JS学习之JavaScript模块化规范进化论
前言 JavaScript 语言诞生至今，模块规范化之路曲曲折折。
前言
JavaScript 语言诞生至今，模块规范化之路曲曲折折。社区先后出现了各种解决方案，包括 AMD、CMD、CommonJS 等，而后 ECMA 组织在 JavaScript 语言标准层面，增加了模块功能（因为该功能是在 ES2015 版本引入的，所以在下文中将之称为 ES6 module）。
今天我们就来聊聊，为什么会出现这些不同的模块规范，它们在所处的历史节点解决了哪些问题？
何谓模块化？
或根据功能、或根据数据、或根据业务，将一个大程序拆分成互相依赖的小文件，再用简单的方式拼装起来。
全局变量
演示项目
为了更好的理解各个模块规范，先增加一个简单的项目用于演示。
Window
在刀耕火种的前端原始社会，JS 文件之间的通信基本完全依靠window对象（借助 HTML、CSS 或后端等情况除外）。
-
config.js
var api = 'https://github.com/ronffy'; var config = { api: api, } -
utils.js
var utils = { request() { console.log(window.config.api); } } -
main.js
window.utils.request(); -
HTML
<!-- index.html --> <!DOCTYPE html> <html lang="en"> <head> <meta charset="UTF-8"> <meta > <title>【深度全面】JS模块规范进化论</title> </head> <body> <!-- 所有 script 标签必须保证顺序正确，否则会依赖报错 --> <script src="./js/config.js"></script> <script src="./js/utils.js"></script> <script src="./js/main.js"></script> </body> </html>
IIFE
浏览器环境下，在全局作用域声明的变量都是全局变量。全局变量存在命名冲突、占用内存无法被回收、代码可读性低等诸多问题。
这时，IIFE（匿名立即执行函数）出现了：
用 IIFE 重构 config.js：
(function (root) {
var api = 'https://github.com/ronffy';
var config = {
api: api,
};
root.config = config;
}(window));
IIFE 的出现，使全局变量的声明数量得到了有效的控制。
命名空间
依靠window对象承载数据的方式是 “不可靠” 的，如window.config.api，如果window.config不存在，则window.config.api就会报错，所以为了避免这样的错误，代码里会大量的充斥var api = window.config && window.config.api;这样的代码。
这时，namespace登场了，简约版本的namespace函数的实现（只为演示，不要用于生产）：
function namespace(tpl, value) {
return tpl.split('.').reduce((pre, curr, i) => {
return (pre[curr] = i === tpl.split('.').length - 1
? (value || pre[curr])
: (pre[curr] || {}))
}, window);
}
用namespace设置window.app.a.b的值：
namespace('app.a.b', 3); // window.app.a.b 值为 3
用namespace获取window.app.a.b的值：
var b = namespace('app.a.b'); // b 的值为 3
var d = namespace('app.a.c.d'); // d 的值为 undefined
app.a.c值为undefined，但因为使用了namespace, 所以app.a.c.d不会报错，变量d的值为undefined。
AMD
随着前端业务增重，代码越来越复杂，靠全局变量通信的方式开始捉襟见肘，前端急需一种更清晰、更简单的处理代码依赖的方式，将 JS 模块化的实现及规范陆续出现，其中被应用较广的模块规范有 AMD。
面对一种模块化方案，我们首先要了解的是：1. 如何导出接口；2. 如何导入接口。
AMD
异步模块定义规范（AMD）制定了定义模块的规则，这样模块和模块的依赖可以被异步加载。这和浏览器的异步加载模块的环境刚好适应（浏览器同步加载模块会导致性能、可用性、调试和跨域访问等问题）。
本规范只定义了一个函数define，它是全局变量。
/**
* @param {string} id 模块名称
* @param {string[]} dependencies 模块所依赖模块的数组
* @param {function} factory 模块初始化要执行的函数或对象
* @return {any} 模块导出的接口
*/
function define(id?, dependencies?, factory): any
RequireJS
AMD 是一种异步模块规范，RequireJS 是 AMD 规范的实现。
接下来，我们用 RequireJS 重构上面的项目。
在原项目 js 文件夹下增加 require.js 文件：
-
