ECMAScript-Module加载实现

浏览器加载

<script src="path/to/myModule.js"></script>

默认情况下,浏览器是同步加载 JavaScript 脚本,即渲染引擎遇到<script>标签就会停下来,等到执行完脚本,再继续向下渲染。如果是外部脚本,还必须加入脚本下载的时间。

如果脚本体积很大,下载和执行的时间就会很长,因此造成浏览器堵塞,用户会感觉到浏览器“卡死”了,没有任何响应。这显然是很不好的体验,所以浏览器允许脚本异步加载,下面就是两种异步加载的语法。

<script src="path/to/myModule.js" defer></script>

<script src="path/to/myModule.js" async></script>

<script>标签打开defer或async属性,脚本就会异步加载。渲染引擎遇到这一行命令,就会开始下载外部脚本,但不会等它下载和执行,而是直接执行后面的命令。

defer与async的区别是:defer要等到整个页面在内存中正常渲染结束(DOM 结构完全生成,以及其他脚本执行完成),才会执行;async一旦下载完,渲染引擎就会中断渲染,执行这个脚本以后,再继续渲染。一句话,defer是“渲染完再执行”,async是“下载完就执行”。另外,如果有多个defer脚本,会按照它们在页面出现的顺序加载,而多个async脚本是不能保证加载顺序的。

浏览器加载ES6模块,也使用<script>标签,但是要加入type="module"属性。

由于type属性设为module,所以浏览器知道这是一个 ES6 模块。浏览器对于带有type="module"的<script>,都是异步加载,不会造成堵塞浏览器,即等到整个页面渲染完,再执行模块脚本,等同于打开了<script>标签的defer属性。

如果网页有多个<script type="module">,它们会按照在页面出现的顺序依次执行。

<script>标签的async属性也可以打开,这时只要加载完成,渲染引擎就会中断渲染立即执行。执行完成后,再恢复渲染。

<script type="module" src="./foo.js" async></script>

一旦使用了async属性,<script type="module">就不会按照在页面出现的顺序执行,而是只要该模块加载完成,就执行该模块。

ES6模块也允许内嵌在网页中,语法行为与加载外部脚本完全一致。

对于外部的模块脚本(上例是foo.js),有几点需要注意:

①代码是在模块作用域之中运行,而不是在全局作用域运行。模块内部的顶层变量,外部不可见。

②模块脚本自动采用严格模式,不管有没有声明use strict。

③模块之中,可以使用import命令加载其他模块(.js后缀不可省略,需要提供绝对 URL 或相对 URL),也可以使用export命令输出对外接口。

④模块之中,顶层的this关键字返回undefined,而不是指向window。也就是说,在模块顶层使用this关键字,是无意义的。

⑤同一个模块如果加载多次,将只执行一次。

ES6模块与CommonJS模块的差异

①CommonJS 模块输出的是一个值的拷贝,ES6 模块输出的是值的引用。

②CommonJS 模块是运行时加载,ES6 模块是编译时输出接口。

③CommonJS 模块的require()是同步加载模块,ES6 模块的import命令是异步加载,有一个独立的模块依赖的解析阶段。

Node.js的模块加载方法

JS现在有两种模块:一种是 ES6 模块,简称 ESM;另一种是 CommonJS 模块,简称 CJS。

CommonJS 模块是Node.js专用的,与ES6模块不兼容。语法上面,两者最明显的差异是,CommonJS 模块使用require()和module.exports,ES6 模块使用import和export。

它们采用不同的加载方案。从 Node.js v13.2 版本开始,Node.js 已经默认打开了 ES6 模块支持。

Node.js 要求 ES6 模块采用.mjs后缀文件名。也就是说,只要脚本文件里面使用import或者export命令,那么就必须采用.mjs后缀名。Node.js 遇到.mjs文件,就认为它是 ES6 模块,默认启用严格模式,不必在每个模块文件顶部指定"use strict"。

如果不希望将后缀名改成.mjs,可以在项目的package.json文件中,指定type字段为module。

一旦设置了以后,该目录里面的 JS 脚本,就被解释用 ES6 模块。

如果这时还要使用 CommonJS 模块,那么需要将 CommonJS 脚本的后缀名都改成.cjs。如果没有type字段,或者type字段为commonjs,则.js脚本会被解释成 CommonJS 模块。

总结为一句话:.mjs文件总是以 ES6 模块加载,.cjs文件总是以 CommonJS 模块加载,.js文件的加载取决于package.json里面type字段的设置。

