模块化的前世今生

背景

随着前端项目的越来越庞大,组件化的前端框架,前端路由等技术的发展,模块化已经成为现代前端工程师的一项必备技能。无论是什么语言一旦发展到一定地步,其工程化能力和可维护性势必得到相应的发展。

模块化这件事,无论在哪个编程领域都是相当常见的事情,模块化存在的意义就是为了增加可复用性,以尽可能少的代码是实现个性化的需求。同为前端三剑客之一的 CSS 早在 2.1 的版本就提出了 @import 来实现模块化,但是 JavaScript 直到 ES6 才出现官方的模块化方案: ES Module (importexport)。尽管早期 JavaScript 语言规范上不支持模块化,但这并没有阻止 JavaScript 的发展,官方没有模块化标准开发者们就开始自己创建规范,自己实现规范。

CommonJS 的出现

十年前的前端没有像现在这么火热,模块化也只是使用闭包简单的实现一个命名空间。2009 年对 JavaScript 无疑是重要的一年,新的 JavaScript 引擎 (v8) ,并且有成熟的库 (jQuery、YUI、Dojo),ES5 也在提案中,然而 JavaScript 依然只能出现在浏览器当中。早在2007年,AppJet 就提供了一项服务,创建和托管服务端的 JavaScript 应用。后来 Aptana 也提供了一个能够在服务端运行 Javascript 的环境,叫做 Jaxer。网上还能搜到关于 AppJet、Jaxer 的博客,甚至 Jaxer 项目还在github上。

Jaxer

但是这些东西都没有发展起来,Javascript 并不能替代传统的服务端脚本语言 (PHP、Python、Ruby) 。尽管它有很多的缺点,但是不妨碍有很多人使用它。后来就有人开始思考 JavaScript 要在服务端运行还需要些什么?于是在 2009 年 1 月,Mozilla 的工程师 Kevin Dangoor 发起了 CommonJS 的提案,呼吁 JavaScript 爱好者联合起来,编写 JavaScript 运行在服务端的相关规范,一周之后,就有了 224 个参与者。

"[This] is not a technical problem,It's a matter of people getting together and making a decision to step forward and start building up something bigger and cooler together."

CommonJS 标准囊括了 JavaScript 需要在服务端运行所必备的基础能力,比如:模块化、IO 操作、二进制字符串、进程管理、Web网关接口 (JSGI) 。但是影响最深远的还是 CommonJS 的模块化方案,CommonJS 的模块化方案是JavaScript社区第一次在模块系统上取得的成果,不仅支持依赖管理,而且还支持作用域隔离和模块标识。再后来 node.js 出世,他直接采用了 CommonJS 的模块化规范,同时还带来了npm (Node Package Manager,现在已经是全球最大模块仓库了) 。

CommonJS 在服务端表现良好,很多人就想将 CommonJS 移植到客户端 (也就是我们说的浏览器) 进行实现。由于CommonJS 的模块加载是同步的,而服务端直接从磁盘或内存中读取,耗时基本可忽略,但是在浏览器端如果还是同步加载,对用户体验极其不友好,模块加载过程中势必会向服务器请求其他模块代码,网络请求过程中会造成长时间白屏。所以从 CommonJS 中逐渐分裂出来了一些派别,在这些派别的发展过程中,出现了一些业界较为熟悉方案 AMD、CMD、打包工具(Component/Browserify/Webpack)。

AMD规范:RequireJS

RequireJS logo

RequireJS 是 AMD 规范的代表之作,它之所以能代表 AMD 规范,是因为 RequireJS 的作者 (James Burke) 就是 AMD 规范的提出者。同时作者还开发了amdefine,一个让你在 node 中也可以使用 AMD 规范的库。

AMD 规范由 CommonJS 的 Modules/Transport/C 提案发展而来,毫无疑问,Modules/Transport/C 提案的发起者就是 James Burke。

James Burke 指出了 CommonJS 规范在浏览器上的一些不足:

