CommonJS规范

概述

Node应用由模块组成,采用CommonJS模块规范。

根据这个规范,每个文件就是一个模块,有自己的作用域。在一个文件里面定义的变量、函数、类,都是私有的,对其他文件不可见。

// example.js
var x = 5;
var addX = function (value) {
return value + x;
};

上面代码中,变量x和函数addX,是当前文件example.js私有的,其他文件不可见。

如果想在多个文件分享变量,必须定义为global对象的属性。

global.warning = true;

上面代码的warning变量,可以被所有文件读取。当然,这样写法是不推荐的。

CommonJS规范规定,每个模块内部,module变量代表当前模块。这个变量是一个对象,它的exports属性(即module.exports)是对外的接口。加载某个模块,其实是加载该模块的module.exports属性。

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

上面代码通过module.exports输出变量x和函数addX

require方法用于加载模块。

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

console.log(example.x); // 5
console.log(example.addX(1)); // 6

require方法的详细解释参见《Require命令》一节。

CommonJS模块的特点如下。

  • 所有代码都运行在模块作用域,不会污染全局作用域。
  • 模块可以多次加载,但是只会在第一次加载时运行一次,然后运行结果就被缓存了,以后再加载,就直接读取缓存结果。要想让模块再次运行,必须清除缓存。
  • 模块加载的顺序,按照其在代码中出现的顺序。

module对象

Node内部提供一个Module构建函数。所有模块都是Module的实例。

function Module(id, parent) {
this.id = id;
this.exports = {};
this.parent = parent;
// ...

每个模块内部,都有一个module对象,代表当前模块。它有以下属性。

  • module.id 模块的识别符,通常是带有绝对路径的模块文件名。
  • module.filename 模块的文件名,带有绝对路径。
  • module.loaded 返回一个布尔值,表示模块是否已经完成加载。
  • module.parent 返回一个对象,表示调用该模块的模块。
  • module.children 返回一个数组,表示该模块要用到的其他模块。
  • module.exports 表示模块对外输出的值。

下面是一个示例文件,最后一行输出module变量。

// example.js
var jquery = require('jquery');
exports.$ = jquery;
console.log(module);

执行这个文件,命令行会输出如下信息。

{ id: '.',
exports: { '$': [Function] },
parent: null,
filename: '/path/to/example.js',
loaded: false,
children:
[ { id: '/path/to/node_modules/jquery/dist/jquery.js',
exports: [Function],
parent: [Circular],
filename: '/path/to/node_modules/jquery/dist/jquery.js',
loaded: true,
children: [],
paths: [Object] } ],
paths:
[ '/home/user/deleted/node_modules',
'/home/user/node_modules',
'/home/node_modules',
'/node_modules' ]
}

如果在命令行下调用某个模块,比如node something.js,那么module.parent就是undefined。如果是在脚本之中调用,比如require('./something.js'),那么module.parent就是调用它的模块。利用这一点,可以判断当前模块是否为入口脚本。

if (!module.parent) {
// ran with `node something.js`
app.listen(8088, function() {
console.log('app listening on port 8088');
})
} else {
// used with `require('/.something.js')`
module.exports = app;
}

module.exports属性

module.exports属性表示当前模块对外输出的接口,其他文件加载该模块,实际上就是读取module.exports变量。

var EventEmitter = require('events').EventEmitter;
module.exports = new EventEmitter();

setTimeout(function() {
module.exports.emit('ready');
}, 1000);

上面模块会在加载后1秒后,发出ready事件。其他文件监听该事件,可以写成下面这样。

var a = require('./a');
a.on('ready', function() {
console.log('module a is ready');
});

exports变量

为了方便,Node为每个模块提供一个exports变量,指向module.exports。这等同在每个模块头部,有一行这样的命令。

var exports = module.exports;

造成的结果是,在对外输出模块接口时,可以向exports对象添加方法。

exports.area = function (r) {
return Math.PI * r * r;
};

exports.circumference = function (r) {
return 2 * Math.PI * r;
};

注意,不能直接将exports变量指向一个值,因为这样等于切断了exportsmodule.exports的联系。

exports = function(x) {console.log(x)};

上面这样的写法是无效的,因为exports不再指向module.exports了。

下面的写法也是无效的。

exports.hello = function() {
return 'hello';
};

module.exports = 'Hello world';

上面代码中,hello函数是无法对外输出的,因为module.exports被重新赋值了。

这意味着,如果一个模块的对外接口,就是一个单一的值,不能使用exports输出,只能使用module.exports输出。

module.exports = function (x){ console.log(x);};

