一次性搞懂 CommonJS, AMD, CMD , ES Module 等模块化规范

1 常见的模块化规范

• CommonJs (Node.js)
• AMD (RequireJS)
• CMD (SeaJS)
• ES Module（ES6 模块）

2 模块化的优点

• 在模块化开发中，通常一个文件就是一个模块。该文件有自己的作用域，只向外暴露特定的变量和函数，并且可以按需加载。
• 依赖自动加载，按需加载。
• 提高代码复用率，方便进行代码的管理，使得代码管理更加清晰、规范。
• 减少了命名冲突，消除全局变量。
• 目前流行的 js 模块化规范有 CommonJS、AMD、CMD 以及 ES6 的模块系统。

3 CommonJS（Node.js）同步加载模块

CommonJS 是服务器模块的规范，Node.js采用了这个规范。

根据 CommonJS 规范，一个单独的文件就是一个模块，每个模块都是一个单独的作用域，每个文件中定义的变量（还包括函数和类），都是私有的，对其他文件是不可见的。

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。

在 CommonJS 中，加载模块要使用 require 方法。该方法读取一个文件并执行，最后返回文件内部的 exports 对象。

math.js

var x = 5;
var addX = function(value) {
  return value + x;
};

module.exports.x = x;
module.exports.addX = addX;

// 也可以改写为如下
module.exports = {
  x: x,
  addX: addX,
};

main.js

let math = require('./math.js');
console.log('math.x',math.x);
console.log('math.addX', math.addX(4));

Node.js 主要用于服务器编程，加载的模块文件一般都已经存在于本地硬盘中，加载起来较快，不用考虑异步加载的方式，故 CommonJS 的同步加载模块规范是比较适用的。

但若在浏览器环境中，要从服务器加载模块，这时就必须采用异步加载模式，故有了 AMD，CMD 等解决方案。

4 AMD（RequireJS）异步加载模块

• AMD = Asynchronous Module Definition，即 异步模块定义。
• AMD 规范加载模块是异步的，并允许函数回调。不必等到所有模块都加载完成，后续操作也可正常执行。
• AMD 中，使用 require 获取依赖模块，使用 exports 导出 API。

// 规范 API
define(id?, dependencies?, factory);
define.amd = {};

// 定义无依赖的模块
define({
    add: function(x,y){
        return x + y;
    }
});

// 定义有依赖的模块
define(["alpha"], function(alpha){
    return {
        verb: function(){
            return alpha.verb() + 1;
        }
    }
});

异步加载和回调

require([module], callback) 中 callback 为模块加载完成后的回调函数。

// 加载 math模块，完成之后执行回调函数
require(['math'], function(math) {
  math.add(2, 3);
});

RequireJS

RequireJS 是一个 前端模块化管理 的工具库，遵循 AMD 规范，RequireJS 是对 AMD 规范的阐述。

RequireJS 的基本思想为，通过一个函数将所需或所依赖的模块全部装载进来，然后返回一个新的函数（模块）。后续所有关于新模块的业务代码，都在这个函数内部操作。

RequireJS 要求每个模块均放在独立的文件之中，并使用 define 定义模块，使用 require 方法调用模块。

根据是否有依赖其他模块的情况，可分为 独立模块 和 非独立模块。

独立模块（不依赖其他模块，直接定义）

define({
    method1: function(){},
    method2: function(){}
});

// 等价于
define(function() {
    return {
        method1: function(){},
        method2: function(){}
    }
});

非独立模块（依赖其他模块）

define([ 'module1', 'module2' ], function(m1, m2) {
    ...
});

// 等价于
define(function(require) {
    var m1 = require('module1');
    var m2 = require('module2');
    ...
});

调用模块（使用 require 方法）

require(['foo', 'bar'], function(foo, bar) {
    foo.func();
    bar.func();
});

5 CMD（SeaJS）异步模块

CMD 的定义

• CMD = Common Module Definition，即 通用模块定义。CMD 是 SeaJS 在推广过程中对模块定义的规范化产出。
• CMD 规范和 AMD 规范类似，都主要运行于浏览器端，写法上看起来也很类似。主要区别，在于 模块初始化时机。