  1. 缺少模块封装的能力:CommonJS 规范中的每个模块都是一个文件。这意味着每个文件只有一个模块。这在服务器上是可行的,但是在浏览器中就不是很友好,浏览器中需要做到尽可能少的发起请求。
  2. 使用同步的方式加载依赖:虽然同步的方法进行加载可以让代码更容易理解,但是在浏览器中使用同步加载会导致长时间白屏,影响用户体验。
  3. CommonJS 规范使用一个名为 export 的对象来暴露模块,将需要导出变量附加到 export 上,但是不能直接给该对象进行赋值。如果需要导出一个构造函数,则需要使用 module.export,这会让人感到很疑惑。

AMD 规范定义了一个 define 全局方法用来定义和加载模块,当然 RequireJS 后期也扩展了 require 全局方法用来加载模块 。通过该方法解决了在浏览器使用 CommonJS 规范的不足。

define(id?, dependencies?, factory);
  1. 使用匿名函数来封装模块,并通过函数返回值来定义模块,这更加符合 JavaScript 的语法,这样做既避免了对 exports变量的依赖,又避免了一个文件只能暴露一个模块的问题。

  2. 提前列出依赖项并进行异步加载,这在浏览器中,这能让模块开箱即用。

    define("foo", ["logger"], function (logger) {
        logger.debug("starting foo's definition")
        return {
            name: "foo"
        }
    })
    
  3. 为模块指定一个模块 ID (名称) 用来唯一标识定义中模块。此外,AMD的模块名规范是 CommonJS 模块名规范的超集。

    define("foo", function () {
        return {
            name: 'foo'
        }
    })
    

RequireJS 原理

在讨论原理之前,我们可以先看下 RequireJS 的基本使用方式。

  • 模块信息配置:

    require.config({
      paths: {
        jquery: 'https://code.jquery.com/jquery-3.4.1.js'
      }
    })
    
  • 依赖模块加载与调用:

    require(['jquery'], function ($){
      $('#app').html('loaded')
    })
    
  • 模块定义:

    if ( typeof define === "function" && define.amd ) {
      define( "jquery", [], function() {
        return jQuery;
      } );
    }
    

我们首先使用 config 方法进行了 jquery 模块的路径配置,然后调用 require 方法加载 jquery 模块,之后在回调中调用已加载完成的 $ 对象。在这个过程中,jquery 会使用 define 方法暴露出我们所需要的 $ 对象。

在了解了基本的使用过程后,我们就继续深入 RequireJS 的原理。

模块信息配置

模块信息的配置,其实很简单,只用几行代码就能实现。定义一个全局对象,然后使用 Object.assign 进行对象扩展。

// 配置信息
const cfg = { paths: {} }

// 全局 require 方法
req = require = () => {}

// 扩展配置
req.config = config => {
  Object.assign(cfg, config)
}

依赖模块加载与调用

require 方法的逻辑很简单,进行简单的参数校验后,调用 getModule 方法对 Module 进行了实例化,getModule 会对已经实例化的模块进行缓存。因为 require 方法进行模块实例的时候,并没有模块名,所以这里产生的是一个匿名模块。Module 类,我们可以理解为一个模块加载器,主要作用是进行依赖的加载,并在依赖加载完毕后,调用回调函数,同时将依赖的模块逐一作为参数回传到回调函数中。

// 全局 require 方法
req = require = (deps, callback) => {
  if (!deps && !callback) {
    return
  }
  if (!deps) {
    deps = []
  }
  if (typeof deps === 'function') {
    callback = deps
    deps = []
  }
  const mod = getModule()
  mod.init(deps, callback)
}

let reqCounter = 0
const registry = {} // 已注册的模块

// 模块加载器的工厂方法
const getModule = name => {
  if (!name) {
    // 如果模块名不存在,表示为匿名模块,自动构造模块名
    name = `@mod_${++reqCounter}`
  }
  let mod = registry[name]
  if (!mod) {
    mod = registry[name] = new Module(name)
  }
  return mod
}

