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  • 浅谈 Node 中的模块化

    浅谈Node中的模块化

    非模块化开发的问题

    • 命名冲突
    • 文件依赖高
    • 可扩展性低
    • 可重用性低
    • 等等......

    一、模块化的演变过程

    从最简单的加减乘除运算来举例说明，为了方便理解这里都没有采用ES6的语法。

    1. 全局函数的方式——最原始的写法
      // 早期的开发过程中就是将重复使用的代码封装到函数中
// 再将一系列的函数放到一个文件中，称之为模块
// 缺点：存在命名冲突，可维护性也不高的问题
// 仅仅从代码角度来说：没有任何模块的概念
function convertor(a) {
    return parseFloat(a);
}

function add(a, b) {
    return convertor(a) + convertor(b);
}
    2. 封装对象的方式
      // 有了传统编程语言中的命名空间
// 从代码层面就已经有了模块的感觉
// 避免了多处全局污染
// 缺点：没有私有空间，没有抽离私有成员
var calculator = {
    add: function (a, b) {
        return this.convertor(a) + this.convertor(b);
    },
    convertor:function(a){
        return parseFloat(a)
    }
};
    3. 私有空间的划分
      // 这里形成一个单独的私有的空间
// 高内聚，低耦合：模块内部相关性强，模块之间没有过多相互牵连，如convertor和add
// 缺点：可扩展性低
var calculator = (function () {
    // 将一个成员私有化，外部无法访问和修改
    function convertor(a) {
        return parseFloat(a);
    }
    // 抽象公共方法（其他成员中都会用到的）
    function add(a, b) {
        return convertor(a) + convertor(b);
    }
    return {
        add:add
    }
})();
    4. 模块的扩展
      // calc_v2016.js
(function (window,calculator) {
    function convert(input) {
      return parseFloat(input);
    }
    calculator = {
      add: function (a, b) {
        return convert(a) + convert(b);
      }
    }
    window.calculator = calculator;
})(window, {});

// 新增需求 remain
// calc_v2017.js
// 开闭原则：对新增开放，对修改关闭
(function (calculator) {
    function convert(input) {
      return parseInt(input);
    }
    // calculator 如果存在的话，我就是扩展，不存在我就是新加
    calculator.remain = function (a, b) {
      return convert(a) % convert(b);
    }
    window.calculator = calculator;
})(window.calculator || {});
    5. 第三方依赖
      // calc_v2016.js
(function (window,calculator) {
    //对全局产生依赖，不能这样用
    console.log(document);
    function convert(input) {
      return parseFloat(input);
    }
    calculator = {
      add: function (a, b) {
        return convert(a) + convert(b);
      }
    }
    window.calculator = calculator;
})(window, {});

// 新增需求
// calc_v2017.js
(function (calculator,document) {
    // 依赖函数的参数，是属于模块内部
    console.log(document);
    function convert(input) {
      return parseInt(input);
    }
    calculator.remain = function (a, b) {
      return convert(a) % convert(b);
    }
    window.calculator = calculator;
})(window.calculator || {},document);

    以上通过一些简短的代码介绍了模块化发展大致情况。

    二、模块化规范

    1. 服务器端规范
      CommonJS---nodejs
    2. 浏览器端规范
      AMD---RequireJS
      CMD---SeaJS
    3. ES6的module规范
      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。在这里就不具体展示每种规范的具体写法了，详情请点击阮一峰《ES6 入门教程》。

    三、CommonJS 模块规范

    1. Node 采用的模块化结构是按照 CommonJS 规范

      • 模块与文件是一一对应关系，即加载一个模块，就是加载对应的一个模块文件。
      • CommonJS 就是一套约定标准，不是技术； 用于约定我们的代码应该是怎样的一种结构。

    2. CommonJS 模块的特点

      • 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；module.exports 不会再次执行该模块。
      • 模块加载的顺序按照其在代码中出现的顺序。

    3. 模块的分类

      1. 自定义模块：就是我们自己写的功能模块文件。
      2. 核心模块：Node 平台自带的一套基本的功能模块。
      3. 第三方模块：社区或第三方开发好的功能模块，可以直接拿回来用。

