从 RequireJs 源码剖析脚本加载原理

引言

　　俗话说的好，不喜欢研究原理的程序员不是好的程序员，不喜欢读源码的程序员不是好的 jser。这两天看到了有关前端模块化的问题，才发现 JavaScript 社区为了前端工程化真是煞费苦心。今天研究了一天前端模块化的问题，先是大概了解了下模块化的标准规范，然后了解了一下 RequireJs 的语法和使用方法，最后研究了下 RequireJs 的设计模式和源码，所以想记录一下相关的心得，剖析一下模块加载的原理。

一、认识 RequireJs

　　在开始之前，我们需要了解前端模块化，本文不讨论有关前端模块化的问题，有关这方面的问题可以参考阮一峰的系列文章 Javascript 模块化编程。

　　使用 RequireJs 的第一步：前往官网 http://requirejs.org/；

　　第二步：下载文件；

　　第三步：在页面中引入 requirejs.js 并设置 main 函数；

1 <script type="text/javascript" src="scripts/require.js" data-main="scripts/main.js"></script>

　　然后我们就可以在 main.js 文件里编程了，requirejs 采用了 main 函数式的思想，一个文件即为一个模块，模块与模块之间可以依赖，也可以毫无干系。使用 requirejs ，我们在编程时就不必将所有模块都引入页面，而是需要一个模块，引入一个模块，就相当于 Java 当中的 import 一样。

　　定义模块：

 1 //直接定义一个对象
 2 define({
 3     color: "black",
 4     size: "unisize"
 5 });
 6 //通过函数返回一个对象，即可以实现 IIFE
 7 define(function () {
 8     //Do setup work here
 9 
10     return {
11         color: "black",
12         size: "unisize"
13     }
14 });
15 //定义有依赖项的模块
16 define(["./cart", "./inventory"], function(cart, inventory) {
17         //return an object to define the "my/shirt" module.
18         return {
19             color: "blue",
20             size: "large",
21             addToCart: function() {
22                 inventory.decrement(this);
23                 cart.add(this);
24             }
25         }
26     }
27 );

　　导入模块：

1 //导入一个模块
2 require(['foo'], function(foo) {
3     //do something
4 });
5 //导入多个模块
6 require(['foo', 'bar'], function(foo, bar) {
7     //do something
8 });

　　关于 requirejs 的使用，可以查看官网 API ，也可以参考 RequireJS 和 AMD 规范，本文暂不对 requirejs 的使用进行讲解。

二、main 函数入口

　　requirejs 的核心思想之一就是使用一个规定的函数入口，就像 C++ 的 int main()，Java 的 public static void main()，requirejs 的使用方式是把 main 函数缓存在 script 标签上。也就是将脚本文件的 url 缓存在 script 标签上。

1 <script type="text/javascript" src="scripts/require.js" data-main="scripts/main.js"></script>

　　初来乍到电脑同学一看，哇！script 标签难道还有什么不为人知的属性吗？吓得我赶紧打开了 W3C 查看相关 API，并为自己的 HTML 基础知识感到惭愧，可是遗憾的是 script 标签并没有相关的属性，甚至这都不是一个标准的属性，那么它到底是什么玩意呢？下面直接上一部分 requirejs 源码：

1 //Look for a data-main attribute to set main script for the page
2 //to load. If it is there, the path to data main becomes the
3 //baseUrl, if it is not already set.
4 dataMain = script.getAttribute('data-main');

　　实际上在 requirejs 中只是获取在 script 标签上缓存的数据，然后取出数据加载而已，也就是跟动态加载脚本是一样的，具体是怎么操作，在下面的讲解中会放出源码。

三、动态加载脚本

　　这一部分是整个 requirejs 的核心，我们知道在 Node.js 中加载模块的方式是同步的，这是因为在服务器端所有文件都存储在本地的硬盘上，传输速率快而且稳定。而换做了浏览器端，就不能这么干了，因为浏览器加载脚本会与服务器进行通信，这是一个未知的请求，如果使用同步的方式加载，就可能会一直阻塞下去。为了防止浏览器的阻塞，我们要使用异步的方式加载脚本。因为是异步加载，所以与模块相依赖的操作就必须得在脚本加载完成后执行，这里就得使用回调函数的形式。

　　我们知道，如果显示的在 HTML 中定义脚本文件，那么脚本的执行顺序是同步的，比如：

1 //module1.js
2 console.log("module1");