模块加载器是是整个模块加载的核心,主要包括 enable 方法和 check 方法。

模块加载器在完成实例化之后,会首先调用 init 方法进行初始化,初始化的时候传入模块的依赖以及回调。

// 模块加载器

class Module {
  constructor(name) {
    this.name = name
    this.depCount = 0
    this.depMaps = []
    this.depExports = []
    this.definedFn = () => {}
  }
  init(deps, callback) {
    this.deps = deps
    this.callback = callback
    // 判断是否存在依赖
    if (deps.length === 0) {
      this.check()
    } else {
      this.enable()
    }
  }
}

enable 方法主要用于模块的依赖加载,该方法的主要逻辑如下:

  1. 遍历所有的依赖模块;

  2. 记录已加载模块数 (this.depCount++),该变量用于判断依赖模块是否全部加载完毕;

  3. 实例化依赖模块的模块加载器,并绑定 definedFn 方法;

    definedFn 方法会在依赖模块加载完毕后调用,主要作用是获取依赖模块的内容,并将 depCount 减 1,最后调用 check 方法 (该方法会判断 depCount 是否已经小于 1,以此来界定依赖全部加载完毕);

  4. 最后通过依赖模块名,在配置中获取依赖模块的路径,进行模块加载。

class Module {
  ...
  // 启用模块,进行依赖加载
  enable() {
    // 遍历依赖
    this.deps.forEach((name, i) => {
      // 记录已加载的模块数
      this.depCount++
      
      // 实例化依赖模块的模块加载器,绑定模块加载完毕的回调
      const mod = getModule(name)
      mod.definedFn = exports => {
        this.depCount--
        this.depExports[i] = exports
        this.check()
      }
      
      // 在配置中获取依赖模块的路径,进行模块加载
      const url = cfg.paths[name]
      loadModule(name, url)
    });
  }
  ...
}

loadModule 的主要作用就是通过 url 去加载一个 js 文件,并绑定一个 onload 事件。onload 会重新获取依赖模块已经实例化的模块加载器,并调用 init 方法。

// 缓存加载的模块
const defMap = {}

// 依赖的加载
const loadModule =  (name, url) => {
  const head = document.getElementsByTagName('head')[0]
  const node = document.createElement('script')
  node.type = 'text/javascript'
  node.async = true
  // 设置一个 data 属性,便于依赖加载完毕后拿到模块名
  node.setAttribute('data-module', name)
  node.addEventListener('load', onScriptLoad, false)
  node.src = url
  head.appendChild(node)
  return node
}

// 节点绑定的 onload 事件函数
const onScriptLoad = evt => {
  const node = evt.currentTarget
  node.removeEventListener('load', onScriptLoad, false)
  // 获取模块名
  const name = node.getAttribute('data-module')
  const mod = getModule(name)
  const def = defMap[name]
  mod.init(def.deps, def.callback)
}

看到之前的案例,因为只有一个依赖 (jQuery),并且 jQuery 模块并没有其他依赖,所以 init 方法会直接调用 check 方法。这里也可以思考一下,如果是一个有依赖项的模块后续的流程是怎么样的呢?

define( "jquery", [] /* 无其他依赖 */, function() {
  return jQuery;
} );

check 方法主要用于依赖检测,以及调用依赖加载完毕后的回调。

// 模块加载器
class Module {
  ...
  // 检查依赖是否加载完毕
  check() {
    let exports = this.exports
    //如果依赖数小于1,表示依赖已经全部加载完毕
    if (this.depCount < 1) { 
      // 调用回调,并获取该模块的内容
      exports = this.callback.apply(null, this.depExports)
      this.exports = exports
      //激活 defined 回调
      this.definedFn(exports)
    }
  }
  ...
}

最终通过 definedFn 重新回到被依赖模块,也就是最初调用 require 方法实例化的匿名模块加载器中,将依赖模块暴露的内容存入 depExports 中,然后调用匿名模块加载器的 check 方法,调用回调。

mod.definedFn = exports => {
  this.depCount--
  this.depExports[i] = exports
  this.check()
}

模块定义

还有一个疑问就是,在依赖模块加载完毕的回调中,怎么拿到的依赖模块的依赖和回调呢?

const def = defMap[name]
mod.init(def.deps, def.callback)