注意,ES6 模块与 CommonJS 模块尽量不要混用。require命令不能加载.mjs文件,会报错,只有import命令才可以加载.mjs文件。反过来,.mjs文件里面也不能使用require命令,必须使用import。

package.json的main字段

package.json文件有两个字段可以指定模块的入口文件:main和exports。比较简单的模块,可以只使用main字段,指定模块加载的入口文件。如果没有type字段,index.js就会被解释为 CommonJS 模块。然后,import命令就可以加载这个模块。

package.json的exports字段

exports字段的优先级高于main字段。它有多种用法:

①子目录别名:package.json文件的exports字段可以指定脚本或子目录的别名

②main 的别名:exports字段的别名如果是.,就代表模块的主入口,优先级高于main字段,并且可以直接简写成exports字段的值。

③条件加载:利用.这个别名,可以为 ES6 模块和 CommonJS 指定不同的入口。目前,这个功能需要在 Node.js 运行的时候,打开--experimental-conditional-exports标志。

CommonJS模块加载ES6模块

CommonJS 的require()命令不能加载 ES6 模块,会报错,只能使用import()这个方法加载。

require()不支持 ES6 模块的一个原因是,它是同步加载,而 ES6 模块内部可以使用顶层await命令,导致无法被同步加载。

ES6 模块加载 CommonJS 模块

ES6 模块的import命令可以加载 CommonJS 模块,但是只能整体加载,不能只加载单一的输出项。

这是因为 ES6 模块需要支持静态代码分析,而 CommonJS 模块的输出接口是module.exports,是一个对象,无法被静态分析,所以只能整体加载。

加载单一的输出项,可以写成下面这样:

import packageMain from 'commonjs-package';

const { method } = packageMain;

还有一种变通的加载方法,就是使用 Node.js 内置的module.createRequire()方法。

同时支持两种格式的模块

一个模块同时要支持 CommonJS 和 ES6 两种格式,也很容易。

如果原始模块是 ES6 格式,那么需要给出一个整体输出接口,比如export default obj,使得 CommonJS 可以用import()进行加载。

如果原始模块是 CommonJS 格式,那么可以加一个包装层。

Node.js 的内置模块
Node.js 的内置模块可以整体加载,也可以加载指定的输出项。

加载路径

ES6 模块的加载路径必须给出脚本的完整路径,不能省略脚本的后缀名。import命令和package.json文件的main字段如果省略脚本的后缀名,会报错。

为了与浏览器的import加载规则相同,Node.js 的.mjs文件支持 URL 路径。

目前,Node.js 的import命令只支持加载本地模块(file:协议)和data:协议,不支持加载远程模块。另外,脚本路径只支持相对路径,不支持绝对路径(即以/或//开头的路径)。

内部变量

ES6 模块应该是通用的,同一个模块不用修改,就可以用在浏览器环境和服务器环境。为了达到这个目标,Node.js 规定 ES6 模块之中不能使用 CommonJS 模块的特有的一些内部变量。

首先,就是this关键字。ES6 模块之中,顶层的this指向undefined;CommonJS 模块的顶层this指向当前模块,这是两者的一个重大差异。

其次,以下这些顶层变量在 ES6 模块之中都是不存在的。

arguments

require

module

exports

__filename

__dirname

循环加载

“循环加载”(circular dependency)指的是,a脚本的执行依赖b脚本,而b脚本的执行又依赖a脚本。

通常,“循环加载”表示存在强耦合,如果处理不好,还可能导致递归加载,使得程序无法执行,因此应该避免出现。

但是实际上,这是很难避免的,尤其是依赖关系复杂的大项目,很容易出现a依赖b,b依赖c,c又依赖a这样的情况。这意味着,模块加载机制必须考虑“循环加载”的情况。

对于JS语言来说,目前最常见的两种模块格式 CommonJS 和 ES6,处理“循环加载”的方法是不一样的,返回的结果也不一样。

①CommonJS 模块无论加载多少次,都只会在第一次加载时运行一次,以后再加载,就返回第一次运行的结果,除非手动清除系统缓存。

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。

②ES6 处理“循环加载”与 CommonJS 有本质的不同。ES6 模块是动态引用,如果使用import从一个模块加载变量(即import foo from 'foo'),那些变量不会被缓存,而是成为一个指向被加载模块的引用,需要开发者自己保证,真正取值的时候能够取到值。
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