解決這些缺陷問題，就此CommonJS規(guī)范問世了。

三.Node模塊化開發(fā)——CommonJS規(guī)范

3.1 CommonJS規(guī)范特性

CommonJS是一個(gè)規(guī)范，最初提出來是在瀏覽器以外的地方使用，并且當(dāng)時(shí)被命名為ServerJS，后來為了體現(xiàn)它的廣泛性，修改為CommonJS規(guī)范。

Node是CommonJS在服務(wù)器端一個(gè)具有代表性的實(shí)現(xiàn);
Browserify是CommonJS在瀏覽器中的一種實(shí)現(xiàn);
webpack打包工具具備對(duì)CommonJS的支持和轉(zhuǎn)換;

正是因?yàn)镹ode中對(duì)CommonJS進(jìn)行了支持和實(shí)現(xiàn)，所以它具備以下幾個(gè)特點(diǎn);

在Node中每一個(gè)js文件都是一個(gè)單獨(dú)的模塊;
該模塊中，包含CommonJS規(guī)范的核心變量: exports、module.exports、require;
使用核心變量，進(jìn)行模塊化開發(fā);

無疑，模塊化的核心是導(dǎo)出和導(dǎo)入，Node中對(duì)其進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)：

exports和module.exports可以負(fù)責(zé)對(duì)模塊中的內(nèi)容進(jìn)行導(dǎo)出;
require函數(shù)可以幫助我們導(dǎo)入其他模塊(自定義模塊、系統(tǒng)模塊、第三方庫模塊)中的內(nèi)容;

3.2 CommonJS配合Node模塊化開發(fā)假設(shè)現(xiàn)在有兩個(gè)文件：

bar.js

 
 
 
   
  
  
  const name = "時(shí)光屋小豪";   
  
  
  const age = 18;   
  
  
     
  
  
  function sayHello(name) {   
  
  
    console.log("hello" + name);   
  
  
  }

main.js

 
 
 
   
  
  
  console.log(name);   
  
  
  console.log(age);

執(zhí)行node main.js之后，會(huì)看到

這是因?yàn)樵诋?dāng)前main.js模塊內(nèi)，沒有發(fā)現(xiàn)name這個(gè)變量;

這點(diǎn)與我們前面看到的明顯不同，因?yàn)镹ode中每個(gè)js文件都是一個(gè)單獨(dú)的模塊。

那么如果要在別的文件內(nèi)訪問bar.js變量

bar.js需要導(dǎo)出自己想要暴露的變量、函數(shù)、對(duì)象等等;
main.js從bar.js引入想用的變量、函數(shù)、對(duì)象等等;

3.3 exports導(dǎo)出

exports是一個(gè)對(duì)象，我們可以在這個(gè)對(duì)象中添加很多個(gè)屬性，添加的屬性會(huì)導(dǎo)出。

bar.js文件導(dǎo)出：

 
 
 
   
  
  
  const name = "時(shí)光屋小豪";   
  
  
  const age = 18;   
  
  
     
  
  
  function sayHello(name) {   
  
  
    console.log("hello" + name);   
  
  
  }   
  
  
     
  
  
  exports.name = name;   
  
  
  exports.age = age;   
  
  
  exports.sayHello = sayHello;

main.js文件導(dǎo)入:

 
 
 
   
  
  
  const bar = require('./bar');   
  
  
     
  
  
  console.log(bar.name);  // 時(shí)光屋小豪   
  
  
  console.log(bar.age);   // 18

其中要注意的點(diǎn)：

main.js中的bar變量等于exports對(duì)象;

 
 
 
   
  
  
  bar = exports

所以我們通過bar.xxx來使用導(dǎo)出文件內(nèi)的變量，比如name，age;
require其實(shí)是一個(gè)函數(shù)，返回值是一個(gè)對(duì)象，值為“導(dǎo)出文件”的exports對(duì)象;

3.4 從內(nèi)存角度分析bar和exports是同一個(gè)對(duì)象

在Node中，有一個(gè)特殊的全局對(duì)象，其實(shí)exports就是其中之一。

如果在文件內(nèi)，不再使用exports.xxx的形式導(dǎo)出某個(gè)變量的話，其實(shí)exports就是一個(gè)空對(duì)象。

模塊之間的引用關(guān)系

當(dāng)我們?cè)趍ain.js中require導(dǎo)入的時(shí)候，它會(huì)去自動(dòng)查找特殊的全局對(duì)象exports，并且把require函數(shù)的執(zhí)行結(jié)果賦值給bar;
bar和exports指向同一個(gè)引用(引用地址相同);
如果發(fā)現(xiàn)exports上有變量，則會(huì)放到bar對(duì)象上，正因?yàn)檫@樣我們才能從bar上讀取想用的變量;

為了進(jìn)一步論證，bar和exports是同一個(gè)對(duì)象：

我們加入定時(shí)器看看

所以綜上所述，Node中實(shí)現(xiàn)CommonJS規(guī)范的本質(zhì)就是對(duì)象的引用賦值(淺拷貝本質(zhì))。

把exports對(duì)象的引用賦值bar對(duì)象上。

CommonJS規(guī)范的本質(zhì)就是對(duì)象的引用賦值

3.5 module.exports又是什么?