答案就是通过全局定义的 define 方法,该方法会将模块的依赖项还有回调存储到一个全局变量,后面只要按需获取即可。

const defMap = {} // 缓存加载的模块
define = (name, deps, callback) => {
  defMap[name] = { name, deps, callback }
}

总结

最后可以发现,RequireJS 的核心就在于模块加载器的实现,不管是通过 require 进行依赖加载,还是使用 define 定义模块,都离不开模块加载器。

感兴趣的可以在我的github上查看关于简化版 RequrieJS 的完整代码

CMD规范:sea.js

sea.js logo

CMD 规范由国内的开发者玉伯提出,尽管在国际上的知名度远不如 AMD ,但是在国内也算和 AMD 齐头并进。相比于 AMD 的异步加载,CMD 更加倾向于懒加载,而且 CMD 的规范与 CommonJS 更贴近,只需要在 CommonJS 外增加一个函数调用的包装即可。

define(function(require, exports, module) {
  require("./a").doSomething()
  require("./b").doSomething()
})


作为 CMD 规范的实现 sea.js 也实现了类似于 RequireJS 的 api:

seajs.use('main', function (main) {
  main.doSomething()
})


sea.js 在模块加载的方式上与 RequireJS 一致,都是通过在 head 标签插入 script 标签进行加载的,但是在加载顺序上有一定的区别。要讲清楚这两者之间的差别,我们还是直接来看一段代码:

RequireJS :

// RequireJS
define('a', function () {
  console.log('a load')
  return {
    run: function () { console.log('a run') }
  }
})

define('b', function () {
  console.log('b load')
  return {
    run: function () { console.log('b run') }
  }
})

require(['a', 'b'], function (a, b) {
  console.log('main run')
  a.run()
  b.run()
})


requirejs result

sea.js :

// sea.js
define('a', function (require, exports, module) {
  console.log('a load')
  exports.run = function () { console.log('a run') }
})

define('b', function (require, exports, module) {
  console.log('b load')
  exports.run = function () { console.log('b run') }
})

define('main', function (require, exports, module) {
  console.log('main run')
  var a = require('a')
  a.run()
  var b = require('b')
  b.run()
})

seajs.use('main')


sea.js result

可以看到 sea.js 的模块属于懒加载,只有在 require 的地方,才会真正运行模块。而 RequireJS,会先运行所有的依赖,得到所有依赖暴露的结果后再执行回调。

正是因为懒加载的机制,所以 sea.js 提供了 seajs.use 的方法,来运行已经定义的模块。所有 define 的回调函数都不会立即执行,而是将所有的回调函数进行缓存,只有 use 之后,以及被 require 的模块回调才会进行执行。

sea.js 原理

下面简单讲解一下 sea.js 的懒加载逻辑。在调用 define 方法的时候,只是将 模块放入到一个全局对象进行缓存。

const seajs = {}
const cache = seajs.cache = {}

define = (id, factory) => {
  const uri = id2uri(id)
  const deps = parseDependencies(factory.toString())
  const mod = cache[uri] || (cache[uri] = new Module(uri))
  mod.deps = deps
  mod.factory = factory
  
}

class Module {
  constructor(uri, deps) {
    this.status = 0
    this.uri    = uri
    this.deps   = deps
  }
}


这里的 Module,是一个与 RequireJS 类似的模块加载器。后面运行的 seajs.use 就会从缓存取出对应的模块进行加载。

注意:这一部分代码只是简单介绍 use 方法的逻辑,并不能直接运行。

let cid = 0
seajs.use = (ids, callback) => {
  const deps = isArray(ids) ? ids : [ids]
  
  deps.forEach(async (dep, i) => {
    const mod = cache[dep]
    mod.load()
  })
}


另外 sea.js 的依赖都是在 factory 中声明的,在模块被调用的时候,sea.js 会将 factory 转成字符串,然后匹配出所有的 require('xxx') 中的 xxx ,来进行依赖的存储。前面代码中的 parseDependencies 方法就是做这件事情的。