AMD 与 CMD 的异同

• AMD 中，只要模块作为依赖时就会加载并进行初始化。
• CMD 中，模块作为依赖且被引用时才会初始化，否则只会加载。
• CMD 推崇依赖就近，可以把依赖写进你的代码中的任意一行。AMD 推崇依赖前置。
• AMD 的 API 默认是一个当多个用，CMD 严格的区分推崇职责单一。例如：AMD 里 require 分全局的和局部的。CMD里面没有全局的 require，提供 seajs.use() 来实现模块系统的加载启动。CMD 里每个 API 都简单纯粹。

// AMD
define(['./a','./b'], function (a, b) {

    // 依赖一开始就写好
    a.test();
    b.test();
});

// CMD
define(function (require, exports, module) {

    // 依赖可以就近书写
    var a = require('./a');
    a.test();

    ...
    // 软依赖
    if (status) {
        var b = require('./b');
        b.test();
    }
});

Sea.js

• Sea.js Github Page
• SeaJS 与 RequireJS 最大的区别

使用 Sea.js，在书写文件时需要遵守 CMD（Common Module Definition）模块定义规范，一个文件就是一个模块。

用法

• 通过 exports 暴露接口。这意味着不需要命名空间了，更不需要全局变量。这是一种彻底的命名冲突解决方案。
• 通过 require 引入依赖。这可以让依赖内置，开发者只需关心当前模块的依赖，其他事情 Sea.js 都会自动处理好。对模块开发者来说，这是一种很好的 关注度分离，能让程序员更多地享受编码的乐趣。
• 通过 define 定义模块。

示例

例如，对于下述 util.js 代码

var org = {};
org.CoolSite = {};
org.CoolSite.Utils = {};

org.CoolSite.Utils.each = function (arr) {
  // 实现代码
};

org.CoolSite.Utils.log = function (str) {
  // 实现代码
};

可以采用 SeaJS 重写为

define(function(require, exports) {
  exports.each = function (arr) {
    // 实现代码
  };

  exports.log = function (str) {
    // 实现代码
  };
});

通过 exports 就可以向外提供接口。通过 require('./util.js') 就可以拿到 util.js 中通过 exports 暴露的接口。这里的 require 可以认为是 Sea.js 给 JavaScript 语言增加的一个语法关键字，通过 require 可以获取其他模块提供的接口。

define(function(require, exports) {
  var util = require('./util.js');
  exports.init = function() {
    // 实现代码
  };
});

SeaJS 与 RequireJS 区别

二者区别主要表现在 模块初始化时机

• AMD（RequireJS）中只要模块作为依赖时，就会加载并初始化。即尽早地执行（依赖）模块。相当于所有的 require 都被提前了，而且模块的执行的顺序也不一定就是 require 的书写顺序。

• CMD（SeaJS）中，模块作为依赖且被引用时才会初始化，否则只会加载。即只会在模块真正需要使用的时候才初始化。模块加载的顺序是严格按照 require 书写的顺序来的。

规范	生态	书写	易于实现	NodeJS 模块相似性
AMD	★★★★★	★★★	★★★★★	★★★
CMD	★★	★★★★★	★★★	★★★★★

从规范上来说，AMD 更加简单且严谨，适用性更广，而在 RequireJS 强力的推动下，在国外几乎成了事实上的异步模块标准，各大类库也相继支持 AMD 规范。

但从 SeaJS 与 CMD 来说，也做了很多不错东西：1. 相对自然的依赖声明风格 2. 小而美的内部实现 3. 贴心的外围功能设计 4. 更好的中文社区支持。

6 UMD

• UMD = Universal Module Definition，即 通用模块定义，它是AMD 和 CommonJS的糅合。
• AMD 模块以 浏览器第一的原则 发展，选择异步加载。CommonJS 模块以 服务器第一原则 发展，选择同步加载。由此，迫使人们又想出另一个更通用的模式 UMD（Universal Module Definition)，实现跨平台的解决方案。
• UMD 先判断支持 Node.js 的模块（exports）是否存在，存在则使用 Node.js 模块模式。再判断支持 AMD（define ）是否存在，存在则使用 AMD 方式加载模块。