define(function() { var api = 'https://github.com/ronffy'; var config = { api: api, }; return config; }); -
utils.js
define(['./config'], function(config) { var utils = { request() { console.log(config.api); } }; return utils; }); -
require(['./utils'], function(utils) { utils.request(); }); -
html
<!-- index.html --> <!-- ...省略其他 --> <body> <script data-main="./js/main" src="./js/require.js"></script> </body> </html>
可以看到，使用 RequireJS 后，每个文件都可以作为一个模块来管理，通信方式也是以模块的形式，这样既可以清晰的管理模块依赖，又可以避免声明全局变量。
更多 AMD 介绍，请查看文档。
更多 RequireJS 介绍，请查看文档。
特别说明：
先有 RequireJS，后有 AMD 规范，随着 RequireJS 的推广和普及，AMD 规范才被创建出来。
CommonJS
前面说了， AMD 主要用于浏览器端，随着 node 诞生，服务器端的模块规范 CommonJS 被创建出来。
还是以上面介绍到的 config.js、utils.js、main.js 为例，看看 CommonJS 的写法:
-
config.js
var api = 'https://github.com/ronffy'; var config = { api: api, }; module.exports = config; -
utils.js
var config = require('./config'); var utils = { request() { console.log(config.api); } }; module.exports = utils; -
main.js
var utils = require('./utils'); utils.request(); console.log(global.api)
执行node main.js，https://github.com/ronffy被打印了出来。
在 main.js 中打印global.api，打印结果是undefined。node 用global管理全局变量，与浏览器的window类似。与浏览器不同的是，浏览器中顶层作用域是全局作用域，在顶层作用域中声明的变量都是全局变量，而 node 中顶层作用域不是全局作用域，所以在顶层作用域中声明的变量非全局变量。
module.exports 和 exports
我们在看 node 代码时，应该会发现，关于接口导出，有的地方使用module.exports，而有的地方使用exports，这两个有什么区别呢?
CommonJS 规范仅定义了exports，但exports存在一些问题（下面会说到），所以module.exports被创造了出来，它被称为 CommonJS2 。
每一个文件都是一个模块，每个模块都有一个module对象，这个module对象的exports属性用来导出接口，外部模块导入当前模块时，使用的也是module对象，这些都是 node 基于 CommonJS2 规范做的处理。
// a.js
var s = 'i am ronffy'
module.exports = s;
console.log(module);
执行node a.js，看看打印的module对象：
{
exports: 'i am ronffy',
id: '.', // 模块id
filename: '/Users/apple/Desktop/a.js', // 文件路径名称
loaded: false, // 模块是否加载完成
parent: null, // 父级模块
children: [], // 子级模块
paths: [ /* ... */ ], // 执行 node a.js 后 node 搜索模块的路径
}
其他模块导入该模块时：
// b.js
var a = require('./a.js'); // a --> i am ronffy
当在 a.js 里这样写时：
// a.js
var s = 'i am ronffy'
exports = s;
a.js 模块的module.exports是一个空对象。
// b.js
var a = require('./a.js'); // a --> {}
把module.exports和exports放到 “明面” 上来写，可能就更清楚了：
var module = {
exports: {}
}
var exports = module.exports;
console.log(module.exports === exports); // true
var s = 'i am ronffy'
exports = s; // module.exports 不受影响
console.log(module.exports === exports); // false
模块初始化时，exports和module.exports指向同一块内存，exports被重新赋值后，就切断了跟原内存地址的关系。
所以，exports要这样使用：
// a.js
exports.s = 'i am ronffy';
// b.js