但是Node中我們經(jīng)常使用module.exports導(dǎo)出東西，也會(huì)遇到這樣的面試題：

module.exports和exports有什么關(guān)系或者區(qū)別呢?

3.6 require細(xì)節(jié)

require本質(zhì)就是一個(gè)函數(shù)，可以幫助我們引入一個(gè)文件(模塊)中導(dǎo)入的對(duì)象。

require的查找規(guī)則https://nodejs.org/dist/latest-v14.x/docs/api/modules.html#modules_all_together

3.7 require模塊的加載順序

結(jié)論一：模塊在被第一次引入時(shí)，模塊中的js代碼會(huì)被運(yùn)行一次

 
 
 
   
  
  
  // aaa.js   
  
  
  const name = 'coderwhy';   
  
  
     
  
  
  console.log("Hello aaa");   
  
  
     
  
  
  setTimeout(() => {   
  
  
    console.log("setTimeout");   
  
  
  }, 1000);

 
 
 
   
  
  
  // main.js   
  
  
  const aaa = require('./aaa');

aaa.js中的代碼在引入時(shí)會(huì)被運(yùn)行一次

結(jié)論二：模塊被多次引入時(shí)，會(huì)緩存，最終只加載(運(yùn)行)一次

 
 
 
   
  
  
  // main.js   
  
  
  const aaa = require('./aaa');   
  
  
  const bbb = require('./bbb');

 
 
 
   
  
  
  /// aaa.js   
  
  
  const ccc = require("./ccc");

 
 
 
   
  
  
  // bbb.js   
  
  
  const ccc = require("./ccc");

 
 
 
   
  
  
  // ccc.js   
  
  
  console.log('ccc被加載');

ccc中的代碼只會(huì)運(yùn)行一次。

為什么只會(huì)加載運(yùn)行一次呢?

每個(gè)模塊對(duì)象module都有一個(gè)屬性：loaded;
為false表示還沒有加載;
為true表示已經(jīng)加載;

結(jié)論三：如果有循環(huán)引入，那么加載順序是什么?

如果出現(xiàn)下面模塊的引用關(guān)系，那么加載順序是什么呢?

這個(gè)其實(shí)是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：圖結(jié)構(gòu);
圖結(jié)構(gòu)在遍歷的過程中，有深度優(yōu)先搜索(DFS, depth first search)和廣度優(yōu)先搜索(BFS, breadth first search);
Node采用的是深度優(yōu)先算法：main -> aaa -> ccc -> ddd -> eee ->bbb;

多個(gè)模塊的引入關(guān)系

四.module.exports

4.1 真正導(dǎo)出的是module.exports

以下是通過維基百科對(duì)CommonJS規(guī)范的解析：

CommonJS中是沒有module.exports的概念的;
但是為了實(shí)現(xiàn)模塊的導(dǎo)出，Node中使用的是Module的類，每一個(gè)模塊都是Module的一個(gè)實(shí)例module;
所以在Node中真正用于導(dǎo)出的其實(shí)根本不是exports，而是module.exports;
exports只是module上的一個(gè)對(duì)象

但是，為什么exports也可以導(dǎo)出呢?

這是因?yàn)閙odule對(duì)象的exports屬性是exports對(duì)象的一個(gè)引用;
等價(jià)于module.exports = exports = main中的bar(CommonJS內(nèi)部封裝);

4.2 module.exports和exports有什么關(guān)系或者區(qū)別呢?

聯(lián)系：module.exports = exports

進(jìn)一步論證module.exports = exports

 
 
 
   
  
  
  // bar.js   
  
  
  const name = "時(shí)光屋小豪";   
  
  
     
  
  
  exports.name = name;   
  
  
     
  
  
  setTimeout(() => {   
  
  
    module.exports.name = "哈哈哈";   
  
  
    console.log("bar.js中1s之后", exports.name);   
  
  
  }, 1000);

 
 
 
   
  
  
  // main.js   
  
  
  const bar = require("./bar");   
  
  
     
  
  
  console.log("main.js", bar.name);   
  
  
     
  
  
  setTimeout((_) => {   
  
  
    console.log("main.js中1s之后", bar.name);   
  
  
  }, 2000);

在上面代碼中，只要在bar.js中修改exports對(duì)象里的屬性，導(dǎo)出的結(jié)果都會(huì)變，因?yàn)榧词拐嬲龑?dǎo)出的是 module.exports，而module.exports和exports是都是相同的引用地址，改變了其中一個(gè)的屬性，另一個(gè)也會(huì)跟著改變。

