JavaScript 模块化：CommonJS、AMD、CMD、UMD 和 ES6 Module

随着 JavaScript 日新月异的发展，超过了它产生时候的自我定位，由于没有模块管理的概念，在做大型项目或文件组织的时候，就会异常纠结，而且后续也很难维护，长此以往，模块化是必然趋势~

模块化的主要特征是:

• 可复用
• 封装了变量和函数，和全局的 namaspace 不接触，松耦合
• 只暴露可用的 public 方法，其它私有方法全部隐藏

目前比较流行的 JS 模块化规范有 CommonJS、AMD、CMD、UMD 以及 ES6 的模块化。

一、CommonJS

Node.js 是 CommonJS 规范的主要实践者，它有四个重要的环境变量为模块化的实现提供支持：module、exports、require、global。实际使用时，通过 module.exports 导出对外的变量或接口，通过 require 导入其它模块的输出到当前的模块的作用域中。

模块定义

//  定义模块 math.js
var basicNum = 0;
function add(a, b) {
    return a + b;
}

module.exports = { // 在这里写需要向外暴露的变量或函数
    basicNum: basicNum,
    add: add
};

模块引用

// 引入自定义的模块，参数需要包含路径，可省略后缀.js
var math = require('./math);
math.add(3, 5);

// 引入核心模块，参数直接写模块名，不需要包含路径
var http = require('http');
http.createServer(...).listen(8080);

module.exports v.s. exports

很多时候，我们会看到在一个模块中有两种方式来输出变量：
方式一：对 module.exports 赋值

// hello.js
function sayHello() {
    console.log('Hello');
}
function sayGoodbye() {
    console.log('Goodbye');
}

module.exports = {
    sayHello: sayHello,
    sayGoodbye: sayGoodbye
};

方式二：直接使用 exports

// hello.js
function sayHello() {
    console.log('Hello');
}
function sayGoodbye() {
    console.log('Goodbye');
}

exports.sayHello = sayHello;
exports.sayGoodbye = sayGoodbye;

但是，不可以直接对 exports 赋值。

// 代码可以执行，但是并没有输出任何变量
exports = {
    sayHello: sayHello,
    sayGoodbye: sayGoodbye
};

原因是什么呢？我们来分析一下 Node.js 的加载机制。
首先，Node.js 会把待加载的文件 hello.js 放入一个包装函数 load() 中执行。在执行 load() 函数前，Node.js 准备好了 module 变量：

var module = {
    id: 'hello',
    exports: {}
};

load() 函数最终返回 module.exports：

var load = function(module) {
    // hello.js 文件的内容
    ...
    
    // load 函数返回
    return module.exports;
};

var exports = load(module);

也就是说，exports 实际上是 module.exports 的引用，或者理解为 exports 是一个指针，指向 module.exports ，所以在使用 exports 的时候，只能是 exports.sayHello = function() {...} 这样的方式，而不能使用 exports = { sayHello: function() {}}，这种方式相当于重新定义了 exports，module.exports 仍然是空对象 {}，所以给 exports 赋值是无效的。

优点：解决了依赖、全局变量污染的问题。
缺点：CommonJS 用同步的方式加载模块。在服务端，模块文件都存在本地磁盘，读取非常快，所以这样做不会有问题。但是在浏览器端，限于网络原因，更合理的方案是使用异步加载。

二、AMD

AMD( Asynchronous Module Definition ) 是 Require.js 在推广过程中对模块定义的规范化产出。

AMD 规范采用异步方式加载模块，所有依赖这个模块的语句都定义在一个回调函数中，等到加载完成后，这个回调函数才会执行。

实现 AMD 规范的模块化通过 define() 方法将代码定义为模块，通过 require() 方法实现模块的加载。

这里以 require.js 为例，首先将 require.js 引入到页面中：

定义模块

（1）独立模块
即 不需要依赖任何其他模块

// math.js
define(function() {
    var basicNum = 0;
    var add = function(a, b) {
        return a + b;
    };
    return {
        basicNum: basicNum,
        add: add
    };
});

（2）非独立模块
即 需要依赖其他模块

define(['underscore'], function(_) {
    var classify = function(list) {
        _.countBy(list, function(num) {
            return num > 30 ? 'old' : 'young';
        });
    };
    return {
        classify: classify
    };
});

