创新互联ES6教程：ES6 Module 的加载实现

1. 浏览器加载

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传统方法

HTML 网页中，浏览器通过

上面代码中，由于浏览器脚本的默认语言是 JavaScript，因此 type="application/javascript"可以省略。

默认情况下，浏览器是同步加载 JavaScript 脚本，即渲染引擎遇到标签就会停下来，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。

上面代码中，

上面代码在网页中插入一个模块foo.js ，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，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

如果网页有多个

一旦使用了async 属性，

举例来说，jQuery 就支持模块加载。

对于外部的模块脚本（上例是 foo.js），有几点需要注意。

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。
模块脚本自动采用严格模式，不管有没有声明 use strict。
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。
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。
同一个模块如果加载多次，将只执行一次。

下面是一个示例模块。

import utils from 'https://example.com/js/utils.js';


const x = 1;


console.log(x === window.x); //false
console.log(this === undefined); // true

利用顶层的 this 等于 undefined这个语法点，可以侦测当前代码是否在 ES6 模块之中。

const isNotModuleScript = this !== undefined;

2. ES6 模块与 CommonJS 模块的差异

讨论 Node.js 加载 ES6 模块之前，必须了解 ES6 模块与 CommonJS 模块完全不同。

它们有两个重大差异。

CommonJS 模块输出的是一个值的拷贝，ES6 模块输出的是值的引用。
CommonJS 模块是运行时加载，ES6 模块是编译时输出接口。

第二个差异是因为 CommonJS 加载的是一个对象（即 module.exports 属性），该对象只有在脚本运行完才会生成。而 ES6 模块不是对象，它的对外接口只是一种静态定义，在代码静态解析阶段就会生成。

下面重点解释第一个差异。

CommonJS 模块输出的是值的拷贝，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。请看下面这个模块文件 lib.js的例子。

// 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，在main.js 里面加载这个模块。

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


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

上面代码说明，lib.js模块加载以后，它的内部变化就影响不到输出的mod.counter了。这是因为 mod.counter 是一个原始类型的值，会被缓存。除非写成一个函数，才能得到内部变动后的值。

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

上面代码中，输出的 counter 属性实际上是一个取值器函数。现在再执行 main.js ，就可以正确读取内部变量counter的变动了。

$ node main.js
3
4

ES6 模块的运行机制与 CommonJS 不一样。JS 引擎对脚本静态分析的时候，遇到模块加载命令import ，就会生成一个只读引用。等到脚本真正执行时，再根据这个只读引用，到被加载的那个模块里面去取值。换句话说，ES6 的import有点像 Unix 系统的“符号连接”，原始值变了，import 加载的值也会跟着变。因此，ES6 模块是动态引用，并且不会缓存值，模块里面的变量绑定其所在的模块。

还是举上面的例子。

// lib.js
export let counter = 3;
export function incCounter() {
  counter++;
}


// main.js
import { counter, incCounter } from './lib';
console.log(counter); // 3
incCounter();
console.log(counter); // 4

上面代码说明，ES6 模块输入的变量counter 是活的，完全反应其所在模块lib.js内部的变化。

再举一个出现在export一节中的例子。

// m1.js
export var foo = 'bar';
setTimeout(() => foo = 'baz', 500);


// m2.js
import {foo} from './m1.js';
console.log(foo);
setTimeout(() => console.log(foo), 500);

上面代码中， m1.js 的变量foo，在刚加载时等于 bar，过了 500 毫秒，又变为等于 baz 。`

让我们看看， m2.js 能否正确读取这个变化。

$ babel-node m2.js


bar
baz

上面代码表明，ES6 模块不会缓存运行结果，而是动态地去被加载的模块取值，并且变量总是绑定其所在的模块。

由于 ES6 输入的模块变量，只是一个“符号连接”，所以这个变量是只读的，对它进行重新赋值会报错。

// lib.js
export let obj = {};


// main.js
import { obj } from './lib';


obj.prop = 123; // OK
obj = {}; // TypeError

上面代码中， main.js 从 lib.js 输入变量 obj ，可以对 obj 添加属性，但是重新赋值就会报错。因为变量 obj 指向的地址是只读的，不能重新赋值，这就好比 main.js 创造了一个名为 obj 的 const 变量。

最后， export 通过接口，输出的是同一个值。不同的脚本加载这个接口，得到的都是同样的实例。

// mod.js
function C() {
  this.sum = 0;
  this.add = function () {
    this.sum += 1;
  };
  this.show = function () {
    console.log(this.sum);
  };
}


export let c = new C();

