《深入浅出Nodejs》笔记——模块机制(1)

前言

这是我读《深入浅出Nodejs》的笔记，真是希望我的机械键盘快点到啊，累死我了。

CommonJS规范

主要分为模块引用、模块定义、模块标识三个部分。

模块引用

上下文提供require()方法来引入外部模块，示例代码如下：

//test.js
//引入一个模块到当前上下文中
var math = require('math');
math.add(1, 2);

模块定义

上下文提供了exports对象用于导入导出当前模块的方法或者变量，并且它是唯一的导出出口。模块中存在一个module对象，它代表模块自身，exports是module的属性。一个文件就是一个模块，将方法作为属性挂载在exports上就可以定义导出的方式：

//math.js
exports.add = function () {
    var sum = 0, i = 0, args = arguments, l = args.length;
    while(i < l) {
        sum += args[i++];
    }
    return sum;
}

这样就可像test.js里那样在require()之后调用模块的属性或者方法了。

模块标识

模块标识就是传递给require()方法的参数，它必须是符合小驼峰命名的字符串，或者以"."、".."开头的相对路径或者绝对路径，可以没有文件后缀名".js".

Node的模块实现

在Node中引入模块，需要经历如下三个步骤:

1. 路径分析
2. 文件定位
3. 编译执行

在Node中模块分为两类：一是Node提供的模块，称为核心模块；另一类是用户编写的模块，称为文件模块。
核心模块是Node源码在编译过程中编译进了二进制执行文件。在Node启动时这些模块就被加载进内存中，所以核心模块引入时省去了文件定位和编译执行两个步骤，并且在路径分析中优先判断，因此核心模块的加载速度是最快的。

文件模块则是在运行时动态加载，速度比核心模块慢。

优先从缓存加载

和浏览器会缓存静态js文件一样，Node也会对引入的模块进行缓存，不同的是浏览器缓存的是文件，Node缓存的是编译执行之后的对象。
require()对相同模块的二次加载一律采用缓存优先的方式，这是第一优先级的，核心模块缓存检查先于文件模块的缓存检查。

路径分析和文件定位

因为标识符有几种形式，对于不同的标识符，模块的查找和定位有不同程度上的差异。

1.模块标识符分析

模块标识符在Node中主要分为以下几类：

• 核心模块
• 相对路径文件模块
• 绝对路径文件模块
• 非路径形式的文件模块

核心模块

核心模块优先级仅次于缓存加载，因此无法加载一个和核心模块标识符相同的自定义模块。

路径形式的文件模块

以"."、".."开头和"/"开始的标识符，这里都被当作文件模块来处理。require()方法会将路径转为真实路径，并以真实路径作为索引，并将编译执行后的结果存放到缓存中。

自定义模块

自定义模块是指非核心模块，也不是路径形式的标识符。它是一种特殊的文件模块，可能是一个文件或者包的形式。
模块路径是Node在定位文件模块的具体文件时制定的查找策略，具体表现为一个路径组成的数组（module.paths）。这个路径由当前目录开始往上一直到根目录，Node会逐个尝试模块路径中的路径，直到找到目标文件未知，若到达根目录还是没有找到目标文件，则会抛出查找失败的异常。当前文件的目录越深，模块查找耗时越多。

2.文件定位

文件扩展名分析

调用require()方法时若参数没有文件扩展名，Node会按.js、.json、.node的顺寻补足扩展名，依次尝试。
在尝试过程中，需要调用fs模块阻塞式地判断文件是否存在。因为Node是单线程的，这是一个会引起性能问题的地方。如果是.node或者.json文件可以加上扩展名加快一点速度。另一个诀窍是：同步配合缓存。

目录分析和包

require()分析文件扩展名后，可能没有查到对应文件，而是找到了一个目录，此时Node会将目录当作一个包来处理。
首先， Node在挡墙目录下查找package.json，通过JSON.parse()解析出包秒速对象，从中取出main属性指定的文件名进行定位。若main属性指定文件名错误，或者没有pachage.json文件，Node会将index当作默认文件名。
若目录分析没有定位成功任何文件，则自定义模块进入下一个模块路径。

