前端模块化（一）nodeJS中的CommonJS规范

序言

模块化，大家用vue，react等东西，都会接触到像exports，module.exports，export，export default，require，define，import等等字段，感觉很多人对于这些东西还是分不清，概念非常的模糊，便想着写这么一篇文章，一是帮助自己梳理知识点，二是跟大家一起成长。其中有写得不对的，请及时提出来，我及时更正。

刚开始写的时候有些无从下手，一是因为知识点太多，二是因为自己的经验还不足以帮助大家从深层次剖析js的模块化中的区别，以及其实现原理、思想。这是一篇自己的学习笔记整理，我只能带大家了解前端模块化，区分他们并正确的使用他们。

先给大家扔出几条知识：

CommonJS：NodeJS模块系统具体实现的基石。
AMD：异步模块规范，是RequireJS在推广过程中对模块定义的规范化产出的，推崇依赖前置；
UMD：兼容AMD和commonJS规范的同时，还兼容全局引用的方式；
CMD：是SeaJS 在推广过程中对模块定义的规范化产出的，推崇依赖就近；
ES6：ES6模块的设计思想是尽量的静态化，使得编译时就能确定模块的依赖关系，以及输入和输出的变量；

CommonJS规范

CommonJS官网上写道，它希望js不仅仅可以在浏览器上运行，而是可以在任何地方运行,使其具备开发大型应用的能力。

javascript: not just for browsers any more!

CommonJS定义的模块分为:

模块引用(require)
模块定义(exports)
模块标识(module)

他可以做到：

服务器端JavaScript应用程序
命令行工具
图形界面应用程序
混合应用程序（如，Titanium或Adobe AIR）

CommonJS模块的特点如下

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。要想让模块再次运行，必须清除缓存。
模块加载的顺序，按照其在代码中出现的顺序。

先谈一谈包的概念

前面给大家说过，node.js是基于CommonJS的规范实现的，NPM大家一定都很熟悉，它实践了CommonJS的包规范。

包规范

关于包规范，类比于git仓库，我们可以这么理解:

git init在当前文件夹中生成了隐藏文件.git，我们把它叫做git仓库。
npm init命令在当前文件夹中生成了配置文件package.json，它描述了当前这个包，我们管这个文件叫做包（概念不准确，可以这么理解）。

包结构

严格按照CommonJS规范来的话，包的目录应当包含以下文件或目录。

package.json：包描述文件，存在于包顶级目录下
bin：存放可执行二进制文件的目录
lib：存放js代码的目录
doc：存放文档的目录
test：存放单元测试用例代码的目录

而package.json则是一个配置文件，它描述了包的相关信息。

NodeJS模块

既然node.js是基于CommonJS实现的，那么我们先来简单看看NodeJS的模块原理。

最近参加了公司开展的一次培训，结构性思维培养。任何东西都能够进行分类，事物一旦进行分类，更利于大家对此事物的认知，也能方便大家记忆。所以我们先来看看Node的模块分类。

通常分类

先给大家讲讲模块的分类

核心模块
- 核心模块指的是那些被编译进Node的二进制模块
- 预置在Node中，提供Node的基本功能，如fs、http、https等。
- 核心模块使用C/C++实现，外部使用JS封装
第三方模块
- Node使用NPM(Node Package Manager)安装第三方模块
- NPM会将模块安装(可以说是下载到)到应用根目录下的node_modules文件夹中
- 模块加载时，node会先在核心模块文件夹中进行搜索，然后再到node_modules文件夹中进行搜索
文件模块
- 文件可放在任何位置
- 加载模块文件时加上路径即可
文件夹模块（后续的nodeJS的加载规则将会详细介绍）
- Node首先会在该文件夹中搜索package.json文件，
  - 存在，Node便尝试解析它，并加载main属性指定的模块文件
  - 不存在(或者package.json没有定义main属性)，Node默认加载该文件夹下的index.js文件（main属性其实NodeJS的一个拓展，CommonJS标准定义中其实并不包括此字段）

估计大家对于文件夹模块概念都比较模糊，它其实相当于一个自定义模块，给大家举一个栗子：

在根目录下的/main.js中，我们需要使用一个自定义文件夹模块。我们将所有的自定义文件夹模块存放在根目录下的/module下，其中有一个/module/demo文件夹，是我们需要引入的文件夹模块;

|—— main.js
|—— module
    |—— demo
        |—— package.json
        |—— demo.js

package.json文件的信息如下:

{
    "name": "demo",
    "version": "1.0.0",
    "main": "./demo.js"
}

在/main.js中:

let demo = require("./modules/demo");

此时，Node将会根据package.json中指定的main属性，去加载./modules/demo/demo.js;

这就是一个最简单的包，以一个文件夹作为一个模块。

nodeJS模块与CommonJS

module属性

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 模块的文件名，带有绝对路径。
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。