    4. 模块的定义

      1. Node 内部提供一个 Module 构建函数。所有模块都是 Module 的实例，属性如下：
        • 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 模块定义的文件的绝对路径。
        • 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。
      2. 载入一个模块就是构建一个 Module 实例，一个新的 JS 文件就是一个模块
      // 导出方式，`module.exports` 和 `exports`
exports.name = value;
module.exports = { name: value };

      module.exports 是用于为模块导出成员的接口；
      exports 是指向 module.exports 的别名，相当于在模块开始的时候执行：var exports = module.exports。

    5. 用Node手写一个简单的 require

      function $require(files) {
    const fs = require('fs');
    const path = require('path');
    // 注意，这里实现的缓存不是Node的缓存机制
    const filename = path.join(__dirname, files);
    $require.cache=$require.cache||{};
    if($require.cache[filename]) return $require.cache[filename].exports;

    const dirname=path.dirname(filename);
    const file = fs.readFileSync(filename);
    const module = {
        id:filname,
        exports: {}
    };
    // 保存module.exports重新赋值前的值
    const { exports } = module;
    const code = `
        (function (module,exports,__dirname,__filename) {
            ${file}
        })(module,exports,dirname,filename)
    `;
    eval(code);

    $require.cache[filename]=module;
    return module.exports;
}

      从以上代码我们可以知道：

      • 模块只执行一次 之后调用获取的module.exports都是缓存哪怕这个js还没执行完毕（因为先加入缓存后执行模块）。
      • 模块导出就是return这个变量的其实跟a = b赋值一样， 基本类型导出的是值， 引用类型导出的是指针(内存地址)。
      • exports和module.exports持有相同引用，因为最后导出的是module.exports，所以对exports进行赋值会导致exports操作的不再是module.exports的引用。

    四、require 加载文件规则

    Node 使用 CommonJS 模块规范，内置的 require 函数用于加载模块文件。require 的基本功能是，读入并执行一个 javascript 文件，然后返回该模块的 exports 对象。 如果没有发现指定模块，会报错。

    require 加载文件规则如下：

    1. require 加载 js 文件时可以省略扩展名，也可以直接加载 json 文件
    2. 通过 ./ 或 ../ 开头：则按照相对路径从当前文件所在文件夹开始寻找模块
    require('../file.js'); // 上级目录下找 file.js 文件
require('./file.js');  // 同级目录找 file.js 文件
require('file.js');    // 同级目录找 file.js 文件
    1. 通过 / 开头：则以系统根目录开始寻找模块
    require('/vue-template/src/main.js'); // 以绝对路径的方式找
    1. 如果 require 传入的是一个目录的路径，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
    2. 如果 package.json 文件没有main字段，或者根本就没有 package.json 文件，则默认找目录下的 index.js 文件作为模块
    3. 如果参数字符串不以../或./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 node_modules）中
    4. 缓存文件的加载优先级最高，同名的系统模块要比自定义模块优先级高
    5. Node 在加载系统模块的时候，如果当前文件夹里面没有 node_modules 文件夹就会去逐层向上查找至项目根目录直到找到为止，如果没有就会报错。

    五、ES6 模块

    1. 区别 CommonJS 模块
      1. CommonJS 模块输出的是一个值的拷贝，ES6 模块输出的是值的引用
        • CommonJS 模块输出的是值的拷贝，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。
          // lib.js
const counter = 3;
const incCounter = () => {
  counter++;
};
module.exports = {
  counter,
  incCounter,
};

// main.js
const mod = require('./lib');
console.log(mod.counter); // 3
mod.incCounter();
console.log(mod.counter); // 3
        • ES6 模块是动态引用，并且不会缓存值，模块里面的变量绑定其所在的模块。
          // lib.js
export let counter = 3;
export const incCounter = () => {
  counter++;
};

// main.js
import { counter, incCounter } from './lib';
console.log(counter); // 3
incCounter();
console.log(counter); // 4
          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。换句话说，原始值变了，import加载的值也会跟着变。再举一例子：
          // m1.js
export var foo = 'bar';
setTimeout(() => foo = 'baz', 500);

