JavaScript模块机制

commonJS规范

模块引用

你可以通过require来引入你所需要的模块，这个方法接收模块标识，以此引入一个模块的API到当前上下文中。

const fs = require('fs');

模块定义

一个模块就是一个文件，文件中你可以定义或处理任何方法，但你必须要有一个出口，用于导出你想要暴露的方法，上下文提供了exports对象就是用来导出的，它也是唯一的出口。在模块中，还存在一个module对象，它代表模块本身，而exports是module的属性。

// common.js
function add(a, b) {return a + b;
}
exports.add = add;

// index.js
const common = require('./common');
console.log(common.add(1, 2));   // 3

模块标识

模块标识是传递给require的参数，它必须是符合小驼峰命名的字符串，当然也可以是以"./"、"../"开头的相对路径或绝对路径。如果是以.js、.json为后缀的文件，在引入时可以省略后缀，就像上面的例子一样。
每个模块之间是相对独立的，他们互不影响，引入多个模块也不必担心变量污染。

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Node中的模块

通过上面的介绍可以知道，通过module、exports和require可以很方便的实现不同模块之间的相互穿插使用，但在node中，并非完全按照此规范实现，而是对模块进行了一定的取舍，并增加了一些自身的特性。
node在引入模块时会经历以下阶段：
（1）路径分析
（2）文件定位
（3）编译执行
在node中模块可以分为两大类，一类是node自身提供的（如：buffer、fs、http等），称为核心模块；另外一类是用户自己编写的，称为文件模块；
在开发中，如果我们想用到一些第三方的插件时，在引入前，必须要先进行安装，然后才可以引入使用；

npm install md5

而使用node的核心模块时，只需要引入即可，这是因为核心模块在node源代码的编译过程中，编译进了二进制执行文件，当node进程启动时，部分核心模块就被直接加载进了内存中。

模块的加载过程

node在加载模块时会优先从缓存中加载，任何模块在第一次被引入后就会被缓存起来，当第二次引入时，会优先从缓存加载，与前端浏览器的缓存文件一样以提高性能。不同的是浏览器仅仅缓存文件，而node缓存的是编译和执行后的对象。

路径分析和文件定位

路径分析就是查找模块所在的路径，由于标识符的形式有多种，因此针对不用形式的标识符在查找和定位上有不同程度的差异。

核心模块

核心模块加载的优先级仅次于缓存加载，其加载速度是最快的，因为这些模块在node源代码的编译过程中就已经编译为二进制文件。如果我们自己编写一个模块，取名为与核心模块相同（如：fs），当我们去引入时自然是不会成功的，除非换成其他的标识符形式引入。
路径形式的文件模块

以…/、./或/开始的标识符，在分析路径模块时，require()方法会将路径转为真实路径，并以真实路径作为索引。由于文件模块知道了文件的位置，因此加载速度也是比较快的，仅次于核心模块。

自定义模块

自定义模块是一类特殊的文件模块，它可能是一个文件或者包的形式，这类模块的查找是最费时的，也是最慢的一种。node在查找模块时按照模块路径的查找策略，有点类似于JavaScript的原型链一样，逐级向上查找，直到顶级为止，看下面这个例子：

console.log(module.paths);

运行后输出结果如下：

结果是一个数组，node会按照数组中所列的路径顺序去查找你所需要的模块，在我们安装一些第三方包的时候，该包会默认安装在当前目录下的node_modules中，也就是数组中的第一项，虽然这种方式最慢，node还是尽可能的在允许的范围内做到做好。

文件扩展名

CommonJS模块规范允许我们在引入模块时不添加模块文件的扩展名，如require('test.js')可以写成require('test')；Node会按照.js、.node、.json的顺序依次补全尝试。
因为node是单线程的，这个过程是同步阻塞的，会引起性能问题，因此建议在引入.node或.json文件时带上扩展名。

编译模块

在node中，每个文件模块都是一个对象，它的定义如下：

对于不同扩展名的文件模块，在载入方式上有所不同：

– .js：通过fs模块同步读取文件后编译执行
– .node：用C/C++编写的扩展文件，通过dlopen()方法加载编译后生成的文件
– .json：通过fs模块同步读取文件后，用JSON.parse()解析返回结果
– 其他文件：统一按照.js文件处理
每个编译成功后的模块都会将其文件路径作为索引，缓存在Module._cache对象上，提到二次加载的速度。

JavaScript模块编译

在CommonJS模块规范中，我们可以直接使用变量require、exports、module，还有__filename，__dirname这两个变量，这些变量我们并没有定义。他们是在编译的过程中，Node对JavaScript文件的内容进行了头尾包装。在头部加上了(function(exports, require, module, __filename, __dirname) {，在尾部加上了})。就像下面这样：

(function(exports, require, module, __filename, __dirname) {//模块文件内容
})

这样做还有一个好处，每个模块之间是相互独立的，不会引起变量污染。

核心模块的编译过程

node在编译核心模块时，首先把JavaScript代码转存为C/C++代码，采用V8附带的js2c.py工具，转成node_natives.h头文件。
在这个过程中，JavaScript代码以字符串的形式存储在node命名空间中，是不能直接执行的。在启动node进程时，JavaScript代码直接加载进内存中。在加载过程中，JavaScript核心模块经历标识符分析后直接定位到内存中，比普通文件模块查找要快很多。
lib目录下的所有模块文件也是没有定义require、module、exports这些变量的。在引入核心模块的过程中，也经历了头尾包装的过程，然后才执行和导出了exports对象。