(function (global, factory) {
  typeof exports === 'object' && typeof module !== 'undefined' ? module.exports = factory() :
  typeof define === 'function' && define.amd ? define(factory) :
  (global = global || self, global.utilName = factory());
}(this, function () {
    //module ...
});

7 ES Module（ES6 模块）

CommonJS 和 ES6 模块 的区别

• CommonJS 模块是 运行时加载，ES6 模块是 编译时输出接口。
• ES6 模块 输出的是值的引用，输出接口动态绑定，而 CommonJS 输出的是值的拷贝。

CommonJS 输出值的拷贝

CommonJS 模块输出的是值的拷贝，导出值改变不会导致导入值改变。

lib.js

var counter = 3;
var obj = {
    name: 'David'
};

function changeValue() {
    counter++;
    obj.name = 'Peter';
};

module.exports = {
    counter: counter,
    obj: obj,
    changeValue: changeValue,
};

main.js

var mod = require('./lib');

console.log(mod.counter);  // 3
console.log(mod.obj.name);  //  'David'
mod.changeValue();

console.log(mod.counter);  // 3
console.log(mod.obj.name);  //  'Peter'
// But
console.log(require('./lib').counter);  // 3
console.log(require('./lib').obj.name);  //  'Peter'

• counter 是基本类型值，模块内部值的变化 不影响 输出的值变化。
• obj 是引用类型值，模块内部值的变化 会影响 输出的值变化。
• 上述两点区别，可类比基本类型和引用类型的赋值操作。

也可以借助取值函数（getter），将 counter 转为引用类型值，效果如下。

在类的内部，可以使用 get 和 set 关键字，对某个属性设置存值函数和取值函数，拦截该属性的存取行为。 —— class | 阮一峰

lib.js

var counter = 3;
function incCounter() {
  counter++;
}

module.exports = {
  get counter() {
    return counter
  },
  incCounter: incCounter,
};

main.js

var mod = require('./lib');

console.log(mod.counter);  // 3
mod.incCounter();
console.log(mod.counter); // 4

ES6 输出值的引用

ES6 模块是动态关联模块中的值，输出的是值的引用。原始值变了，import 加载的值也会跟着变。

ES6 模块的运行机制与 CommonJS 不一样。JS 引擎对脚本静态分析时，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。ES6 模块中，原始值变了，import 加载的值也会跟着变。因此，ES6 模块是动态引用，并且不会缓存值。 —— ES6 Module 的加载实现 | 阮一峰

// lib.js
export let counter = 3;
export function incCounter() {
  counter++;
}

// main.js
import { counter, incCounter } from './lib';
console.log(counter); // 3
incCounter();
console.log(counter); // 4

CommonJS 运行时加载 ES6静态编译

CommonJS 模块是运行时加载，ES6 模块是编译时输出接口。

这是因为，CommonJS 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。而 ES6 模块不是对象，它的对外接口只是一种静态定义，在代码静态解析阶段就会生成。

ES6 模块是编译时输出接口，因此有如下2个特点

• import 命令会被 JS 引擎静态分析，优先于模块内的其他内容执行
• export 命令会有变量声明提升的效果

import 优先执行

在文件中的任何位置引入 import 模块都会被提前到文件顶部

// a.js
console.log('a.js')
import { foo } from './b';

// b.js
export let foo = 1;
console.log('b.js 先执行');

// 执行结果:
// b.js 先执行
// a.js

虽然 a 模块中 import 引入晚于 console.log('a')，但是它被 JS 引擎通过静态分析，提到模块执行的最前面，优于模块中的其他部分的执行。

export 命令变量提升效果

由于 import 和 export 是静态执行，所以 import 和 export 具有变量提升效果。即 import 和 export 命令在模块中的位置并不影响程序的输出。

// a.js
import { foo } from './b';
console.log('a.js');
export const bar = 1;
export const bar2 = () => {
  console.log('bar2');
}
export function bar3() {
  console.log('bar3');
}

// b.js
export let foo = 1;
import * as a from './a';
console.log(a);