var a = require('./a.js');
console.log(a.s); // i am ronffy
CommonJS 和 CommonJS2 经常被混淆概念，一般大家经常提到的 CommonJS 其实是指 CommonJS2，本文也是如此，不过不管怎样，大家知晓它们的区别和如何应用就好。
CommonJS 与 AMD
CommonJS 和 AMD 都是运行时加载，换言之：都是在运行时确定模块之间的依赖关系。
二者有何不同点：
- CommonJS 是服务器端模块规范，AMD 是浏览器端模块规范。
- CommonJS 加载模块是同步的，即执行
var a = require('./a.js');时，在 a.js 文件加载完成后，才执行后面的代码。AMD 加载模块是异步的，所有依赖加载完成后以回调函数的形式执行代码。 - [如下代码]
fs和chalk都是模块，不同的是，fs是 node 内置模块，chalk是一个 npm 包。这两种情况在 CommonJS 中才有，AMD 不支持。
var fs = require('fs');
var chalk = require('chalk');
ES6 module
AMD 是在原有 JS 语法的基础上二次封装的一些方法来解决模块化的方案，ES6 module（在很多地方被简写为 ESM）是语言层面的规范，ES6 module 旨在为浏览器和服务器提供通用的模块解决方案。长远来看，未来无论是基于 JS 的 WEB 端，还是基于 node 的服务器端或桌面应用，模块规范都会统一使用 ES6 module。
兼容性
目前，无论是浏览器端还是 node ，都没有完全原生支持 ES6 module，如果使用 ES6 module ，可借助 babel等编译器。本文只讨论 ES6 module 语法，故不对 babel 或 typescript 等可编译 ES6 的方式展开讨论。
导出接口
CommonJS 中顶层作用域不是全局作用域，同样的，ES6 module 中，一个文件就是一个模块，文件的顶层作用域也不是全局作用域。导出接口使用export关键字，导入接口使用import关键字。
export导出接口有以下方式：
-
方式 1
export const prefix = 'https://github.com'; export const api = `${prefix}/ronffy`; -
方式 2
const prefix = 'https://github.com'; const api = `${prefix}/ronffy`; export { prefix, api, }
方式 1 和方式 2 只是写法不同，结果是一样的，都是把prefix和api分别导出。
-
方式 3（默认导出）
// foo.js export default function foo() {} // 等同于： function foo() {} export { foo as default }
export default用来导出模块默认的接口，它等同于导出一个名为default的接口。配合export使用的as关键字用来在导出接口时为接口重命名。
-
方式 4（先导入再导出简写）
export { api } from './config.js'; // 等同于： import { api } from './config.js'; export { api }
如果需要在一个模块中先导入一个接口，再导出，可以使用export ... from 'module'这样的简便写法。
导入模块接口
ES6 module 使用import导入模块接口。
导出接口的模块代码 1：
// config.js
const prefix = 'https://github.com';
const api = `${prefix}/ronffy`;
export {
prefix,
api,
}
接口已经导出，如何导入呢：
-
方式 1
import { api } from './config.js'; // or // 配合`import`使用的`as`关键字用来为导入的接口重命名。 import { api as myApi } from './config.js'; -
方式 2（整体导入）
import * as config from './config.js'; const api = config.api;
将 config.js 模块导出的所有接口都挂载在config对象上。
-
方式 3（默认导出的导入）
// foo.js export const conut = 0; export default function myFoo() {} // index.js // 默认导入的接口此处刻意命名为cusFoo，旨在说明该命名可完全自定义。 import cusFoo, { count } from './foo.js'; // 等同于： import { default as cusFoo, count } from './foo.js';
export default导出的接口，可以使用import name from 'module'导入。这种方式，使导入默认接口很便捷。
- 方式 4（整体加载）
这样会加载整个 config.js 模块，但未导入该模块的任何接口。
- 方式 5（动态加载模块）
上面介绍了 ES6 module 各种导入接口的方式，但有一种场景未被涵盖：动态加载模块。比如用户点击某个按钮后才弹出弹窗，弹窗里功能涉及的模块的代码量比较重，所以这些相关模块如果在页面初始化时就加载，实在浪费资源，import()可以解决这个问题，从语言层面实现模块代码的按需加载。