上面的脚本 mod.js ，输出的是一个 C 的实例。不同的脚本加载这个模块，得到的都是同一个实例。

// x.js
import {c} from './mod';
c.add();


// y.js
import {c} from './mod';
c.show();


// main.js
import './x';
import './y';

现在执行 main.js ，输出的是 1 。

$ babel-node main.js
1

这就证明了 x.js 和 y.js 加载的都是 C 的同一个实例。

3. Node.js 加载

概述

Node.js 对 ES6 模块的处理比较麻烦，因为它有自己的 CommonJS 模块格式，与 ES6 模块格式是不兼容的。目前的解决方案是，将两者分开，ES6 模块和 CommonJS 采用各自的加载方案。从 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 。

{
   "type": "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。

## 解释成 ES6 模块
$ node my-app.js

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 。

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。

// ./node_modules/es-module-package/package.json
{
  "type": "module",
  "main": "./src/index.js"
}

上面代码指定项目的入口脚本为 ./src/index.js ，它的格式为 ES6 模块。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。

// ./my-app.mjs


import { something } from 'es-module-package';
// 实际加载的是 ./node_modules/es-module-package/src/index.js

上面代码中，运行该脚本以后，Node.js 就会到 ./node_modules 目录下面，寻找 es-module-package 模块，然后根据该模块 package.json 的 main 字段去执行入口文件。

这时，如果用 CommonJS 模块的 require() 命令去加载 es-module-package 模块会报错，因为 CommonJS 模块不能处理 export 命令。

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。

// ./node_modules/es-module-package/package.json
{
  "exports": {
    "./submodule": "./src/submodule.js"
  }
}

上面的代码指定 src/submodule.js 别名为 submodule ，然后就可以从别名加载这个文件。

import submodule from 'es-module-package/submodule';
// 加载 ./node_modules/es-module-package/src/submodule.js

下面是子目录别名的例子。

// ./node_modules/es-module-package/package.json
{
  "exports": {
    "./features/": "./src/features/"
  }
}


import feature from 'es-module-package/features/x.js';
// 加载 ./node_modules/es-module-package/src/features/x.js

如果没有指定别名，就不能用“模块+脚本名”这种形式加载脚本。

// 报错
import submodule from 'es-module-package/private-module.js';


// 不报错
import submodule from './node_modules/es-module-package/private-module.js';

（2）main 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。

{
  "exports": {
    ".": "./main.js"
  }
}


// 等同于
{
  "exports": "./main.js"
}

由于 exports 字段只有支持 ES6 的 Node.js 才认识，所以可以用来兼容旧版本的 Node.js。

{
  "main": "./main-legacy.cjs",
  "exports": {
    ".": "./main-modern.cjs"
  }
}

上面代码中，老版本的 Node.js （不支持 ES6 模块）的入口文件是 main-legacy.cjs ，新版本的 Node.js 的入口文件是 main-modern.cjs 。

（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。

{
  "type": "module",
  "exports": {
    ".": {
      "require": "./main.cjs",
      "default": "./main.js"
    }
  }
}

上面代码中，别名 . 的 require 条件指定 require() 命令的入口文件（即 CommonJS 的入口）， default 条件指定其他情况的入口（即 ES6 的入口）。

上面的写法可以简写如下。

{
  "exports": {
    "require": "./main.cjs",
    "default": "./main.js"
  }
}

注意，如果同时还有其他别名，就不能采用简写，否则或报错。

{
  // 报错
  "exports": {
    "./feature": "./lib/feature.js",
    "require": "./main.cjs",
    "default": "./main.js"
  }
}

ES6 模块加载 CommonJS 模块

目前，一个模块同时支持 ES6 和 CommonJS 两种格式的常见方法是，package.json文件的 main字段指定 CommonJS 入口，给 Node.js 使用； module 字段指定 ES6 模块入口，给打包工具使用，因为 Node.js 不认识 module 字段。

有了上一节的条件加载以后，Node.js 本身就可以同时处理两种模块。

// ./node_modules/pkg/package.json
{
  "type": "module",
  "main": "./index.cjs",
  "exports": {
    "require": "./index.cjs",
    "default": "./wrapper.mjs"
  }
}

上面代码指定了 CommonJS 入口文件 index.cjs ，下面是这个文件的代码。

// ./node_modules/pkg/index.cjs
exports.name = 'value';

然后，ES6 模块可以加载这个文件。

// ./node_modules/pkg/wrapper.mjs
import cjsModule from './index.cjs';
export const name = cjsModule.name;