注意：真正導(dǎo)出的模塊內(nèi)容的核心其實(shí)是module.exports，只是為了實(shí)現(xiàn)CommonJS的規(guī)范，剛好module.exports對(duì)exports對(duì)象使用的是同一個(gè)引用而已

區(qū)別：有以下兩點(diǎn)

那么如果，代碼這樣修改了：

module.exports 也就和 exports沒有任何關(guān)系了;
無論exports怎么改，都不會(huì)影響最終的導(dǎo)出結(jié)果;
因?yàn)閙odule.exports = { xxx }這樣的形式，會(huì)在堆內(nèi)存中新開辟出一塊內(nèi)存空間，會(huì)生成一個(gè)新的對(duì)象，用它取代之前的exports對(duì)象的導(dǎo)出
那么也就意味著require導(dǎo)入的對(duì)象是新的對(duì)象;

圖解module.exports和exports的區(qū)別

講完它們兩個(gè)的區(qū)別，來看下面這兩個(gè)例子，看看自己是否真正掌握了module.exports的用法

4.3 關(guān)于module.exports的練習(xí)題

練習(xí)1：導(dǎo)出的變量為值類型

 
 
 
   
  
  
  // bar.js   
  
  
  let name = "時(shí)光屋小豪";   
  
  
     
  
  
  setTimeout(() => {   
  
  
    name = "123123";   
  
  
  }, 1000);   
  
  
     
  
  
  module.exports = {   
  
  
    name: name,   
  
  
    age: "20",   
  
  
    sayHello: function (name) {   
  
  
      console.log("你好" + name);   
  
  
    },   
  
  
  };

 
 
 
   
  
  
  // main.js   
  
  
  const bar = require("./bar");   
  
  
     
  
  
  console.log("main.js", bar.name); // main.js 時(shí)光屋小豪   
  
  
     
  
  
  setTimeout(() => {   
  
  
    console.log("main.js中2s后", bar.name); // main.js中2s后 時(shí)光屋小豪   
  
  
  }, 2000);

練習(xí)2：導(dǎo)出的變量為引用類型

 
 
 
   
  
  
  // bar.js   
  
  
  let info = {   
  
  
    name: "時(shí)光屋小豪",   
  
  
  };   
  
  
     
  
  
  setTimeout(() => {   
  
  
    info.name = "123123";   
  
  
  }, 1000);   
  
  
     
  
  
  module.exports = {   
  
  
    info: info,   
  
  
    age: "20",   
  
  
    sayHello: function (name) {   
  
  
      console.log("你好" + name);   
  
  
    },   
  
  
  };

 
 
 
   
  
  
  // main.js   
  
  
  const bar = require("./bar");   
  
  
     
  
  
  console.log("main.js", bar.info.name); // main.js 時(shí)光屋小豪   
  
  
     
  
  
  setTimeout(() => {   
  
  
    console.log("main.js中2s后", bar.info.name); // main.js中2s后 123123   
  
  
  }, 2000);

從main.js輸出結(jié)果來看，定時(shí)器修改的name變量的結(jié)果，并沒有影響main.js中導(dǎo)入的結(jié)果。

因?yàn)閚ame為值類型，基本類型，一旦定義之后，就把其屬性值，放到了module.exports的內(nèi)存里(練1)
因?yàn)閕nfo為引用類型，所以module.exports里存放的是info的引用地址，所以由定時(shí)器更改的變量，會(huì)影響main.js導(dǎo)入的結(jié)果(練2)

五.CommonJS的加載過程

CommonJS模塊加載js文件的過程是運(yùn)行時(shí)加載的，并且是同步的：

運(yùn)行時(shí)加載意味著是js引擎在執(zhí)行js代碼的過程中加載模塊;
同步的就意味著一個(gè)文件沒有加載結(jié)束之前，后面的代碼都不會(huì)執(zhí)行;

 
 
 
   
  
  
  const flag = true;   
  
  
     
  
  
  if (flag) {   
  
  
    const foo = require('./foo');   
  
  
    console.log("等require函數(shù)執(zhí)行完畢后，再輸出這句代碼");   
  
  
  }

CommonJS通過module.exports導(dǎo)出的是一個(gè)對(duì)象：

導(dǎo)出的是一個(gè)對(duì)象意味著可以將這個(gè)對(duì)象的引用在其他模塊中賦值給其他變量;
但是最終他們指向的都是同一個(gè)對(duì)象，那么一個(gè)變量修改了對(duì)象的屬性，所有的地方都會(huì)被修改;

六.CommonJS規(guī)范的本質(zhì)

CommonJS規(guī)范的本質(zhì)就是對(duì)象的引用賦值

后續(xù)文章

《JavaScript模塊化——ES Module》

在下一篇文章中，

會(huì)重點(diǎn)講解ES Module規(guī)范的一切;
及CommonJS和ES Module是如何交互的;
類比CommonJS和ES Module優(yōu)缺點(diǎn)，如何完美的回答這道面試題;

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