ES6 module 在处理以上几种导入模块接口的方式时都是编译时处理，所以import和export命令只能用在模块的顶层，以下方式都会报错：
// 报错
if (/* ... */) {
import { api } from './config.js';
}
// 报错
function foo() {
import { api } from './config.js';
}
// 报错
const modulePath = './utils' + '/api.js';
import modulePath;
使用import()实现按需加载：
function foo() {
import('./config.js')
.then(({ api }) => {
});
}
const modulePath = './utils' + '/api.js';
import(modulePath);
CommonJS 和 ES6 module
CommonJS 和 AMD 是运行时加载，在运行时确定模块的依赖关系。
ES6 module 是在编译时（import()是运行时加载）处理模块依赖关系，。
CommonJS
CommonJS 在导入模块时，会加载该模块，所谓 “CommonJS 是运行时加载”，正因代码在运行完成后生成module.exports的缘故。当然，CommonJS 对模块做了缓存处理，某个模块即使被多次多处导入，也只加载一次。
// o.js
let num = 0;
function getNum() {
return num;
}
function setNum(n) {
num = n;
}
console.log('o init');
module.exports = {
num,
getNum,
setNum,
}
// a.js
const o = require('./o.js');
o.setNum(1);
// b.js
const o = require('./o.js');
// 注意：此处只是演示，项目里不要这样修改模块
o.num = 2;
// main.js
const o = require('./o.js');
require('./a.js');
console.log('a o.num:', o.num);
require('./b.js');
console.log('b o.num:', o.num);
console.log('b o.getNum:', o.getNum());
命令行执行node main.js，打印结果如下：
o init
模块即使被其他多个模块导入，也只会加载一次，并且在代码运行完成后将接口赋值到module.exports属性上。a o.num: 0
模块在加载完成后，模块内部的变量变化不会反应到模块的module.exports。b o.num: 2
对导入模块的直接修改会反应到该模块的module.exports。b o.getNum: 1
模块在加载完成后即形成一个闭包。
ES6 module
// o.js
let num = 0;
function getNum() {
return num;
}
function setNum(n) {
num = n;
}
console.log('o init');
export {
num,
getNum,
setNum,
}
// main.js
import { num, getNum, setNum } from './o.js';
console.log('o.num:', num);
setNum(1);
console.log('o.num:', num);
console.log('o.getNum:', getNum());
我们增加一个 index.js 用于在 node 端支持 ES6 module：
// index.js
require("@babel/register")({
presets: ["@babel/preset-env"]
});
module.exports = require('./main.js')
命令行执行npm install @babel/core @babel/register @babel/preset-env -D安装 ES6 相关 npm 包。
命令行执行node index.js，打印结果如下：
o init
模块即使被其他多个模块导入，也只会加载一次。o.num: 0o.num: 1
编译时确定模块依赖的 ES6 module，通过import导入的接口只是值的引用，所以num才会有两次不同打印结果。o.getNum: 1
对于打印结果 3，知晓其结果，在项目中注意这一点就好。这块会涉及到 “Module Records（模块记录）”、“module instance（模快实例）” “linking（链接）” 等诸多概念和原理
ES6 module 是编译时加载（或叫做 “静态加载”），利用这一点，可以对代码做很多之前无法完成的优化：
- 在开发阶段就可以做导入和导出模块相关的代码检查。
- 结合 Webpack、Babel 等工具可以在打包阶段移除上下文中未引用的代码（dead-code），这种技术被称作 “tree shaking”，可以极大的减小代码体积、缩短程序运行时间、提升程序性能。
后记
大家在日常开发中都在使用 CommonJS 和 ES6 module，但很多人只知其然而不知其所以然，甚至很多人对 AMD、CMD、IIFE 等概览还比较陌生，希望通过本篇文章，大家对 JS 模块化之路能够有清晰完整的认识。