来做一个测试，看看module到底是个什么东西(写的详细些，水平高的自行滤过)；

新建一个文件夹，名为modulePractice
命令行进入cd modulePractive/文件夹
npm init,输入信息，此时我们相当于建立了一个包
npm install jquery，安装jquery来做测试
新建modulePractice/test.js

|—— modulePractice
    |—— node_module
    |—— package.json
    |—— test.js

// test.js
var jquery = require('jquery');
exports.$ = jquery;
console.log(module);        //module就是当前模块内部中的一个对象，代表当前对象

终端执行这个文件

node test.js

命令行会输出如下信息：

Module {
  id: '.',
  exports: { '$': [Function] },
  parent: null,
  filename: '/Applications/practice/nodepractice/modulePratice/test.js',
  loaded: false,
  children:
   [ Module {
       id: '/Applications/practice/nodepractice/modulePratice/node_modules/jquery/dist/jquery.js',
       exports: [Function],
       parent: [Circular],
       filename: '/Applications/practice/nodepractice/modulePratice/node_modules/jquery/dist/jquery.js',
       loaded: true,
       children: [],
       paths: [Array] } ],
  paths:
   [ '/Applications/practice/nodepractice/modulePratice/node_modules',
     '/Applications/practice/nodepractice/node_modules',
     '/Applications/practice/node_modules',
     '/Applications/node_modules',
     '/node_modules' ] }

现在我们可以看到，当前这个模块的parent属性为null，这证明当前这个模块是一个入口脚本。

我们来看看在test.js中引入别的文件模块，module会输出什么

6.新建一个modulePractice/child.js

|—— modulePractice
    |—— node_module
    |—— package.json
    |—— test.js
    |—— child.js

//child.js
var str = "I'm child";
exports.str = str;
console.log(module);

再一次执行:

node test.js

我们再来分别看看child.js中的module和test.js中的module分别是什么样子

//这个是child.js中输出的信息
Module {
  id: '/Applications/practice/nodepractice/modulePratice/child.js',
  exports: { str: 'I\'m child' },
  parent:
   Module {
     id: '.',
     exports: {},
     parent: null,
     filename: '/Applications/practice/nodepractice/modulePratice/test.js',
     loaded: false,
     children: [ [Circular] ],
     paths:
      [ '/Applications/practice/nodepractice/modulePratice/node_modules',
        '/Applications/practice/nodepractice/node_modules',
        '/Applications/practice/node_modules',
        '/Applications/node_modules',
        '/node_modules' ] },
  filename: '/Applications/practice/nodepractice/modulePratice/child.js',
  loaded: false,
  children: [],
  paths:
   [ '/Applications/practice/nodepractice/modulePratice/node_modules',
     '/Applications/practice/nodepractice/node_modules',
     '/Applications/practice/node_modules',
     '/Applications/node_modules',
     '/node_modules' ] }

//这个是test.js中输出的module信息
Module {
  id: '.',
  exports: { '$': [Function] },
  parent: null,
  filename: '/Applications/practice/nodepractice/modulePratice/test.js',
  loaded: false,
  children:
   [ Module {
       id: '/Applications/practice/nodepractice/modulePratice/child.js',
       exports: [Object],
       parent: [Circular],
       filename: '/Applications/practice/nodepractice/modulePratice/child.js',
       loaded: true,
       children: [],
       paths: [Array] },
     Module {
       id: '/Applications/practice/nodepractice/modulePratice/node_modules/jquery/dist/jquery.js',
       exports: [Function],
       parent: [Circular],
       filename: '/Applications/practice/nodepractice/modulePratice/node_modules/jquery/dist/jquery.js',
       loaded: true,
       children: [],
       paths: [Array] } ],
  paths:
   [ '/Applications/practice/nodepractice/modulePratice/node_modules',
     '/Applications/practice/nodepractice/node_modules',
     '/Applications/practice/node_modules',
     '/Applications/node_modules',
     '/node_modules' ] }

大家可以看到

child.js中的parent属性输出的是test.js的module信息，
而test.js中的children属性，包括了jquery和child.js两个module信息
test.js中的parent属性为null；

由此，我们可以以module.parent来判断当前模块是否是入口脚本

当然，也有别的办法可以判断入口脚本，比如使用require.main：

child.js修改如下：

//child.js
var str = "I'm child";
exports.str = str;
console.log(require.main);

node test.js

Module {
  id: '.',
  exports: {},
  parent: null,
  filename: '/Applications/practice/nodepractice/modulePratice/test.js',
  loaded: false,
  children:
   [ Module {
       id: '/Applications/practice/nodepractice/modulePratice/child.js',
       exports: [Object],
       parent: [Circular],
       filename: '/Applications/practice/nodepractice/modulePratice/child.js',
       loaded: false,
       children: [],
       paths: [Array] } ],
  paths:
   [ '/Applications/practice/nodepractice/modulePratice/node_modules',
     '/Applications/practice/nodepractice/node_modules',
     '/Applications/practice/node_modules',
     '/Applications/node_modules',
     '/node_modules' ] }

可以看到，require.main直接输出的是入口脚本，由于我们是在child.js中打印的require.main，所以我们拿不到test.js这个入口脚本的exports,且只能看到当前入口脚本的children仅有child.js一个模块;