包与NPM

虽然有了node的核心模块，我们也可以自定义模块，但还是存在两个问题：
自己的模块只能够自己使用
模块与模块之间比较零散，相互之间不能直接使用

包与NPM就是将模块联系起来的一种机制，在模块的基础上进一步组织JavaScript代码。
一个符合CommonJS规范的包目录应该包含以下文件：

package.json：包描述文件
bin：存放可执行二进制文件的目录
lib：存放JavaScript代码的目录
doc：存放文档的目录
test：存放单元测试用例的代码

package.json

用于表达代码的相关信息，它是一个JSON格式的文件，位于包的根目录下，是包的重要组成部分。CommonJS定义了一些必须的字段。

name：包名
description：包的简要介绍
version：包的当前版本，每次更新包时需要要更新版本号，通常为major.minor.revision的格式
keywords：包的关键词，使用数组的形式，有利于用户搜索到你的包
maintainers：报的维护者列表，为一个数组。每个维护者有name、email和web属性组成。
contributors：贡献者列表。
bugs：一个可以反馈bug的地址，可以是网址地址或邮件地址。
licenses：当前包所使用的许可列表。
repositories：托管代码的位置列表。
dependencies：使用当前包所需要依赖的包列表。
homepage：当前包的网站地址。
os：操作系统支持列表。
cpu：CPU架构的支持列表。
engine：支持的JavaScript引擎列表。
builtin：标志当前包是否是内建在底层系统的标准组件。
directories：包目录说明。
implements：实现规范的列表。
scripts：脚本说明对象。
下面是很受欢迎的KOA项目的package.json文件，可以对应着参考：

{"_args": [[
"koa@2.11.0",
"E:\\streamax\\workspace\\dev-ops-web"]],
"_from": "koa@2.11.0",
"_id": "koa@2.11.0",
"_inBundle": false,
"_integrity": "sha1-/lpRxG9WbSdjLdXcj9XX3UT5NaQ=",
"_location": "/koa",
"_phantomChildren": {},
"_requested": {"type": "version",
"registry": true,
"raw": "koa@2.11.0",
"name": "koa",
"escapedName": "koa",
"rawSpec": "2.11.0",
"saveSpec": null,
"fetchSpec": "2.11.0"},
"_requiredBy": [
"/@streamax/sword"],
"_resolved": "http://192.168.150.51:4873/koa/-/koa-2.11.0.tgz",
"_spec": "2.11.0",
"_where": "E:\\streamax\\workspace\\dev-ops-web",
"bugs": {"url": "https://github.com/koajs/koa/issues"},
"dependencies": {"accepts": "^1.3.5",
"cache-content-type": "^1.0.0",
"content-disposition": "~0.5.2",
"content-type": "^1.0.4",
"cookies": "~0.8.0",
"debug": "~3.1.0",
"delegates": "^1.0.0",
"depd": "^1.1.2",
"destroy": "^1.0.4",
"encodeurl": "^1.0.2",
"error-inject": "^1.0.0",
"escape-html": "^1.0.3",
"fresh": "~0.5.2",
"http-assert": "^1.3.0",
"http-errors": "^1.6.3",
"is-generator-function": "^1.0.7",
"koa-compose": "^4.1.0",
"koa-convert": "^1.2.0",
"on-finished": "^2.3.0",
"only": "~0.0.2",
"parseurl": "^1.3.2",
"statuses": "^1.5.0",
"type-is": "^1.6.16",
"vary": "^1.1.2"},
"description": "Koa web app framework",
"devDependencies": {"egg-bin": "^4.13.0",
"eslint": "^6.5.1",
"eslint-config-koa": "^2.0.0",
"eslint-config-standard": "^14.1.0",
"eslint-plugin-import": "^2.18.2",
"eslint-plugin-node": "^10.0.0",
"eslint-plugin-promise": "^4.2.1",
"eslint-plugin-standard": "^4.0.1",
"mm": "^2.5.0",
"supertest": "^3.1.0"},
"engines": {"node": "^4.8.4 || ^6.10.1 || ^7.10.1 || >= 8.1.4"},
"files": [
"lib"],
"homepage": "https://github.com/koajs/koa#readme",
"keywords": [
"web",
"app",
"http",
"application",
"framework",
"middleware",
"rack"],
"license": "MIT",
"main": "lib/application.js",
"name": "koa",
"repository": {"type": "git",
"url": "git+https://github.com/koajs/koa.git"},
"scripts": {"authors": "git log --format='%aN <%aE>' | sort -u > AUTHORS",
"bench": "make -C benchmarks",
"lint": "eslint benchmarks lib test",
"test": "egg-bin test test",
"test-cov": "egg-bin cov test"},
"version": "2.11.0"
}

NPM常用功能

对于node而言，NPM帮助完成了第三方模块的发布、安装和依赖等。借助NPM、Node与第三方模块之前形成了一个很好的生态系统。

查看npm版本：

$npm -v

安装依赖包：

$npm install 包名

执行完上面的命令后，NPM会在当前目录下新建一个node_modules的文件夹，你所安装的包就会被下载到这个文件夹中。

你也可以进行全局安装，只需要加上参数-g即可：

$npm install 包名 -g

你如果想把当前安装的包记录到package.json中，可以加入–save参数

$npm install 包名 --save

加到package.json的好处是，你在上传项目到git上时，默认是不会上传第三方包的，毕竟很浪费资源，当他人pull你的项目时，可以根据package.json中记录的所依赖了哪些包，通过npm install进行安装。

如果你想从非官方源安装，可以通过镜像源安装。

$npm install underscore --registry=http://registry.url

你如果大多数使用的包都采用镜像源安装，可以通过命令来设置默认源：

$npm config set registry http://registry.url

可以通过uninstall来写在一个已安装的包：

$npm uninstall 包名