// m2.js
import {foo} from './m1.js';
console.log(foo); // bar
setTimeout(() => console.log(foo), 500); // baz
          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，并且变量总是绑定其所在的模块。
      2. CommonJS 模块是运行时加载，ES6 模块是编译时输出接口
        • CommonJS 模块加载的是一个对象（即 module.exports 属性），该对象只有在脚本运行完才会生成，然后再从这个对象上面读取相关方法，这种加载称为运行时加载。
        • 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，即在代码静态解析阶段就会生成，而不是加载整个模块，这种加载称为编译时输出。这也是ES6 模块非常轻松的实现Tree Shaking的重要因素。
      3. 使用 import 被导入的变量是只读的，不能被重新赋值。
      4. import 会自动提升到代码的顶层，以下代码都会报错：
        const num = 100;
import xxx from 'xxx-module';

        // if for while ...
if(boolExp){
    import xxx from 'xxx-module';
}
        因为，CommonJS 模块是动态语法可以写在判断里，ES6 模块静态语法只能写在顶层。
      5. CommonJS 模块的顶层作用域里 this 指向当前模块，ES6 模块的顶层作用域里 this 指向 undefined。
      6. CommonJS 模块的循环引用
        // a.js
module.exports.a = 1;
var b = require('./b');
console.log(b);
module.exports.a = 2;

// b.js
module.exports.b = 11;
var a = require('./a');
console.log(a);
module.exports.b = 22;

//main.js
var a = require('./a');
console.log(a);
        运行此段代码结合上面的require demo，分析每一步过程：
        1. 执行 node main.js -> 第一行 require(a.js)，（node 执行也可以理解为调用了require方法，我们省略require(main.js)内容）
        2. 进入 require(a)方法： 判断缓存（无） -> 初始化一个 module -> 将 module 加入缓存 -> 执行模块 a.js 内容，（需要注意 是先缓存， 后执行模块内容）
        3. a.js： 第一行导出 a = 1 -> 第二行 require(b.js)（a 只执行了第一行）
        4. 进入 require(b) 内 同 1 -> 执行模块 b.js 内容
        5. b.js： 第一行 b = 11 -> 第二行 require(a.js)
        6. require(a) 此时 a.js 是第二次调用 require -> 判断缓存（有）-> cachedModule.exports -> 回到 b.js（因为js对象引用问题 此时的 cachedModule.exports = { a: 1 }）
        7. b.js：第三行 输出 { a: 1 } -> 第四行 修改 b = 22 -> 执行完毕回到 a.js
        8. a.js：第二行 require 完毕 获取到 b -> 第三行 输出 { b: 22 } -> 第四行 导出 a = 2 -> 执行完毕回到 main.js
        9. main.js：获取 a -> 第二行 输出 { a: 2 } -> 执行完毕。
      7. CommonJS 模块的循环引用
        // bar.js
import { foo } from './foo';
console.log(foo);
export const bar = 'bar';

// foo.js
import { bar } from './bar';
console.log(bar);
export const foo = 'foo';

// main.js
import { bar } from './bar';
console.log(bar);
        1. 执行 main.js -> 导入 bar.js
        2. bar.js -> 导入 foo.js
        3. foo.js -> 导入 bar.js -> bar.js 已经执行过（它认为这个接口已经存在了，就不会再去执行） -> 输出 bar -> bar is not defined， bar 未定义报错。
          我们可以使用function的方式解决：
          // bar.js
import { foo } from './foo';
console.log(foo());
export function bar(){
  return 'bar';
}

// foo.js
import { bar } from './bar';
console.log(bar());
export function foo(){
  return 'foo';
}

// main.js
import { bar } from './bar';
console.log(bar());
          这是因为函数具有提升作用，在执行import { foo } from './foo'时，函数bar就已经有定义了，所以foo.js加载的时候不会报错。这也意味着，如果把函数foo改写成函数表达式，也会报错。

    六、Node 加载

    Node 对 ES6 模块的处理比较麻烦，因为它有自己的 CommonJS 模块格式，与 ES6 模块格式是不兼容的。目前的解决方案是，将两者分开，ES6 模块 和 CommonJS 模块采用各自的加载方案。从 v13.2 版本开始，Node 已经默认打开了 ES6 模块支持。在此版本之前，想要在 Node 中使用 ES6 模块，需要添加--experimental-modules，如:node --experimental-modules ./index.mjs。