早期 sea.js 是直接通过正则的方式进行匹配的:

const parseDependencies = (code) => {
  const REQUIRE_RE = /"(?:\\"|[^"])*"|'(?:\\'|[^'])*'|\/\*[\S\s]*?\*\/|\/(?:\\\/|[^/\r\n])+\/(?=[^\/])|\/\/.*|\.\s*require|(?:^|[^$])\brequire\s*\(\s*(["'])(.+?)\1\s*\)/g
  const SLASH_RE = /\\\\/g
  const ret = []

  code
    .replace(SLASH_RE, '')
    .replace(REQUIRE_RE, function(_, __, id) {
      if (id) {
        ret.push(id)
      }
    })
  return ret
}


但是后来发现正则有各种各样的 bug,并且过长的正则也不利于维护,所以 sea.js 后期舍弃了这种方式,转而使用状态机进行词法分析的方式获取 require 依赖。

详细代码可以查看 sea.js 相关的子项目:crequire

总结

其实 sea.js 的代码逻辑大体上与 RequireJS 类似,都是通过创建 script 标签进行模块加载,并且都有实现一个模块记载器,用于管理依赖。

主要差异在于,sea.js 的懒加载机制,并且在使用方式上,sea.js 的所有依赖都不是提前声明的,而是 sea.js 内部通过正则或词法分析的方式将依赖手动进行提取的。

感兴趣的可以在我的github上查看关于简化版 sea.js 的完整代码

ES Module

ES Module 是 ES 组织官方推出的模块化方案,天生自带光环,相比于 CommonJS 和 AMD 方案,ESM采用了完全静态化的方式进行模块的加载,静态化也为后来的打包工具提供了便利,并且能友好的支持 tree shaking。下面来看看 ESM 的基本语法。

模块导出

模块导出只有一个关键词:export,最简单的方法就是在声明的变量前面直接加上 export 关键词。

export const name = 'Shenfq'

可以在 const、let、var 前直接加上 export,也可以在 function 或者 class 前面直接加上 export。

export function getName() {
  return name
}
export class Logger {
	log(...args) {
    console.log(...args)
  }
}

上面的导出方法也可以使用大括号的方式进行简写。

const name = 'Shenfq'
function getName() {
  return name
}
class Logger {
	log(...args) {
    console.log(...args)
  }
}

export { name, getName, Logger }

最后一种语法,也是我们经常使用的,导出默认模块。

const name = 'Shenfq'
export default name

模块导入

模块的导入使用import,并配合 from 关键词。

// main.js
import name from './module.js'

// module.js
const name = 'Shenfq'
export default name

这样直接导入的方式,module.js 中必须使用 export default,也就是说 import 语法,默认导入的是default模块。如果想要导入其他模块,就必须使用对象展开的语法。

// main.js
import { name, getName } from './module.js'

// module.js
export const name = 'Shenfq'
export const getName = () => name


如果模块文件同时导出了默认模块,和其他模块,在导入时,也可以同时将两者导入。

// main.js
import name, { getName } from './module.js'

//module.js
const name = 'Shenfq'
export const getName = () => name
export default name


当然,ESM 也提供了重命名的语法,将导入的模块进行重新命名。

// main.js
import * as mod from './module.js'
let name = ''
name = mod.name
name = mod.getName()

// module.js
export const name = 'Shenfq'
export const getName = () => name


上述写法就相当于于将模块导出的对象进行重新赋值:

// main.js
import { name, getName } from './module.js'
const mod = { name, getName }


同时也可以对单独的变量进行重命名:

// main.js
import { name, getName as getModName }


导入同时进行导出

如果有两个模块 a 和 b ,同时引入了模块 c,但是这两个模块还需要导入模块 d,如果模块 a、b 在导入 c 之后,再导入 d 也是可以的,但是有些繁琐,我们可以直接在模块 c 里面导入模块 d,再把模块 d 暴露出去。

模块关系

// module_c.js
import { name, getName } from './module_d.js'
export { name, getName }


这么写看起来还是有些麻烦,这里 ESM 提供了一种将 import 和 export 进行结合的语法。

export { name, getName } from './module_d.js'