// 执行结果:
// { bar: undefined, bar2: undefined, bar3: [Function: bar3] }
// a.js

a 模块引用了 b 模块，b 模块也引用了 a 模块，export 声明的变量也是优于模块其它内容的执行的。但具体对变量赋值需要等到执行到相应代码的时候。

ES6 模块和 CommonJS 相同点

模块不会重复执行

重复引入某个相同的模块时，模块只会执行一次。

循环依赖

CommonJS 模块循环依赖

CommonJS 模块的重要特性是加载时执行，即脚本代码在 require 的时候，就会全部执行。一旦出现某个模块被“循环加载”，就只输出已经执行的部分，还未执行的部分不会输出。

Demo 1

//a.js
exports.done = false;
var b = require('./b.js');
console.log('在 a.js 之中，b.done =', b.done);
exports.done = true;
console.log('a.js 执行完毕');

上面代码之中，a.js 脚本先输出一个 done 变量，然后加载另一个脚本文件 b.js。注意，此时 a.js 代码就停在这里，等待 b.js 执行完毕，再往下执行。

再看 b.js 的代码。

//b.js
exports.done = false;
var a = require('./a.js');
console.log('在 b.js 之中，a.done =', a.done);
exports.done = true;
console.log('b.js 执行完毕');

上面代码之中，b.js 执行到第二行，就会去加载 a.js，这时，就发生了“循环加载”。系统会在 a.js 模块对应对象的 exports 属性取值。可是因为 a.js 还没有执行完，从 exports 属性只能取回已经执行的部分，而不是最后的值。

a.js 已经执行的部分，只有一行。

exports.done = false;

因此，对于 b.js来说，它从 a.js 只输入一个变量 done，值为 false。

然后，b.js 接着往下执行，等到全部执行完毕，再把执行权交还给 a.js。于是，a.js 接着往下执行，直到执行完毕。我们写一个脚本 main.js，验证这个过程。

var a = require('./a.js');
var b = require('./b.js');
console.log('在 main.js 之中, a.done=, b.done=', a.done, b.done);

执行 main.js，运行结果如下。

$ node main.js

在 b.js 之中，a.done = false
b.js 执行完毕
在 a.js 之中，b.done = true
a.js 执行完毕
在 main.js 之中, a.done = true, b.done = true

上面的代码证明了2点

• 在 b.js 之中，a.js 没有执行完毕，只执行了第一行。
• main.js 执行到第二行时，不会再次执行 b.js，而是输出缓存的 b.js 的执行结果，即它的第四行。

exports.done = true;

总之，CommonJS 输入的是被输出值的拷贝，不是引用。

另外，由于 CommonJS 模块遇到循环加载时，返回的是当前已经执行的部分的值，而不是代码全部执行后的值，两者可能会有差异。所以，输入变量的时候，必须非常小心。

var a = require('a'); // 安全的写法 导入整体，保证 module 已经执行完成
var foo = require('a').foo; // 危险的写法

exports.good = function (arg) {
  return a.foo('good', arg); // 使用的是 a.foo 的最新值
};

exports.bad = function (arg) {
  return foo('bad', arg); // 使用的是一个部分加载时的值
}; 

上面代码中，如果发生循环加载，require('a').foo 的值很可能后面会被改写，改用 require('a') 会更保险一点。

Demo 2

// a.js
console.log('a starting');
exports.done = false;
const b = require('./b');
console.log('in a, b.done =', b.done);
exports.done = true;
console.log('a done');

// b.js
console.log('b starting');
exports.done = false;
const a = require('./a');
console.log('in b, a.done =', a.done);
exports.done = true;
console.log('b done');

// node a.js
// 执行结果：
// a starting
// b starting
// in b, a.done = false
// b done
// in a, b.done = true
// a done

从上面的执行过程中，可以看到，在 CommonJS 规范中，当遇到 require() 语句时，会执行 require 模块中的代码，并缓存执行的结果，当下次再次加载时不会重复执行，而是直接取缓存的结果。正因为此，出现循环依赖时才不会出现无限循环调用的情况。

ES6 模块循环依赖

跟 CommonJS 模块一样，ES6 不会再去执行重复加载的模块，又由于 ES6 动态输出绑定的特性，能保证 ES6 在任何时候都能获取其它模块当前的最新值。

ES6 动态 import()