1 //module2.js
2 console.log("module2");

1 //module3.js
2 console.log("module3");

1 <script type="text/javascript" src="scripts/module/module1.js"></script>
2 <script type="text/javascript" src="scripts/module/module2.js"></script>
3 <script type="text/javascript" src="scripts/module/module3.js"></script>

　　那么在浏览器端总是会输出：

　　但是如果是动态加载脚本的话，脚本的执行顺序是异步的，而且不光是异步的，还是无序的：

 1 //main.js
 2 console.log("main start");
 3 
 4 var script1 = document.createElement("script");
 5 script1.src = "scripts/module/module1.js";
 6 document.head.appendChild(script1);
 7 
 8 var script2 = document.createElement("script");
 9 script2.src = "scripts/module/module2.js";
10 document.head.appendChild(script2);
11 
12 var script3 = document.createElement("script");
13 script3.src = "scripts/module/module3.js";
14 document.head.appendChild(script3);
15 
16 console.log("main end");

　　使用这种方式加载脚本会造成脚本的无序加载，浏览器按照先来先运行的方法执行脚本，如果 module1.js 文件比较大，那么极其有可能会在 module2.js 和 module3.js 后执行，所以说这也是不可控的。要知道一个程序当中最大的 BUG 就是一个不可控的 BUG ，有时候它可能按顺序执行，有时候它可能乱序，这一定不是我们想要的。

　　注意这里的还有一个重点是，"module" 的输出永远会在 "main end" 之后。这正是动态加载脚本异步性的特征，因为当前的脚本是一个 task ，而无论其他脚本的加载速度有多快，它都会在 Event Queue 的后面等待调度执行。这里涉及到一个关键的知识 — Event Loop ，如果你还对 JavaScript Event Loop 不了解，那么请先阅读这篇文章深入理解 JavaScript 事件循环（一）— Event Loop。

四、导入模块原理

　　在上一小节，我们了解到，使用动态加载脚本的方式会使脚本无序执行，这一定是软件开发的噩梦，想象一下你的模块之间存在上下依赖的关系，而这时候他们的加载顺序是不可控的。动态加载同时也具有异步性，所以在 main.js 脚本文件中根本无法访问到模块文件中的任何变量。那么 requirejs 是如何解决这个问题的呢？我们知道在 requirejs 中，任何文件都是一个模块，一个模块也就是一个文件，包括主模块 main.js，下面我们看一段 requirejs 的源码：

 1 /**
 2  * Creates the node for the load command. Only used in browser envs.
 3  */
 4 req.createNode = function (config, moduleName, url) {
 5     var node = config.xhtml ?
 6             document.createElementNS('http://www.w3.org/1999/xhtml', 'html:script') :
 7             document.createElement('script');
 8     node.type = config.scriptType || 'text/javascript';
 9     node.charset = 'utf-8';
10     node.async = true;
11     return node;
12 };

　　在这段代码中我们可以看出， requirejs 导入模块的方式实际就是创建脚本标签，一切的模块都需要经过这个方法创建。那么 requirejs 又是如何处理异步加载的呢？传说江湖上最高深的医术不是什么灵丹妙药，而是以毒攻毒，requirejs 也深得其精髓，既然动态加载是异步的，那么我也用异步来对付你，使用 onload 事件来处理回调函数：