如果你觉得,exportsmodule.exports之间的区别很难分清,一个简单的处理方法,就是放弃使用exports,只使用module.exports

AMD规范与CommonJS规范的兼容性

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。AMD规范则是非同步加载模块,允许指定回调函数。由于Node.js主要用于服务器编程,模块文件一般都已经存在于本地硬盘,所以加载起来比较快,不用考虑非同步加载的方式,所以CommonJS规范比较适用。但是,如果是浏览器环境,要从服务器端加载模块,这时就必须采用非同步模式,因此浏览器端一般采用AMD规范。

AMD规范使用define方法定义模块,下面就是一个例子:

define(['package/lib'], function(lib){
function foo(){
lib.log('hello world!');
}

return {
foo: foo
};
});

AMD规范允许输出的模块兼容CommonJS规范,这时define方法需要写成下面这样:

define(function (require, exports, module){
var someModule = require("someModule");
var anotherModule = require("anotherModule");

someModule.doTehAwesome();
anotherModule.doMoarAwesome();

exports.asplode = function (){
someModule.doTehAwesome();
anotherModule.doMoarAwesome();
};
});

require命令

基本用法

Node使用CommonJS模块规范,内置的require命令用于加载模块文件。

require命令的基本功能是,读入并执行一个JavaScript文件,然后返回该模块的exports对象。如果没有发现指定模块,会报错。

// example.js
var invisible = function () {
console.log("invisible");
}

exports.message = "hi";

exports.say = function () {
console.log(message);
}

运行下面的命令,可以输出exports对象。

var example = require('./example.js');
example
// {
// message: "hi",
// say: [Function]
// }

如果模块输出的是一个函数,那就不能定义在exports对象上面,而要定义在module.exports变量上面。

module.exports = function () {
console.log("hello world")
}

require('./example2.js')()

上面代码中,require命令调用自身,等于是执行module.exports,因此会输出 hello world。

加载规则

require命令用于加载文件,后缀名默认为.js

var foo = require('foo');
// 等同于
var foo = require('foo.js');

根据参数的不同格式,require命令去不同路径寻找模块文件。

(1)如果参数字符串以“/”开头,则表示加载的是一个位于绝对路径的模块文件。比如,require('/home/marco/foo.js')将加载/home/marco/foo.js

(2)如果参数字符串以“./”开头,则表示加载的是一个位于相对路径(跟当前执行脚本的位置相比)的模块文件。比如,require('./circle')将加载当前脚本同一目录的circle.js

(3)如果参数字符串不以“./“或”/“开头,则表示加载的是一个默认提供的核心模块(位于Node的系统安装目录中),或者一个位于各级node_modules目录的已安装模块(全局安装或局部安装)。

举例来说,脚本/home/user/projects/foo.js执行了require('bar.js')命令,Node会依次搜索以下文件。

  • /usr/local/lib/node/bar.js
  • /home/user/projects/node_modules/bar.js
  • /home/user/node_modules/bar.js
  • /home/node_modules/bar.js
  • /node_modules/bar.js

这样设计的目的是,使得不同的模块可以将所依赖的模块本地化。

(4)如果参数字符串不以“./“或”/“开头,而且是一个路径,比如require('example-module/path/to/file'),则将先找到example-module的位置,然后再以它为参数,找到后续路径。

(5)如果指定的模块文件没有发现,Node会尝试为文件名添加.js.json.node后,再去搜索。.js件会以文本格式的JavaScript脚本文件解析,.json文件会以JSON格式的文本文件解析,.node文件会以编译后的二进制文件解析。

(6)如果想得到require命令加载的确切文件名,使用require.resolve()方法。

目录的加载规则

通常,我们会把相关的文件会放在一个目录里面,便于组织。这时,最好为该目录设置一个入口文件,让require方法可以通过这个入口文件,加载整个目录。

在目录中放置一个package.json文件,并且将入口文件写入main字段。下面是一个例子。

// package.json
{ "name" : "some-library",
"main" : "./lib/some-library.js" }

require发现参数字符串指向一个目录以后,会自动查看该目录的package.json文件,然后加载main字段指定的入口文件。如果package.json文件没有main字段,或者根本就没有package.json文件,则会加载该目录下的index.js文件或index.node文件。

模块的缓存

第一次加载某个模块时,Node会缓存该模块。以后再加载该模块,就直接从缓存取出该模块的module.exports属性。

require('./example.js');
require('./example.js').message = "hello";
require('./example.js').message
// "hello"

上面代码中,连续三次使用require命令,加载同一个模块。第二次加载的时候,为输出的对象添加了一个message属性。但是第三次加载的时候,这个message属性依然存在,这就证明require命令并没有重新加载模块文件,而是输出了缓存。

如果想要多次执行某个模块,可以让该模块输出一个函数,然后每次require这个模块的时候,重新执行一下输出的函数。

所有缓存的模块保存在require.cache之中,如果想删除模块的缓存,可以像下面这样写。

// 删除指定模块的缓存
delete require.cache[moduleName];

// 删除所有模块的缓存
Object.keys(require.cache).forEach(function(key) {
delete require.cache[key];
})