换一种方式进行测试，我们在test.js中打印require.main看一下会输出什么东西；

test.js修改如下：

var child = require("./child.js");
var jquery = require('jquery');
exports.$ = jquery;
console.log(require.main);

执行

node test.js

拿到如下信息：

Module {
  id: '.',
  exports: { '$': [Function] },
  parent: null,
  filename: '/Applications/practice/nodepractice/modulePratice/test.js',
  loaded: false,
  children:
   [ Module {
       id: '/Applications/practice/nodepractice/modulePratice/child.js',
       exports: [Object],
       parent: [Circular],
       filename: '/Applications/practice/nodepractice/modulePratice/child.js',
       loaded: true,
       children: [],
       paths: [Array] },
     Module {
       id: '/Applications/practice/nodepractice/modulePratice/node_modules/jquery/dist/jquery.js',
       exports: [Function],
       parent: [Circular],
       filename: '/Applications/practice/nodepractice/modulePratice/node_modules/jquery/dist/jquery.js',
       loaded: true,
       children: [],
       paths: [Array] } ],
  paths:
   [ '/Applications/practice/nodepractice/modulePratice/node_modules',
     '/Applications/practice/nodepractice/node_modules',
     '/Applications/practice/node_modules',
     '/Applications/node_modules',
     '/node_modules' ] }

也就是说，在真正的入口文件中，打印的require.main信息，才是完全的信息；

同样也可以用require.main输出的module信息中的parent属性，来判断是否是入口脚本；

当然也可以在当前模块中判断require.main === module，若为真，则代表它是被直接执行的（node xxx.js）

exports属性

现在我们了解了module属性，那么module.exports和exports都是什么呢？

从以上的测试，我们可以看到，module中其实带有的exports属性，就是我们对外的接口。也就是说，module.exports属性表示当前模块对外输出的接口，其他文件加载该模块，实际上就是读取module.exports变量。

而exports变量，实际上是nodeJS为了方便，为每个模块提供一个exports变量，指向module.exports。这等同在每个模块头部，有一行这样的命令。

var exports = module.exports;

因此，我们可以直接向exports对象添加方法

exports.area = function (r) {
  return Math.PI * r * r;
};

exports.circumference = function (r) {
  return 2 * Math.PI * r;
};

注意点：

不能直接将exports变量指向一个值，等于切断了exports与module.exports的联系，他将不再是一个接口，而仅仅当前模块中的一个局部变量。此时你在当前模块中写的所有其他的exports导出的接口，都将失效。而只有module.exports能够暴露出去当前模块的对外接口。

其实说简单点，nodeJS仅仅为了方便，用了一个变量exports直接指向了module.exports了，你只要注意exports变量，正确指向module.exports属性即可。最终我们导出去的接口，就是module.exports属性。

加载规则，require方法

require命令的基本功能是，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命令是CommonJS规范之中，用来加载其他模块的命令。它其实不是一个全局命令，而是指向当前模块的module.require命令，而后者又调用Node的内部命令Module._load

require(): 加载外部模块
require.resolve()：将模块名解析到一个绝对路径
require.main：指向主模块
require.cache：指向所有缓存的模块
require.extensions：根据文件的后缀名，调用不同的执行函数

require命令用于加载文件，后缀名默认为.js。

var foo = require('foo');
//  等同于
var foo = require('foo.js');

而这种方式的引入（不是绝对路径，且不是相对路径），将会以如下规则进行搜索加载；

/usr/local/lib/node/foo.js
/home/user/projects/node_modules/foo.js
/home/user/node_modules/foo.js
/home/node_modules/foo.js
/node_modules/foo.js

也就是说，将会先搜索默认的核心模块(node)，再层级往上找node_modules中的当前模块。这样使得不同的模块可以将所依赖的模块本地化。

而如果是一个：

require('example-module/path/to/file')

则将先找到example-module的位置，然后再以它为参数，找到后续路径。
查找是否有file文件夹
- 若找到，则尝试找package.json，并以其main属性指定的目录作为入口文件，否则便以当前目录下的index.js | index.node作为入口文件
- 若未找到，则Node会尝试为文件名添加.js、.json、.node后，再去搜索。.js件会以文本格式的JavaScript脚本文件解析，.json文件会以JSON格式的文本文件解析，.node文件会以编译后的二进制文件解析。
若还没有发现发现，则报错。

第一次加载某个模块时，Node会缓存该模块。以后再加载该模块，就直接从缓存取出该模块的module.exports属性。

CommonJS模块载入方式

CommonJS规范加载模块是同步的，也就是说，只有加载完成，才能执行后面的操作。所以一般来说，CommonJS规范不适用于浏览器环境。然而，对服务器端不是一个问题，因为所有的模块都存放在本地硬盘，可以同步加载完成，等待时间就是硬盘的读取时间。但是，对于浏览器，这却是一个大问题，因为模块都放在服务器端，等待时间取决于网速的快慢，可能要等很长时间，浏览器处于"假死"状态。

因此，浏览器端的模块，不能采用"同步加载"（synchronous），只能采用"异步加载"（asynchronous）。这就是AMD规范诞生的背景。

下一章将会给大家讲一下AMD规范。