 1 //In the browser so use a script tag
 2 node = req.createNode(config, moduleName, url);
 3 
 4 node.setAttribute('data-requirecontext', context.contextName);
 5 node.setAttribute('data-requiremodule', moduleName);
 6 
 7 //Set up load listener. Test attachEvent first because IE9 has
 8 //a subtle issue in its addEventListener and script onload firings
 9 //that do not match the behavior of all other browsers with
10 //addEventListener support, which fire the onload event for a
11 //script right after the script execution. See:
12 //https://connect.microsoft.com/IE/feedback/details/648057/script-onload-event-is-not-fired-immediately-after-script-execution
13 //UNFORTUNATELY Opera implements attachEvent but does not follow the script
14 //script execution mode.
15 if (node.attachEvent &&
16     //Check if node.attachEvent is artificially added by custom script or
17     //natively supported by browser
18     //read https://github.com/requirejs/requirejs/issues/187
19     //if we can NOT find [native code] then it must NOT natively supported.
20     //in IE8, node.attachEvent does not have toString()
21     //Note the test for "[native code" with no closing brace, see:
22     //https://github.com/requirejs/requirejs/issues/273
23     !(node.attachEvent.toString && node.attachEvent.toString().indexOf('[native code') < 0) &&
24     !isOpera) {
25     //Probably IE. IE (at least 6-8) do not fire
26     //script onload right after executing the script, so
27     //we cannot tie the anonymous define call to a name.
28     //However, IE reports the script as being in 'interactive'
29     //readyState at the time of the define call.
30     useInteractive = true;
31 
32     node.attachEvent('onreadystatechange', context.onScriptLoad);
33     //It would be great to add an error handler here to catch
34     //404s in IE9+. However, onreadystatechange will fire before
35     //the error handler, so that does not help. If addEventListener
36     //is used, then IE will fire error before load, but we cannot
37     //use that pathway given the connect.microsoft.com issue
38     //mentioned above about not doing the 'script execute,
39     //then fire the script load event listener before execute
40     //next script' that other browsers do.
41     //Best hope: IE10 fixes the issues,
42     //and then destroys all installs of IE 6-9.
43     //node.attachEvent('onerror', context.onScriptError);
44 } else {
45     node.addEventListener('load', context.onScriptLoad, false);
46     node.addEventListener('error', context.onScriptError, false);
47 }
48 node.src = url;

　　注意在这段源码当中的监听事件，既然动态加载脚本是异步的的，那么干脆使用 onload 事件来处理回调函数，这样就保证了在我们的程序执行前依赖的模块一定会提前加载完成。因为在事件队列里， onload 事件是在脚本加载完成之后触发的，也就是在事件队列里面永远处在依赖模块的后面，例如我们执行：

1 require(["module"], function (module) {
2     //do something
3 });

　　那么在事件队列里面的相对顺序会是这样：

　　相信细心的同学可能会注意到了，在源码当中不光光有 onload 事件，同时还添加了一个 onerror 事件，我们在使用 requirejs 的时候也可以定义一个模块加载失败的处理函数，这个函数在底层也就对应了 onerror 事件。同理，其和 onload 事件一样是一个异步的事件，同时也永远发生在模块加载之后。

　　谈到这里 requirejs 的核心模块思想也就一目了然了，不过其中的过程还远不直这些，博主只是将模块加载的实现思想抛了出来，但 requirejs 的具体实现还要复杂的多，比如我们定义模块的时候可以导入依赖模块，导入模块的时候还可以导入多个依赖，具体的实现方法我就没有深究过了， requirejs 虽然不大，但是源码也是有两千多行的... ...但是只要理解了动态加载脚本的原理过后，其思想也就不难理解了，比如我现在就可以想到一个简单的实现多个模块依赖的方法，使用计数的方式检查模块是否加载完全：

 1 function myRequire(deps, callback){
 2     //记录模块加载数量
 3     var ready = 0;
 4     //创建脚本标签
 5     function load (url) {
 6         var script = document.createElement("script");
 7         script.type = 'text/javascript';
 8         script.async = true;
 9         script.src = url;
10         return script;
11     }
12     var nodes = [];
13     for (var i = deps.length - 1; i >= 0; i--) {
14         nodes.push(load(deps[i]));
15     }
16     //加载脚本
17     for (var i = nodes.length - 1; i >= 0; i--) {
18         nodes[i].addEventListener("load", function(event){
19             ready++;
20             //如果所有依赖脚本加载完成，则执行回调函数；
21             if(ready === nodes.length){
22                 callback()
23             }
24         }, false);
25         document.head.appendChild(nodes[i]);
26     }
27 }

　　实验一下是否能够工作：

1 myRequire(["module/module1.js", "module/module2.js", "module/module3.js"], function(){
2     console.log("ready!");
3 });

　　Yes, it's work！

总结

　　requirejs 加载模块的核心思想是利用了动态加载脚本的异步性以及 onload 事件以毒攻毒，关于脚本的加载，我们需要注意一下几点：

　　在 HTML 中引入 <script> 标签是同步加载；
　　在脚本中动态加载是异步加载，且由于被加载的脚本在事件队列的后端，因此总是会在当前脚本之后执行；
　　使用 onload 和 onerror 事件可以监听脚本加载完成，以异步的事件来处理异步的事件；

参考文献：

　　阮一峰 — RequireJS 和 AMD 规范

　　阮一峰 — Javascript 模块化编程

　　requirejs.org — requirejs api