Js 中的模塊化是如何達(dá)成的

由于 Js 起初定位的原因(剛開始沒想到會(huì)應(yīng)用在過于復(fù)雜的場景),所以它本身并沒有提供模塊系統(tǒng),隨著應(yīng)用的復(fù)雜化,模塊化成為了一個(gè)必須解決的問題。本著菲麥深入原理的原則,很有必要來揭開模塊化的面紗

一、模塊化需要解決的問題

要對一個(gè)東西進(jìn)行深入的剖析,有必要帶著目的去看。模塊化所要解決的問題可以用一句話概括

在沒有全局污染的情況下,更好的組織項(xiàng)目代碼

舉一個(gè)簡單的栗子,我們現(xiàn)在有如下的代碼:

function doSomething () {
  const a = 10;
  const b = 11;
  const add = function (a, b) {
    return a + b
  }
  add (a + b)
}

在現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用場景中,doSomething 可能需要做很多很多的事情,add 函數(shù)可能也更為復(fù)雜,并且可以復(fù)用,那么我們希望可以將 add 函數(shù)獨(dú)立到一個(gè)單獨(dú)的文件中,于是:

// doSomething.js 文件
const add = require('add.js');
const a = 10;
const b = 11;
add(a+ b);
// add.js 文件
function add (a, b) {
  return a + b;
}
module.exports = add;

這樣做的目的顯而易見,更好的組織項(xiàng)目代碼,注意到兩個(gè)文件中的 requiremodule.exports,從現(xiàn)在的上帝視角來看,這出自 CommonJS 規(guī)范(后文會(huì)有一個(gè)章節(jié)來專門講規(guī)范)中的關(guān)鍵字,分別代表導(dǎo)入和導(dǎo)出,拋開規(guī)范而言,這其實(shí)是我們模塊化之路上需要解決的問題。另外,雖然 add 模塊需要得到復(fù)用,但是我們并不希望在引入 add 的時(shí)候造成全局污染

二、引入的模塊如何運(yùn)行

在上述的例子中,我們已經(jīng)將代碼拆分到了兩個(gè)模塊文件當(dāng)中,在不造成全局污染的情況下,如何實(shí)現(xiàn) require,才能使得例子中的代碼做到正常運(yùn)行呢?

先不考慮模塊文件代碼的載入過程,假設(shè) require 已經(jīng)可以從模塊文件中讀取到代碼字符串,那么 require 可以這樣實(shí)現(xiàn)

function require (path) {
   // lode 方法讀取 path 對應(yīng)的文件模塊的代碼字符串
   // let code = load(path);
   // 不考慮 load 的過程,直接獲得模塊 add 代碼字符串
   let code = 'function add(a, b) {return a+b}; module.exports = add';
   // 封裝成閉包
   code = `(function(module) {${code}})(context)`
   // 相當(dāng)于 exports,用于導(dǎo)出對象
   let context = {};
   // 運(yùn)行代碼,使得結(jié)果影響到 context
   const run = new Function('context', code);
   run(context);
   //返回導(dǎo)出的結(jié)果
   return context.exports;
}

這有幾個(gè)要點(diǎn):
1) 為了不造成全局污染,需要將代碼字符串封裝成閉包的形式,并且導(dǎo)出關(guān)鍵字 module.exports ,module 是與外界聯(lián)系的唯一載體,需要作為閉包匿名函數(shù)的入?yún)ⅲc引用方傳入的上下文 context 進(jìn)行關(guān)聯(lián)
2) 使用 new Function 來執(zhí)行代碼字符串,估計(jì)大部分同學(xué)對 new Function 是不熟悉的,因?yàn)橐话闱闆r下定義一個(gè)函數(shù)無需如此,要知道,用 Function 類可以直接創(chuàng)建函數(shù),語法如下:

var function_name = new function(arg1, arg2, ..., argN, function_body)

