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JS模块化编程

标签：

JavaScript

前言

什么是模块化？

模块就是实现特定功能的一组方法,而模块化是将模块的代码创造自己的作用域，只向外部暴露公开的方法和变量，而这些方法之间高度解耦。

写 JS 为什么需要模块化编程？
当写前端还只是处理网页的一些表单提交，点击交互的时候，还没有强化 JS 模块化的概念，当前端逻辑开始复杂，交互变得更多，数据量越来越庞大时，前端对 JS 模块化编程的需求就越加强烈。

在很多场景中，我们需要考虑模块化：

团队多人协作，需要引用别人的代码
项目交接，我们在阅读和重构别人的代码
代码审查时，检验你的代码是否规范，是否存在问题
写完代码，回顾自己写的代码是否美观：）
不同的环境，环境变量不同

基于以上场景，所以，当前 JS 模块化主要是这几个目的：

代码复用性
功能代码松耦合
解决命名冲突
代码可维护性
代码可阅读性

先给结论：JS 的模块化编程经历了几个阶段：

命名空间形式的代码封装
通过立即执行函数(IIFE)创建的命名空间
服务器端运行时 Nodejs 的 CommonJS 规范
将模块化运行在浏览器端的 AMD/CMD 规范
兼容 CMD 和 AMD 的 UMD 规范
通过语言标准支持的 ES Module

先给结论图：

一、命名空间

我们知道，在 ES6 之前，JS 是没有块作用域的，私有变量和方法的隔离主要靠函数作用域，公开变量和方法的隔离主要靠对象的属性引用。

封装函数

在 JS 还没有模块化规范的时候，将一些通用的、底层的功能抽象出来，独立成一个个函数来实现模块化：
比方写一个 utils.js 工具函数文件

//  utils.js
function add(x, y) {
    if(typeof x !== "number" || typeof y !== "number") return;
    return x + y;
}

function square(x) {
    if(typeof x !== "number") return;
    return x * x;
}

<script src="./utils.js"></script>
<script>
    add(2, 3);
    square(4);
</script>

通过 js 函数文件划分的方式，此时的公开函数其实是挂载到了全局对象 window 下，当在别人也想定义一个叫 add 函数，或者多个 js 文件合并压缩的时候，会存在命名冲突的问题。

挂载到全局变量下：

后来我们想到通过挂载函数到全局对象字面量下的方式，利用 JAVA 包的概念，希望减轻命名冲突的严重性。

var mathUtils1 = {
    add: function(x, y) {
        return x + y;
    },
}

var mathUtils2 = {
    add: function(x, y, z) {
        return x + y + z;
    },
}

mathUtils.add();

mathUtils.square();

这种方式仍然创建了全局变量，但如果包的路径很长，那么到最后引用方法可能就会以module1.subModule.subSubModule.add 的方式引用代码了。

IIFE
考虑模块存在私有变量，于是我们利用IIFE(立即执行表达式)创建闭包来封装私有变量：

var module = (function(){
    var count = 0;
    return {
        inc: function(){
            count += 1;
        },
        dec: function(){
            count += -1;
        }
    }
})()

module.inc();
module.dec();

这样私有变量对于外部来说就是不可访问的，那如果模块需要引入其他依赖呢？

var utils = (function ($) {
    var $body = $("body"); 
    var _private = 0;
    var foo = function() {
        ...
    }
    var bar = function () {
        ...
    }
    
    return {
        foo: foo,
        bar: bar
    }
})(jQuery);

以上封装模块的方式叫作：模块模式，在 jQuery 时代，大量使用了模块模式:

<script src="jquery.js"></script>
<script src="underscore.js"></script>
<script src="utils.js"></script>
<script src="base.js"></script>
<script src="main.js"></script>

jQuery 的插件必须在 JQuery.js 文件之后，文件的加载顺序被严格限制住，依赖越多,依赖关系越混乱，越容易出错。

二、CommonJS

Nodejs 的出现，让 JavaScript 能够运行在服务端环境中，此时迫切需要建立一个标准来实现统一的模块系统，也就是后来的 CommonJS。

// math.js
exports.add = function(x, y) {
    return x + y;
}

// base.js
var math = require("./math.js");
math.add(2, 3);  // 5

// 引用核心模块
var http = require('http');
http.createServer(...).listen(3000);

CommonJS 规定每个模块内部，module 代表当前模块，这个模块是一个对象，有 id,filename, loaded,parent, children, exports 等属性，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。

// utils.js
// 直接赋值给 module.exports 变量
module.exports = function () {
    console.log("I'm utils.js module");
}

// base.js
var util = require("./utils.js")
util();  // I'm utils.js module

或者挂载到 module.exports 对象下
module.exports.say = function () {
    console.log("I'm utils.js module");
}

// base.js
var util = require("./utils.js")
util.say();

为了方便，Node 为每个模块提供一个 exports 自由变量，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;

exports 和 module.exports 共享了同个引用地址，如果直接对 exports 赋值会导致两者不再指向同一个内存地址，但最终不会对 module.exports 起效。