注意， import 命令加载 CommonJS 模块，只能整体加载，不能只加载单一的输出项。

// 正确
import packageMain from 'commonjs-package';


// 报错
import { method } from 'commonjs-package';

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

// cjs.cjs
module.exports = 'cjs';


// esm.mjs
import { createRequire } from 'module';


const require = createRequire(import.meta.url);


const cjs = require('./cjs.cjs');
cjs === 'cjs'; // true

上面代码中，ES6 模块通过 module.createRequire() 方法可以加载 CommonJS 模块

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。

(async () => {
  await import('./my-app.mjs');
})();

上面代码可以在 CommonJS 模块中运行。

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。

// 整体加载
import EventEmitter from 'events';
const e = new EventEmitter();


// 加载指定的输出项
import { readFile } from 'fs';
readFile('./foo.txt', (err, source) => {
  if (err) {
    console.error(err);
  } else {
    console.log(source);
  }
});

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。

// ES6 模块中将报错
import { something } from './index';

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。

import './foo.mjs?query=1'; // 加载 ./foo 传入参数 ?query=1

上面代码中，脚本路径带有参数 ?query=1 ，Node 会按 URL 规则解读。同一个脚本只要参数不同，就会被加载多次，并且保存成不同的缓存。由于这个原因，只要文件名中含有 : 、 % 、 # 、 ? 等特殊字符，最好对这些字符进行转义。

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）。

最后，Node 的` import ``命令是异步加载，这一点与浏览器的处理方法相同。

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 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

4. 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。

// a.js
var b = require('b');


// b.js
var a = require('a');

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 JavaScript 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。

CommonJS 模块的加载原理

介绍 ES6 如何处理“循环加载”之前，先介绍目前最流行的 CommonJS 模块格式的加载原理。

CommonJS 的一个模块，就是一个脚本文件。 require 命令第一次加载该脚本，就会执行整个脚本，然后在内存生成一个对象。

{
  id: '...',
  exports: { ... },
  loaded: true,
  ...
}

上面代码就是 Node 内部加载模块后生成的一个对象。该对象的 id 属性是模块名， exports 属性是模块输出的各个接口， loaded 属性是一个布尔值，表示该模块的脚本是否执行完毕。其他还有很多属性，这里都省略了。

以后需要用到这个模块的时候，就会到 exports 属性上面取值。即使再次执行 require 命令，也不会再次执行该模块，而是到缓存之中取值。也就是说，CommonJS 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 模块的循环加载

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。

让我们来看，Node 官方文档里面的例子。脚本文件 a.js 代码如下。

exports.done = false;
var b = require('./b.js');
console.log('在 a.js 之中，b.done = %j', b.done);
exports.done = true;
console.log('a.js 执行完毕');

上面代码之中， a.js 脚本先输出一个 done 变量，然后加载另一个脚本文件 b.js 。注意，此时 a.js 代码就停在这里，等待 b.js 执行完毕，再往下执行。

再看 b.js 的代码。

exports.done = false;
var a = require('./a.js');
console.log('在 b.js 之中，a.done = %j', a.done);
exports.done = true;
console.log('b.js 执行完毕');

上面代码之中， b.js 执行到第二行，就会去加载 a.js ，这时，就发生了“循环加载”。系统会去 a.js 模块对应对象的 exports 属性取值，可是因为 a.js 还没有执行完，从 exports 属性只能取回已经执行的部分，而不是最后的值。

a.js 已经执行的部分，只有一行。

exports.done = false;

因此，对于 b.js 来说，它从 a.js 只输入一个变量 done ，值为 false 。

然后， b.js 接着往下执行，等到全部执行完毕，再把执行权交还给 a.js 。于是， a.js 接着往下执行，直到执行完毕。我们写一个脚本 main.js ，验证这个过程。

var a = require('./a.js');
var b = require('./b.js');
console.log('在 main.js 之中, a.done=%j, b.done=%j', a.done, b.done);

执行 main.js ，运行结果如下。

$ node main.js


在 b.js 之中，a.done = false
b.js 执行完毕
在 a.js 之中，b.done = true
a.js 执行完毕
在 main.js 之中, a.done=true, b.done=true

上面的代码证明了两件事。一是，在 b.js 之中， a.js 没有执行完毕，只执行了第一行。二是， main.js 执行到第二行时，不会再次执行 b.js ，而是输出缓存的 b.js 的执行结果，即它的第四行。

exports.done = true;