在上面的形式中,每個(gè) arg 都是一個(gè)參數(shù),最后一個(gè)參數(shù)是函數(shù)主體(要執(zhí)行的代碼)。這些參數(shù)必須是字符串。也就是說,可以使用它來執(zhí)行字符串代碼,類似于 eval,并且相比 eval, 還可以通過參數(shù)的形式傳入字符串代碼中的某些變量的值
3)如果曾經(jīng)你有疑惑過為什么規(guī)范的導(dǎo)出關(guān)鍵字只有 exports 而我們實(shí)際使用過程中卻要使用module.exports(寫過 Node 代碼的應(yīng)該不會(huì)陌生),那在這段代碼中就可以找到答案了,如果只用 exports 來接收 context,那么對 exports 的重新賦值對 context 不會(huì)有任何影響(參數(shù)的地址傳遞),不信將代碼改成如下形式再跑一跑:

演示結(jié)果

三、代碼載入方式

解決了代碼的運(yùn)行問題,還需要解決模塊文件代碼的載入問題,根據(jù)上述實(shí)例,我們的目標(biāo)是將模塊文件代碼以字符串的形式載入

在 Node 容器,所有的模塊文件都在本地,只需要從本地磁盤讀取模塊文件載入字符串代碼,再走上述的流程就可以了。事實(shí)證明,Node 非內(nèi)建、核心、c++ 模塊的載入執(zhí)行方式大體如此(雖然使用的不是 new Function,但也是一個(gè)類似的方法)

在 RN/Weex 容器,要載入一個(gè)遠(yuǎn)程 bundle.js,可以通過 Native 的能力請求一個(gè)遠(yuǎn)程的 js 文件,再讀取成字符串代碼載入即可(按照這個(gè)邏輯,Node 讀取一個(gè)遠(yuǎn)程的 js 模塊好像也無不可,雖然大多數(shù)情況下我們不需要這么做)

在瀏覽器環(huán)境,所有的 Js 模塊都需要遠(yuǎn)程讀取,尷尬的是,受限于瀏覽器提供的能力,并不能通過 ajax 以文件流的形式將遠(yuǎn)程的 js 文件直接讀取為字符串代碼。前提條件無法達(dá)成,上述運(yùn)行策略便行不通,只能另辟蹊徑

這就是為什么有了 CommonJs 規(guī)范了,為什么還會(huì)出現(xiàn) AMD/CMD 規(guī)范的原因

那么瀏覽器上是怎么做的呢?在瀏覽器中通過 Js 控制動(dòng)態(tài)的載入一個(gè)遠(yuǎn)程的 Js 模塊文件,需要?jiǎng)討B(tài)的插入一個(gè) <script> 節(jié)點(diǎn):

// 摘抄自 require.js 的一段代碼
var node = config.xhtml ?
                document.createElementNS('http://www.w3.org/1999/xhtml', 'html:script') :
                document.createElement('script');
node.type = config.scriptType || 'text/javascript';
node.charset = 'utf-8';
node.async = true;
node.setAttribute('data-requirecontext', context.contextName);
node.setAttribute('data-requiremodule', moduleName);
node.addEventListener('load', context.onScriptLoad, false);
node.addEventListener('error', context.onScriptError, false);

要知道,設(shè)置了 <script> 標(biāo)簽的 src 之后,代碼一旦下載完成,就會(huì)立即執(zhí)行,根本由不得你再封裝成閉包,所以文件模塊需要在定義之初就要做文章,這就是我們說熟知的 AMD/CMD 規(guī)范中的 define,開篇的 add.js 需要重新改寫一下

// add.js 文件
define ('add',function () {
    function add (a, b) {
      return a + b;
    }
    return add;
})

而對于 define 的實(shí)現(xiàn),最重要的就是將 callback 的執(zhí)行結(jié)果注冊到 context 的一個(gè)模塊數(shù)組中:

    context.modules = {}
    function define(name, callback) {
        context.modules[name] = callback && callback()
    }