模块编译

每个模块文件模块都是一个对象，它的定义如下:

function Module(id, parent) {
    this.id = id;
    this.exports = {};
    this.parent = parent;
    if(parent && parent.children) {
        parent.children.push(this);
    }

    this.filename = null;
    this.loaded = false;
    this.children = [];
}

对于不同扩展名，其载入方法也有所不同：

• .js 通过fs模块同步读取文件后编译执行。
• .node 这是C/C++编写的扩展文件，通过dlopen()方法加载最后编译生成的文件
• .json 同过fs模块同步读取文件后，用JSON.pares()解析返回结果
• 其他 当作.js

每一个编译成功的模块都会将其文件路径作为索引缓存在Module._cache对象上。

.json文件调用的方法如下:

//Native extension for .json
Module._extensions['.json'] = function(module, filename) {
    var content = NativeModule.require('fs').readFileSync(filename, 'utf-8');
    try {
        module.exports = JSON.parse(stripBOM(content));
    } catch(err) {
        err.message = filename + '：' + err.message;
        throw err;
    }
}

Module._extensions会被赋值给require()的extensions属性，所以可以用:console.log(require.extensions);输出系统中已有的扩展加载方式。
当然也可以自己增加一些特殊的加载:require.extensions['.txt'] = function(){//code};。

但是从v0.10.6版本开始官方不鼓励通过这种方式自定义扩展名加载，而是期望先将其他语言或文件编译成JavaScript文件后再加载，这样的好处在于不讲烦琐的编译加载等过程引入Node的执行过程。

1.JavaScript模块的编译

在编译的过程中，Node对获取的javascript文件内容进行了头尾包装，将文件内容包装在一个function中：

(function (exports, require, module, _filename, _dirname) {
    //js文件内容
});

包装之后的代码会通过vm原生模块的runInThisContext()方法执行（具有明确上下文，不污染全局），返回一个具体的function对象，最后传参执行，执行后返回model.exports.

核心模块

核心模块分为C/C++编写和JavaScript编写的两个部分，其中C/C++文件放在Node项目的src目录下，JavaScript文件放在lib目录下。

JavaScript核心模块的编译过程

1.转存为C/C++代码

Node采用了V8附带的js2c.py工具，将所有内置的JavaScript代码转换成C++里的数组，生成node_natives.h头文件：

namespace node {
    const char node_native[] = { 47, 47, ..};
    const char dgram_native[] = { 47, 47, ..};
    const char console_native = { 47, 47, ..};
    const char buffer_native = { 47, 47, ..};
    const char querystring_native = { 47, 47, ..};
    const char punycode_native = { 47, 47, ..};
    ...
    struct _native {
        const char* name;
        const char* source;
        size_t source_len;
    }

    static const struct _native natives[] = {
      { "node", node_native, sizeof(node_native)-1},
      { "dgram", dgram_native, sizeof(dgram_native)-1},
      ...
    };
}

在这个过程中，JavaScript代码以字符串形式存储在node命名空间中,是不可直接执行的。在启动Node进程时，js代码直接加载到内存中。在加载的过程中，js核心模块经历标识符分析后直接定位到内存中。

2.编译js核心模块

lib目录下的模块文件也在引入过程中经历了头尾包装的过程，然后才执行和导出了exports对象。与文件模块的区别在于：获取源代码的方式（核心模块从内存加载）和缓存执行结果的位置。
js核心模块源文件通过process.binding('natives')取出，编译成功的模块缓存到NativeModule._cache上。代码如下：

function NativeModule() {
    this.filename = id + '.js';
    this.id = id;
    this.exports = {};
    this.loaded = fales;
}
NativeModule._source = process.binding('natives');
NativeModule._cache = {};