总之，CommonJS 输入的是被输出值的拷贝，不是引用。

另外，由于 CommonJS 模块遇到循环加载时，返回的是当前已经执行的部分的值，而不是代码全部执行后的值，两者可能会有差异。所以，输入变量的时候，必须非常小心。

var a = require('a'); // 安全的写法
var foo = require('a').foo; // 危险的写法


exports.good = function (arg) {
  return a.foo('good', arg); // 使用的是 a.foo 的最新值
};


exports.bad = function (arg) {
  return foo('bad', arg); // 使用的是一个部分加载时的值
};

上面代码中，如果发生循环加载， require('a').foo 的值很可能后面会被改写，改用 require('a') 会更保险一点。

ES6 模块的循环加载

ES6 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。

请看下面这个例子。

// a.mjs
import {bar} from './b';
console.log('a.mjs');
console.log(bar);
export let foo = 'foo';


// b.mjs
import {foo} from './a';
console.log('b.mjs');
console.log(foo);
export let bar = 'bar';

上面代码中， a.mjs 加载b.mjs， b.mjs 又加载 a.mjs ，构成循环加载。执行 a.mjs ，结果如下。

$ node --experimental-modules a.mjs
b.mjs
ReferenceError: foo is not defined

上面代码中，执行 a.mjs 以后会报错， foo 变量未定义，这是为什么？

让我们一行行来看，ES6 循环加载是怎么处理的。首先，执行 a.mjs 以后，引擎发现它加载了 b.mjs ，因此会优先执行 b.mjs ，然后再执行 a.mjs 。接着，执行 b.mjs 的时候，已知它从 a.mjs 输入了 foo 接口，这时不会去执行 a.mjs ，而是认为这个接口已经存在了，继续往下执行。执行到第三行 console.log(foo) 的时候，才发现这个接口根本没定义，因此报错。

解决这个问题的方法，就是让 b.mjs 运行的时候， foo 已经有定义了。这可以通过将 foo 写成函数来解决。

// a.mjs
import {bar} from './b';
console.log('a.mjs');
console.log(bar());
function foo() { return 'foo' }
export {foo};


// b.mjs
import {foo} from './a';
console.log('b.mjs');
console.log(foo());
function bar() { return 'bar' }
export {bar};

这时再执行 a.mjs 就可以得到预期结果。

$ node --experimental-modules a.mjs
b.mjs
foo
a.mjs
bar

这是因为函数具有提升作用，在执行 import {bar} from './b' 时，函数 foo 就已经有定义了，所以 b.mjs 加载的时候不会报错。这也意味着，如果把函数 foo 改写成函数表达式，也会报错。

// a.mjs
import {bar} from './b';
console.log('a.mjs');
console.log(bar());
const foo = () => 'foo';
export {foo};

上面代码的第四行，改成了函数表达式，就不具有提升作用，执行就会报错。

我们再来看 ES6 模块加载器SystemJS给出的一个例子。

// even.js
import { odd } from './odd'
export var counter = 0;
export function even(n) {
  counter++;
  return n === 0 || odd(n - 1);
}


// odd.js
import { even } from './even';
export function odd(n) {
  return n !== 0 && even(n - 1);
}

上面代码中， even.js 里面的函数 even 有一个参数 n ，只要不等于 0，就会减去 1，传入加载的 odd() 。 odd.js 也会做类似操作。

运行上面这段代码，结果如下。

$ babel-node
> import * as m from './even.js';
> m.even(10);
true
> m.counter
6
> m.even(20)
true
> m.counter
17

上面代码中，参数 n 从 10 变为 0 的过程中， even() 一共会执行 6 次，所以变量 counter 等于 6。第二次调用 even() 时，参数 n 从 20 变为 0， even() 一共会执行 11 次，加上前面的 6 次，所以变量 counter 等于 17。

这个例子要是改写成 CommonJS，就根本无法执行，会报错。

// even.js
var odd = require('./odd');
var counter = 0;
exports.counter = counter;
exports.even = function (n) {
  counter++;
  return n == 0 || odd(n - 1);
}


// odd.js
var even = require('./even').even;
module.exports = function (n) {
  return n != 0 && even(n - 1);
}

上面代码中， even.js 加载 odd.js ，而 odd.js 又去加载 even.js ，形成“循环加载”。这时，执行引擎就会输出 even.js 已经执行的部分（不存在任何结果），所以在 odd.js 之中，变量 even 等于 undefined ，等到后面调用 even(n - 1) 就会报错。

$ node
> var m = require('./even');
> m.even(10)
TypeError: even is not a function

当前题目：创新互联ES6教程：ES6 Module 的加载实现
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