引用模块

require(['jquery', 'math'], function($, math) {
    var sum = math.add(3, 5);
    $('#sum').html(sum);
});

require.js 还提供了一个 API： require.config() ，可以用来配置项目中用到的基础模块。

// 通过 config() 指定各模块路径和引用名
require.config({
    baseUrl: 'js/lib',
    paths: {
        'jquery': 'jquery.min', // 实际路径为 js/lib/jquery.min.js
        'underscore': 'underscore.min'
    }
});

// 引入模块
require(['jquery', 'underscore']， function($, _) {
    ...
});

优点：适合在浏览器环境中异步加载模块，可以并行加载多个模块。
缺点：不能按需加载，开发成本大。

三、CMD

CMD( Common Module Definition ) 是 Sea.js 在推广过程中对模块定义的规范化产出。

AMD 推崇依赖前置、提前执行，CMD 推崇依赖就近、延迟执行。

// AMD 写法
define(['a', 'b', 'c', 'd', 'e'], function(a, b, c, d, e) {
    // 等于在最前面声明并初始化了所有依赖的模块
    a.doSomething();
    if (false) {
        // 即使没有用到某个模块 b，但 b 还是提前执行了
        b.doSomething();
    }
});

// CMD 写法
define(function(require, exports, module) {
    var a = require('./a); // 在需要时声明
    a.doSomething();
    if (false) {
        var b = require('./b);
        b.doSomething();
    }
});

四、UMD

UMD ( Universal Module Definition )，希望提供一个前后端跨平台的解决方案(支持 AMD 与 CommonJS 模块方式)。

UMD 的实现原理：

1. 先判断是否支持 Node.js 模块格式( exports 是否存在 )，存在则使用 Node.js 模块格式。
2. 再判断是否支持 AMD（define 是否存在），存在则使用 AMD 方式加载模块。
3. 前两个都不存在，则将模块公开到全局( window 或 global )。

下面是一个示例：
eventUtil.js

(function(root, factory) {
    if (typef exports === 'object') {
        module.exports = factory();
    } else if (typeof define === 'function' && define.amd) {
        define(factory);
    } else {
        root.eventUtil = factory();
    }
})(this, function() {
    // module
    return {
        addEvent: function(el, type, handle) {
            // ...
        },
        removeEvent: function(el, type, handle) {
            // ...
        }
    };
});

五、ES6 Module

在 ES6 中， 我们可以通过 import 引入模块，通过 export 导出模块，功能比前几个方案更强大，也是我们推荐使用的，但是由于浏览器对 ES6 的支持程度不同，目前都是使用 babel 或 traceur 把 ES6 代码转化为 ES5 代码，然后再在浏览器环境中执行。

// 定义模块 math.js
var basicNum = 0;
var add = function(a, b) {
    return a + b;
};

export { basicNum, add };

// 引用模块
import { basicNum, add } from './math';

function test(element) {
    element.textContent = add(basicNum, 99);
}
test();

导出模块时还可以用 export default ，为模块指定默认输出，对应的 import 语句不需要使用大括号。

// 输出模块
export default {
    basicNum,
    add
}

// 引入模块
import math from './math';

注：一个模块只能有一个 export default。

六、CommonJS 与 ES6 模块化的差异

1. CommonJS 支持动态导入，也就是 require(${path}/xx.js) ，ES6 目前还不支持，但是已有提案。

2. CommonJS 是同步导入，ES6是异步导入。

• CommonJS 因为用于服务端，文件都在本地，同步导入即使卡住主线程影响也不大。
• ES6 因为用于浏览器，需要下载文件，如果也采用同步导入会对渲染有很大影响。

3. 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；另一方面，如果导出的值变了，导入的值也不会变，所以如果想更新值，必须重新导入一次。
• ES6 采用实时绑定的方式，导入和导出的值都指向同一个内存地址，所以导入的值会跟随导出的值变化。

4. CommonJS 模块是运行时加载，ES6 模块是编译时加载。

• CommonJS 模块就是一个对象，在导入时先加载整个模块，生成一个对象( 这个对象只有在脚本运行完才会生成 )，然后再从这个对象上读取方法，这种加载称为“运行时加载”。
• ES6 模块不是对象，它的对外接口只是一种静态定义，在代码运行之前( 即编译时 )的静态解析阶段就完成了模块加载，比 CommonJS 模块的加载方式更高效。