上面是 ESM 规范的一些基本语法,如果想了解更多,可以翻阅阮老师的 《ES6 入门》

ESM 与 CommonJS 的差异

说到两者的差异,首先肯定是语法上的差异,前面也已经简单介绍过了,一个使用 import/export 语法,一个使用 require/module 语法。

另一个 ESM 与 CommonJS 显著的差异在于,ESM 导入模块的变量都是强绑定,导出模块的变量一旦发生变化,对应导入模块的变量也会跟随变化,而 CommonJS 中导入的模块都是值传递与引用传递,类似于函数传参(基本类型进行值传递,相当于拷贝变量,非基础类型【对象、数组】,进行引用传递)。

下面我们看下详细的案例:

CommonJS

// a.js
const mod = require('./b')

setTimeout(() => {
  console.log(mod)
}, 1000)

// b.js
let mod = 'first value'

setTimeout(() => {
  mod = 'second value'
}, 500)

module.exports = mod


$ node a.js
first value


ESM

// a.mjs
import { mod } from './b.mjs'

setTimeout(() => {
  console.log(mod)
}, 1000)

// b.mjs
export let mod = 'first value'

setTimeout(() => {
  mod = 'second value'
}, 500)


$ node --experimental-modules a.mjs
# (node:99615) ExperimentalWarning: The ESM module loader is experimental.
second value


另外,CommonJS 的模块实现,实际是给每个模块文件做了一层函数包裹,从而使得每个模块获取 require/module__filename/__dirname 变量。那上面的 a.js 来举例,实际执行过程中 a.js 运行代码如下:

// a.js
(function(exports, require, module, __filename, __dirname) {
	const mod = require('./b')
  setTimeout(() => {
    console.log(mod)
  }, 1000)
});


而 ESM 的模块是通过 import/export 关键词来实现,没有对应的函数包裹,所以在 ESM 模块中,需要使用 import.meta 变量来获取 __filename/__dirnameimport.meta 是 ECMAScript 实现的一个包含模块元数据的特定对象,主要用于存放模块的 url,而 node 中只支持加载本地模块,所以 url 都是使用 file: 协议。

import url from 'url'
import path from 'path'
// import.meta: { url: file:///Users/dev/mjs/a.mjs }
const __filename = url.fileURLToPath(import.meta.url)
const __dirname = path.dirname(__filename)


ESM加载原理

步骤:

  1. Construction(构造):下载所有的文件并且解析为module records。
  2. Instantiation(实例):把所有导出的变量入内存指定位置(但是暂时还不求值)。然后,让导出和导入都指向内存指定位置。这叫做『linking(链接)』。
  3. Evaluation(求值):执行代码,得到变量的值然后放到内存对应位置。

模块记录

所有的模块化开发,都是从一个入口文件开始,无论是 Node.js 还是浏览器,都会根据这个入口文件进行检索,一步一步找到其他所有的依赖文件。

// Node.js: main.mjs
import Log from './log.mjs'


<!-- chrome、firefox -->
<script type="module" src="./log.js"></script>


值得注意的是,刚开始拿到入口文件,我们并不知道它依赖了哪些模块,所以必须先通过 js 引擎静态分析,得到一个模块记录,该记录包含了该文件的依赖项。所以,一开始拿到的 js 文件并不会执行,只是会将文件转换得到一个模块记录(module records)。所有的 import 模块都在模块记录的 importEntries 字段中记录,更多模块记录相关的字段可以查阅tc39.es

模块记录

模块构造

得到模块记录后,会下载所有依赖,并再次将依赖文件转换为模块记录,一直持续到没有依赖文件为止,这个过程被称为『构造』(construction)。

模块构造包括如下三个步骤:

  1. 模块识别(解析依赖模块 url,找到真实的下载路径);
  2. 文件下载(从指定的 url 进行下载,或从文件系统进行加载);
  3. 转化为模块记录(module records)。

对于如何将模块文件转化为模块记录,ESM 规范有详细的说明,但是在构造这个步骤中,要怎么下载得到这些依赖的模块文件,在 ESM 规范中并没有对应的说明。因为如何下载文件,在服务端和客户端都有不同的实现规范。比如,在浏览器中,如何下载文件是属于 HTML 规范(浏览器的模块加载都是使用的 <script> 标签)。