    Node 要求使用 ES6 模块需要采用.mjs后缀文件名。也就是说，Node 遇到.mjs文件，就认为它是ES6 模块，默认启用严格模式，不必在每个模块文件顶部指定"use strict"。

    如果不希望将后缀名改成.mjs，可以在项目的package.json文件中，指定type字段为module。如果不希望将后缀名改成.mjs，可以在项目的package.json文件中，指定type字段为module。一旦设置了以后，该目录里面的 JS 脚本，就被解释用 ES6 Module。

    {
   "type": "module"  // 开启 ES6 Module 模式
}

    如果这时还要使用 CommonJS 模块，那么需要将 CommonJS 模块脚本的后缀名都改成.cjs。如果没有type字段，或者type字段为commonjs，则.js脚本会被解释成 CommonJS 模块。

    1、main 和 exports 字段

    package.json文件有两个字段可以指定模块的入口文件：main和exports。

    1. main字段
      比较简单的模块，可以只使用main字段，指定模块加载的入口文件。
      {
  "type": "module",
  "main": "./index.js"
}
      上面代码指定项目的入口脚本为./index.js，它的格式为 ES6 模块。如果没有type字段，index.js就会被解释为 CommonJS 模块。
    2. exports 字段
      exports字段的优先级高于main字段。它有多种用法。
      （1）子目录别名
      package.json文件的exports字段可以指定脚本或子目录的别名。
      // package.json
{
  "exports": {
    "./xxx-file-name": "./xxx-dir/xxx.js", // 指定脚本别名
    "./xxx-dir-name/": "./xxx-dir/", // 指定子目录别名
  }
}

// 模块引入
import module1 from 'project-name/xxx-file-name';
import module2 from 'project-name/xxx-dir-name/xxx.js';
      （2）main 字段的别名
      exports字段的别名如果是.，就代表模块的主入口，优先级高于main字段，并且可以直接简写成exports字段的值。
      {
  "exports": {
    ".": "./main.js"
  }
}

// 等同于
{
  "exports": "./main.js"
}
      由于exports字段只有支持 ES6 的 Node 才认识，所以可以用来兼容旧版本的 Node。
      {
  "main": "./old-version.js",
  "exports": {
    ".": "./new-version.js"
  }
}
      （3）条件加载
      利用.这个别名，可以为 ES6 Module 和 CommonJS 模块指定不同的入口。目前，这个功能需要在 Node 运行的时候，打开--experimental-conditional-exports标志。
      {
  "type": "module",
  "exports": {
    ".": {
      "require": "./main.cjs", // require 规定 CommonJS 模块的入口
      "default": "./main.js"   // default 规定 `default` 条件指定其他情况的入口，即 ES6 模块的入口
    }
  }
}
      上面可以简写如下：
      {
  "exports": {
    "require": "./main.cjs",
    "default": "./main.js"
  }
}
      如果有别名则只能如下：
      {
  "exports": {
    ".": {
      "./xxx-file-name": "./xxx-dir/xxx.js",
      "require": "./main.cjs",
      "default": "./main.js"
    }
  }
}

    2、ES6 模块加载 CommonJS 模块

    有了上一节的条件加载以后，Node 本身就可以同时处理两种模块。

    {
  "type": "module",
  "main": "./index.cjs",
  "exports": {
    "require": "./index.cjs",
    "default": "./wrapper.mjs"
  }
}

    注意，import命令加载 CommonJS 模块，只能整体加载，不能只加载单一的输出项。

    // 正确
import packageMain from 'commonjs-package';

// 报错
import { method } from 'commonjs-package';

    3、CommonJS 模块加载 ES6 模块

    CommonJS 模块的require命令不能加载ES6 模块，会报错，只能使用import()这个方法加载。

    4、Node 的内置模块

    Node 的内置模块可以整体加载，也可以加载指定的输出项。

    七、总结

    以上就是我对模块化加载的理解，当然这里没有去过多的写案例，目的是为了以后回来查阅方便，方便自己记忆。

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