注意,缓存是根据绝对路径识别模块的,如果同样的模块名,但是保存在不同的路径,require命令还是会重新加载该模块。

环境变量NODE_PATH

Node执行一个脚本时,会先查看环境变量NODE_PATH。它是一组以冒号分隔的绝对路径。在其他位置找不到指定模块时,Node会去这些路径查找。

可以将NODE_PATH添加到.bashrc

export NODE_PATH="/usr/local/lib/node"

所以,如果遇到复杂的相对路径,比如下面这样。

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

有两种解决方法,一是将该文件加入node_modules目录,二是修改NODE_PATH环境变量,package.json文件可以采用下面的写法。

{
"name": "node_path",
"version": "1.0.0",
"description": "",
"main": "index.js",
"scripts": {
"start": "NODE_PATH=lib node index.js"
},
"author": "",
"license": "ISC"
}

NODE_PATH是历史遗留下来的一个路径解决方案,通常不应该使用,而应该使用node_modules目录机制。

模块的循环加载

如果发生模块的循环加载,即A加载B,B又加载A,则B将加载A的不完整版本。

// a.js
exports.x = 'a1';
console.log('a.js ', require('./b.js').x);
exports.x = 'a2';

// b.js
exports.x = 'b1';
console.log('b.js ', require('./a.js').x);
exports.x = 'b2';

// main.js
console.log('main.js ', require('./a.js').x);
console.log('main.js ', require('./b.js').x);

上面代码是三个JavaScript文件。其中,a.js加载了b.js,而b.js又加载a.js。这时,Node返回a.js的不完整版本,所以执行结果如下。

$ node main.js
b.js a1
a.js b2
main.js a2
main.js b2

修改main.js,再次加载a.js和b.js。

// main.js
console.log('main.js ', require('./a.js').x);
console.log('main.js ', require('./b.js').x);
console.log('main.js ', require('./a.js').x);
console.log('main.js ', require('./b.js').x);

执行上面代码,结果如下。

$ node main.js
b.js a1
a.js b2
main.js a2
main.js b2
main.js a2
main.js b2

上面代码中,第二次加载a.js和b.js时,会直接从缓存读取exports属性,所以a.js和b.js内部的console.log语句都不会执行了。

require.main

require方法有一个main属性,可以用来判断模块是直接执行,还是被调用执行。

直接执行的时候(node module.js),require.main属性指向模块本身。

require.main === module
// true

调用执行的时候(通过require加载该脚本执行),上面的表达式返回false。

模块的加载机制

CommonJS模块的加载机制是,输入的是被输出的值的拷贝。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。请看下面这个例子。

下面是一个模块文件lib.js

// lib.js
var counter = 3;
function incCounter() {
counter++;
}
module.exports = {
counter: counter,
incCounter: incCounter,
};

上面代码输出内部变量counter和改写这个变量的内部方法incCounter

然后,加载上面的模块。

// main.js
var counter = require('./lib').counter;
var incCounter = require('./lib').incCounter;

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

上面代码说明,counter输出以后,lib.js模块内部的变化就影响不到counter了。

require的内部处理流程

require命令是CommonJS规范之中,用来加载其他模块的命令。它其实不是一个全局命令,而是指向当前模块的module.require命令,而后者又调用Node的内部命令Module._load

Module._load = function(request, parent, isMain) {
// 1. 检查 Module._cache,是否缓存之中有指定模块
// 2. 如果缓存之中没有,就创建一个新的Module实例
// 3. 将它保存到缓存
// 4. 使用 module.load() 加载指定的模块文件,
// 读取文件内容之后,使用 module.compile() 执行文件代码
// 5. 如果加载/解析过程报错,就从缓存删除该模块
// 6. 返回该模块的 module.exports
};

上面的第4步,采用module.compile()执行指定模块的脚本,逻辑如下。

Module.prototype._compile = function(content, filename) {
// 1. 生成一个require函数,指向module.require
// 2. 加载其他辅助方法到require
// 3. 将文件内容放到一个函数之中,该函数可调用 require
// 4. 执行该函数
};

上面的第1步和第2步,require函数及其辅助方法主要如下。

  • require(): 加载外部模块
  • require.resolve():将模块名解析到一个绝对路径
  • require.main:指向主模块
  • require.cache:指向所有缓存的模块
  • require.extensions:根据文件的后缀名,调用不同的执行函数

一旦require函数准备完毕,整个所要加载的脚本内容,就被放到一个新的函数之中,这样可以避免污染全局环境。该函数的参数包括requiremoduleexports,以及其他一些参数。

(function (exports, require, module, __filename, __dirname) {
// YOUR CODE INJECTED HERE!
});

Module._compile方法是同步执行的,所以Module._load要等它执行完成,才会向用户返回module.exports的值。

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