ES6 模块在编译时就会静态分析，优先于模块内的其他内容执行，所以导致了我们无法写出像下面这样的代码

if(some condition) {
  import a from './a';
}else {
  import b from './b';
}

// or 

import a from (str + 'b');

因为编译时静态分析，导致了我们在引用的时候，无法使用 条件语句 或者 拼接字符串模块，因为这些都是需要在运行时才能确定的结果在 ES6 模块是不被允许的，所以 动态引入import() 应运而生。

import() 允许你在运行时动态地引入 ES6 模块，想到这，你可能也想起了 require.ensure 这个语法，但是它们的用途却截然不同的。

require.ensure 的出现是 webpack 的产物，它是因为浏览器需要一种异步的机制可以用来异步加载模块，从而减少初始的加载文件的体积，所以如果在服务端的话， require.ensure 就无用武之地了，因为服务端不存在异步加载模块的情况，模块同步进行加载就可以满足使用场景了。 CommonJS 模块可以在运行时确认模块加载。

而 import() 则不同，它主要是为了解决 ES6 模块无法在运行时确定模块的引用关系，所以需要引入 import()。

先来看下它的用法

• 动态的 import() 提供一个基于 Promise 的 API
• 动态的 import() 可以在脚本的任何地方使用 import() 接受字符串文字，可以根据需要构造说明符

// a.js
const str = './b';
const flag = true;
if(flag) {
  import('./b').then(({foo}) => {
    console.log(foo);
  })
}
import(str).then(({foo}) => {
  console.log(foo);
})

// b.js
export const foo = 'foo';

// babel-node a.js
// 执行结果
// foo
// foo

当然，如果在浏览器端的 import() 的用途就会变得更广泛，比如 按需异步加载模块，那么就和 require.ensure 功能类似了。

因为是基于 Promise 的，所以如果你想要同时加载多个模块的话，可以是 Promise.all 进行并行异步加载。

Promise.all([
  import('./a.js'),
  import('./b.js'),
  import('./c.js'),
]).then(([a, {default: b}, {c}]) => {
    console.log('a.js is loaded dynamically');
    console.log('b.js is loaded dynamically');
    console.log('c.js is loaded dynamically');
});

还有 Promise.race 方法，它检查哪个 Promise 被首先 resolved 或 reject。我们可以使用 import() 来检查哪个 CDN 速度更快：

const CDNs = [
  {
    name: 'jQuery.com',
    url: 'https://code.jquery.com/jquery-3.1.1.min.js'
  },
  {
    name: 'googleapis.com',
    url: 'https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.1.1/jquery.min.js'
  }
];

console.log(`------`);
console.log(`jQuery is: ${window.jQuery}`);

Promise.race([
  import(CDNs[0].url).then(()=>console.log(CDNs[0].name, 'loaded')),
  import(CDNs[1].url).then(()=>console.log(CDNs[1].name, 'loaded'))
]).then(()=> {
  console.log(`jQuery version: ${window.jQuery.fn.jquery}`);
});

当然，如果你觉得这样写还不够优雅，也可以结合 async/await 语法糖来使用。

async function main() {
  const myModule = await import('./myModule.js');
  const {export1, export2} = await import('./myModule.js');
  const [module1, module2, module3] =
    await Promise.all([
      import('./module1.js'),
      import('./module2.js'),
      import('./module3.js'),
    ]);
}

动态 import() 为我们提供了以异步方式使用 ES 模块的额外功能。

根据我们的需求动态或有条件地加载它们，这使我们能够更快，更好地创建更多优势应用程序。

8 webpack中加载3种模块 | 语法

Webpack 允许使用不同的模块类型，但是底层必须使用同一种实现。所有的模块可以直接在盒外运行。

• ES6 模块

import MyModule from './MyModule.js';

• CommonJS（require）

var MyModule = require('./MyModule.js');

• AMD

define(['./MyModule.js'], function (MyModule) {});

9 参考资料

• AMD, CMD, CommonJS和UMD | Segmentfault
• JS模块化加载之CommonJS、AMD、CMD、ES6
• ES6 module的加载和实现 | 阮一峰
• 前端模块化开发方案小对比