虽然下载完全不属于 ESM 的现有规范,但在 import 语句中还有一个引用模块的 url 地址,关于这个地址需要如何转化,在 Node 和浏览器之间有会出现一些差异。简单来说,在 Node 中可以直接 import 在 node_modules 中的模块,而在浏览器中并不能直接这么做,因为浏览器无法正确的找到服务器上的 node_modules 目录在哪里。好在有一个叫做 import-maps 的提案,该提案主要就是用来解决浏览器无法直接导入模块标识符的问题。但是,在该提案未被完全实现之前,浏览器中依然只能使用 url 进行模块导入。

<script type="importmap">
{
  "imports": {
  	"jQuery": "/node_modules/jquery/dist/jquery.js"
  }
}
</script>
<script type="module">
	import $ from 'jQuery'
  $(function () {
    $('#app').html('init')
  })
</script>

下载好的模块,都会被转化为模块记录然后缓存到 module map 中,遇到不同文件获取的相同依赖,都会直接在 module map 缓存中获取。

// log.js
const log = console.log
export default log

// file.js
export { 
  readFileSync as read,
  writeFileSync as write
} from 'fs'


module map

模块实例

获取到所有依赖文件并建立好 module map 后,就会找到所有模块记录,并取出其中的所有导出的变量,然后,将所有变量一一对应到内存中,将对应关系存储到『模块环境记录』(module environment record)中。当然当前内存中的变量并没有值,只是初始化了对应关系。初始化导出变量和内存的对应关系后,紧接着会设置模块导入和内存的对应关系,确保相同变量的导入和导出都指向了同一个内存区域,并保证所有的导入都能找到对应的导出。

模块连接

由于导入和导出指向同一内存区域,所以导出值一旦发生变化,导入值也会变化,不同于 CommonJS,CommonJS 的所有值都是基于拷贝的。连接到导入导出变量后,我们就需要将对应的值放入到内存中,下面就要进入到求值的步骤了。

模块求值

求值步骤相对简单,只要运行代码把计算出来的值填入之前记录的内存地址就可以了。到这里就已经能够愉快的使用 ESM 模块化了。

ESM进展

因为 ESM 出现较晚,服务端已有 CommonJS 方案,客户端又有 webpack 打包工具,所以 ESM 的推广不得不说还是十分艰难的。

客户端

我们先看看客户端的支持情况,这里推荐大家到 Can I Use 直接查看,下图是 2019/11的截图。

Can I use

目前为止,主流浏览器都已经支持 ESM 了,只需在 script 标签传入指定的 type="module" 即可。

<script type="module" src="./main.js"></script>


另外,我们知道在 Node.js 中,要使用 ESM 有时候需要用到 .mjs 后缀,但是浏览器并不关心文件后缀,只需要 http 响应头的MIME类型正确即可(Content-Type: text/javascript)。同时,当 type="module" 时,默认启用 defer 来加载脚本。这里补充一张 defer、async 差异图。

img

我们知道浏览器不支持 script 的时候,提供了 noscript 标签用于降级处理,模块化也提供了类似的标签。

<script type="module" src="./main.js"></script>
<script nomodule>
  alert('当前浏览器不支持 ESM !!!')
</script>

这样我们就能针对支持 ESM 的浏览器直接使用模块化方案加载文件,不支持的浏览器还是使用 webpack 打包的版本。

<script type="module" src="./src/main.js"></script>
<script nomodule src="./dist/app.[hash].js"></script>

预加载

我们知道浏览器的 link 标签可以用作资源的预加载,比如我需要预先加载 main.js 文件:

<link rel="preload" href="./main.js"></link>

如果这个 main.js 文件是一个模块化文件,浏览器仅仅预先加载单独这一个文件是没有意义的,前面我们也说过,一个模块化文件下载后还需要转化得到模块记录,进行模块实例、模块求值这些操作,所以我们得想办法告诉浏览器,这个文件是一个模块化的文件,所以浏览器提供了一种新的 rel 类型,专门用于模块化文件的预加载。

