极简 Node.js 入门 – 1.2 模块系统

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Node.js 的模块

JavaScript 做为一门为网页添加交互功能的简单脚本语言问世,在开始并不包含模块系统,随着 JavaScript 解决问题越来越复杂,把所有代码写在一个文件内,用 function 区分功能单元已经不能支撑复杂应用开发了,ES6 带来了大部分高级语言都有的 class 和 module,方便开发者组织代码

import _ from 'lodash';

class Fun {}

export default Fun;

上面三行代码展示了一个模块系统最重要的两个要素 import 和 export

  1. export用于规定模块的对外接口
  2. import用于输入其他模块提供的功能

而在 ES6 之前,社区出现了很多模块加载方案,最主要的有 CommonJS 和 AMD 两种,Node.js 诞生早于 ES6,模块系统使用的是类似 CommonJS 的实现,遵从几个原则

  1. 一个文件是一个模块,文件内的变量作用域都在模块内
  2. 使用 module.exports 对象导出模块对外接口
  3. 使用 require 引入其它模块

circle.js

const { PI } = Math;

module.exports = function area(r) {
  PI * r ** 2;
};

上面代码就实现了 Node.js 的一个模块,模块没有依赖其它模块,导出了方法 area 计算圆的面积

test.js

const area = require('./circle.js');
console.log(`半径为 4 的圆的面积是 ${area(4)}`);

模块依赖了 circle.js,使用其对外暴露的 area 方法,计算圆的面积

module.exports

模块对外暴露接口使用 module.exports,常见的有两种用法:为其添加属性或赋值到新对象
test.js

// 添加属性
module.exports.prop1 = xxx;
module.exports.funA = xxx;
module.exports.funB = xxx;

// 赋值到全新对象
module.exports = {
  prop1,
	funA,
  funB,
};

两种写法是等价的,使用时候没区别

const mod = require('./test.js');

console.log(mod.prop1);
console.log(mod.funA());

还有另外一种直接使用 exports 对象的方法,但是只能对其添加属性,不能赋值到新对象,后面会介绍原因

// 正确的写法:添加属性
exports.prop1 = xxx;
exports.funA = xxx;
exports.funB = xxx;

// 赋值到全新对象
module.exports = {
  prop1,
	funA,
  funB,
};

require(‘id’)

模块类型

require 用法比较简单,id 支持模块名和文件路径两种类型

模块名

const fs = require('fs');
const _ = require('lodash');

示例中的 fs、lodash 都是模块名,fs 是 Node.js 内置的核心模块,lodash 是通过 npm 安装到 node_modules 下的第三方模块,如果出现重名,优先使用系统内置模块

因为一个项目内可能会包含多个 node_modules 文件夹(Node.js 比较失败的设计),第三方模块查找过程会遵循就近原则逐层上溯(可以在程序中打印 module.paths 查看具体查找路径),直到根据 NODE_PATH 环境变量查找到文件系统根目录,具体过程可以参考官方文档

此外,Node.js 还会搜索以下的全局目录列表:

  • $HOME/.node_modules
  • $HOME/.node_libraries
  • $PREFIX/lib/node

其中 $HOME 是用户的主目录, $PREFIX 是 Node.js 里配置的 node_prefix。强烈建议将所有的依赖放在本地的 node_modules 目录,这样将会更快地加载,且更可靠

文件路径

模块还可以可以使用文件路径加载,这是项目内自定义模块的通用加载方式,路径可以省略拓展名,会按照 .js、.json、.node 顺序尝试

  • '/' 为前缀的模块是文件的绝对路径,按照系统路径查找模块
  • './' 为前缀的模块是相对于当前调用 require 方法的文件,不受后续模块在哪里被使用到影响

单次加载 & 循环依赖

模块在第一次加载后会被缓存到 Module._cache ,如果每次调用 require('foo') 都解析到同一文件,则返回相同的对象,同时多次调用 require(foo) 不会导致模块的代码被执行多次。 Node.js 根据实际的文件名缓存模块,因此从不同层级目录引用相同模块不会重复加载。

理解的模块单次加载机制方便我们理解模块循环依赖后的现象
a.js

console.log('a 开始');
exports.done = false;
const b = require('./b.js');
console.log('在 a 中,b.done = %j', b.done);
exports.done = true;
console.log('a 结束');

b.js

console.log('b 开始');
exports.done = false;
const a = require('./a.js');
console.log('在 b 中,a.done = %j', a.done);
exports.done = true;
console.log('b 结束');

main.js:

console.log('main 开始');
const a = require('./a.js');
const b = require('./b.js');
console.log('在 main 中,a.done=%j,b.done=%j', a.done, b.done);

当 main.js 加载 a.js 时,a.js 又加载 b.js,此时,b.js 会尝试去加载 a.js

为了防止无限的循环会返回一个 a.js 的 exports 对象的 未完成的副本 给 b.js 模块,然后 b.js 完成加载,并将 exports 对象提供给 a.js 模块

因此示例的输出是

main 开始
a 开始
b 开始
在 b 中,a.done = false
b 结束
在 a 中,b.done = true
a 结束
在 main 中,a.done=true,b.done=true

看不懂上面的过程也没关系,日常工作根本用不到,即使看懂了也不要在项目中使用循环依赖!

工作原理

Node.js 每个文件都是一个模块,模块内的变量都是局部变量,不会污染全局变量,在执行模块代码之前,Node.js 会使用一个如下的函数封装器将模块封装

(function(exports, require, module, __filename, __dirname) {
	// 模块的代码实际上在这里
});
  • __filename:当前模块文件的绝对路径
  • __dirname:当前模块文件据所在目录的绝对路径
  • module:当前的模块实例
  • require:加载其它模块的方法,module.require 的快捷方式
  • exports:导出模块接口的对象,module.exports 的快捷方式

回头看看最开始的问题,为什么 exports 对象不支持赋值为其它对象?把上面函数添加一句 exports 对象来源就很简单了

const exports = module.exports;
(function(exports, require, module, __filename, __dirname) {
	// 模块的代码实际上在这里
});

其它模块 require 到的肯定是模块的 module.exports 对象,如果吧 exports 对象赋值给其它对象,就和 module.exports 对象断开了连接,自然就没用了

在 Node.js 中使用 ES Module

随着 ES6 使用越来越广泛,Node.js 也支持了 ES6 Module,有几种方法

babel 构建

使用 babel 构建是在 v12 之前版本最简单、通用的方式,具体配置参考 @babel/preset-env

.babelrc

{
  "presets": [
    ["@babel/preset-env", {
      "targets": {
        "node": "8.9.0",
        "esmodules": true
      }      
    }]
  ]
}

原生支持

在 v12 后可以使用原生方式支持 ES Module

  1. 开启 --experimental-modules
  2. 模块名修改为 .mjs (强烈不推荐使用)或者 package.json 中设置 "type": module

这样 Node.js 会把 js 文件都当做 ES Module 来处理,更多详情参考官方文档

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