于是 require 就可以從 context.modules 中根據(jù)模塊名載入模塊了,是不是有了一種自己去寫一個(gè) “requirejs” 的沖動(dòng)感

具體的 AMD 實(shí)現(xiàn)當(dāng)然還會(huì)復(fù)雜很多,還需要控制模塊載入時(shí)序、模塊依賴等等,但是了解了這其中的靈魂,想必去精讀 require.js 的源碼也不是一件困難的事情

四、Webpack 中的模塊化

Webpack 也可以配置異步模塊,當(dāng)配置為異步模塊的時(shí)候,在瀏覽器環(huán)境同樣的是基于動(dòng)態(tài)插入 <script> 的方式載入遠(yuǎn)程模塊。在大多數(shù)情況下,模塊的載入方式都是類似于 Node 的本地磁盤同步載入的方式

嫑忘記,Webpack 除了有模塊化的能力,還是一個(gè)在輔助完善開發(fā)工作流的工具,也就是說,Webpack 的模塊化是在開發(fā)階段的完成的,使用 Webpack 構(gòu)筑的工作環(huán)境,在開發(fā)階段雖然是獨(dú)立的模塊文件,但是在運(yùn)行時(shí),卻是一個(gè)合并好的文件

所以 Webpack 是一種在非運(yùn)行時(shí)的模塊化方案(基于 CommonJs),只有在配置了異步模塊的時(shí)候?qū)Ξ惒侥K的加載才是運(yùn)行時(shí)的(基于 AMD)

五、模塊化規(guī)范

通用的問題在解決的過程中總會(huì)形成規(guī)范,上文已經(jīng)多次提到 CommonJs、AMD、CMD,有必要花點(diǎn)篇幅來講一講規(guī)范

Js 的模塊化規(guī)范的萌發(fā)于將 Js 擴(kuò)展到后端的想法,要使得 Js 具備類似于 Python、Ruby 和 Java 那樣具備開發(fā)大型應(yīng)用的基礎(chǔ)能力,模塊化規(guī)范是必不可少的。CommonJS 規(guī)范的提出,為Js 制定了一個(gè)美好愿景,希望 Js 能在任何地方運(yùn)行,包括但不限于:

  • 服務(wù)器端 Js 應(yīng)用
  • 命令行工具
  • 桌面應(yīng)用
  • 混合應(yīng)用

CommonJS 對模塊的定義并不復(fù)雜,主要分為模塊引用、模塊定義和模塊標(biāo)識

  1. 模塊引用:使用 require 方法來引入一個(gè)模塊
  2. 模塊定義:使用 exports 導(dǎo)出模塊對象
  3. 模塊標(biāo)識:給 require 方法傳入的參數(shù),小駝峰命名的字符串、相對路徑或者絕對路徑
模塊示意

CommonJs 規(guī)范在 Node 中大放異彩并且相互促進(jìn),但是在瀏覽器端,鑒于網(wǎng)絡(luò)的原因,同步的方式加載模塊顯然不太實(shí)用,在經(jīng)過一段爭執(zhí)之后,AMD 規(guī)范最終在前端場景中勝出(全稱 Asynchronous Module Definition,即“異步模塊定義”)

什么是 AMD,為什么需要 AMD ?在前述模塊化實(shí)現(xiàn)的推演過程中,你應(yīng)該能夠找到答案

除此之外還有國內(nèi)玉伯提出的 CMD 規(guī)范,AMD 和 CMD 的差異主要是,前者需要在定義之初聲明所有的依賴,后者可以在任意時(shí)機(jī)動(dòng)態(tài)引入模塊。CMD 更接近于 CommonJS

兩種規(guī)范都需要從遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)中載入模塊,不同之處在于,前者是預(yù)加載,后者是延遲加載

五、總結(jié)

如果有心,可以參照本文的推演,來實(shí)現(xiàn)一個(gè) “yourRequireJs”,沒有什么比重復(fù)造輪子更能讓知識沉淀~~

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