<link rel="modulepreload" href="./main.js"></link>

现状

虽然主流浏览器都已经支持了 ESM,但是根据 chrome 的统计,有用到 <script type="module"> 的页面只有 1%。截图时间为 2019/11

统计

服务端

浏览器能够通过 script 标签指定当前脚本是否作为模块处理,但是在 Node.js 中没有很明确的方式来表示是否需要使用 ESM,而且 Node.js 中本身就已经有了 CommonJS 的标准模块化方案。就算开启了 ESM,又通过何种方式来判断当前入口文件导入的模块到底是使用的 ESM 还是 CommonJS 呢?为了解决上述问题,node 社区开始出现了 ESM 的相关草案,具体可以在 github 上查阅。

2017年发布的 Node.js 8.5.0 开启了 ESM 的实验性支持,在启动程序时,加上 --experimental-modules 来开启对 ESM 的支持,并将 .mjs 后缀的文件当做 ESM 来解析。早期的期望是在 Node.js 12 达到 LTS 状态正式发布,然后期望并没有实现,直到最近的 13.2.0 版本才正式支持 ESM,也就是取消了 --experimental-modules 启动参数。具体细节可以查看 Node.js 13.2.0 的官方文档

关于 .mjs 后缀社区有两种完全不同的态度。支持的一方认为通过文件后缀区分类型是最简单也是最明确的方式,且社区早已有类似案例,例如,.jsx 用于 React 组件、.ts 用于 ts 文件;而支持的一方认为,.js 作为 js 后缀已经存在这么多年,视觉上很难接受一个 .mjs 也是 js 文件,而且现有的很多工具都是以 .js 后缀来识别 js 文件,如果引入了 .mjs 方案,就有大批量的工具需要修改来有效的适配 ESM。

所以除了 .mjs 后缀指定 ESM 外,还可以使用 pkg.json 文件的 type 属性。如果 type 属性为 module,则表示当前模块应使用 ESM 来解析模块,否则使用 CommonJS 解析模块。

{
  "type": "module" // module | commonjs(default)
}

当然有些本地文件是没有 pkg.json 的,但是你又不想使用 .mjs 后缀,这时候只需要在命令行加上一个启动参数 --input-type=module。同时 input-type 也支持 commonjs 参数来指定使用 CommonJS(-—input-type=commonjs)。

总结一下,Node.js 中,以下三种情况会启用 ESM 的模块加载方式:

  1. 文件后缀为.mjs;
  2. pkg.json 中 type 字段指定为 module
  3. 启动参数添加 --input-type=module

同样,也有三种情况会启用 CommonJS 的模块加载方式:

  1. 文件后缀为.cjs;
  2. pkg.json 中 type 字段指定为 commonjs
  3. 启动参数添加 --input-type=commonjs

虽然 13.2 版本去除了 --experimental-modules 的启动参数,但是按照文档的说法,在 Node.js 中使用 ESM 依旧是实验特性。

Stability: 1 - Experimental

不过,相信等到 Node.js 14 LTS 版本发布时,ESM 的支持应该就能进入稳定阶段了,这里还有一个 Node.js 关于 ESM 的整个计划列表可以查阅。

总结

模块化的出现为前端的开发带来了如下好处:

  1. 变量都拥有了自己的作用域,而不是直接挂载到全局,有效解决了命名冲突。
  2. 让所有的模块都保持单一职责,显著的提升了开发效率以及代码的可维护性。
  3. 重复代码不再通过拷贝,而是通过模块引入的方式实现,提升了代码的复用性。
  4. 可以使用包管理工具,直接在使用网络上开源的模块。

现代化的前端开发离不开模块化,想想十年前,没有 Node.js,没有 webpack,前端工程的组织是多么的困难,感谢前人一步步积累,为前端的模块化提供了多种解决方案,并且一步步完善。

也许十年后,前端的模块化只剩下了 ESM,但是 CommonJS、AMD 都在前端历史的进程上留下了重要的一笔。

最后更新时间: 2/25/2020, 3:51:30 AM