// module.exports 可以直接赋值
module.exports = 'Hello world';  

// exports 不能直接赋值
exports = 'Hello world';

CommonJS 总结：
CommonJS 规范加载模块是同步的，用于服务端，由于 CommonJS 会在启动时把内置模块加载到内存中，也会把加载过的模块放在内存中。所以在 Node 环境中用同步加载的方式不会有很大问题。

另，CommonJS模块加载的是输出值的拷贝。也就是说，外部模块输出值变了，当前模块的导入值不会发生变化。

三、AMD

CommonJS 规范的出现，使得 JS 模块化在 NodeJS 环境中得到了施展机会。但 CommonJS 如果应用在浏览器端，同步加载的机制会使得 JS 阻塞 UI 线程，造成页面卡顿。

利用模块加载后执行回调的机制，有了后面的 RequireJS 模块加载器，由于加载机制不同，我们称这种模块规范为 AMD(Asynchromous Module Definition 异步模块定义)规范, 异步模块定义诞生于使用 XHR + eval 的开发经验，是 RequireJS 模块加载器对模块定义的规范化产出。

AMD 的模块写法：

// 模块名 utils
// 依赖 jQuery, underscore
// 模块导出 foo, bar 属性
<script data-main="scripts/main" src="scripts/require.js"></script>

// main.js
require.config({
  baseUrl: "script",
  paths: {
    "jquery": "jquery.min",
    "underscore": "underscore.min",
  }
});

// 定义 utils 模块，使用 jQuery 模块
define("utils", ["jQuery", "underscore"], function($, _) {
    var body = $("body");
    var deepClone = _.deepClone({...});
    return {
        foo: "hello",
        bar: "world"
    }
})
</script>

AMD 的特点在于：

延迟加载
依赖前置

AMD 支持兼容 CommonJS 写法：

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

  someModule.sayHi();
  anotherModule.sayBye();

  exports.asplode = function (){
    someModule.eat();
    anotherModule.play();
  };
});

四、CMD

SeaJS 是国内 JS 大神玉伯开发的模块加载器，基于 SeaJS 的模块机制，所有 JavaScript 模块都遵循 CMD（Common Module Definition）模块定义规范.

CMD 模块的写法：

<script class="lazyload" src="data:image/png;base64,iVBORw0KGgoAAAANSUhEUgAAAAEAAAABCAYAAAAfFcSJAAAAAXNSR0IArs4c6QAAAARnQU1BAACxjwv8YQUAAAAJcEhZcwAADsQAAA7EAZUrDhsAAAANSURBVBhXYzh8+PB/AAffA0nNPuCLAAAAAElFTkSuQmCC" data-original="scripts/sea.js"></script>
<script>
// seajs 的简单配置
seajs.config({
  base: "./script/",
  alias: {
    "jquery": "script/jquery/3.3.1/jquery.js"
  }
})

// 加载入口模块
seajs.use("./main")
</script>

// 定义模块
// utils.js
define(function(require, exports, module) {
  exports.each = function (arr) {
    // 实现代码 
  };

  exports.log = function (str) {
    // 实现代码
  };
});

// 输出模块
define(function(require, exports, module) {
  var util = require('./util.js');
  
  var a = require('./a'); //在需要时申明，依赖就近
  a.doSomething();
  
  exports.init = function() {
    // 实现代码
    util.log();
  };
});

CMD 和 AMD 规范的区别：
AMD推崇依赖前置，CMD推崇依赖就近：
AMD 的依赖需要提前定义，加载完后就会执行。
CMD 依赖可以就近书写，只有在用到某个模块的时候再去执行相应模块。
举个例子：

// main.js
define(function(require, exports, module) {
  console.log("I'm main");
  var mod1 = require("./mod1");
  mod1.say();
  var mod2 = require("./mod2");
  mod2.say();

  return {
    hello: function() {
      console.log("hello main");
    }
  };
});

// mod1.js
define(function() {
  console.log("I'm mod1");
  return {
    say: function() {
      console.log("say: I'm mod1");
    }
  };
});

// mod2.js
define(function() {
  console.log("I'm mod2");
  return {
    say: function() {
      console.log("say: I'm mod2");
    }
  };
});

以上代码分别用 Require.js 和 Sea.js 执行，打印结果如下：
Require.js:
先执行所有依赖中的代码

I'm mod1
I'm mod2
I'm main
say: I'm mod1
say: I'm mod2

Sea.js:
用到依赖时，再执行依赖中的代码

I'm main

I'm mod1
say: I'm mod1
I'm mod2
say: I'm mod2

五、UMD

umd（Universal Module Definition）是 AMD 和 CommonJS 的兼容性处理,提出了跨平台的解决方案。

(function (root, factory) {
    if (typeof exports === 'object') {
        // commonJS
        module.exports = factory();
    } else if (typeof define === 'function' && define.amd) {
        // AMD
        define(factory);
    } else {
        // 挂载到全局
        root.eventUtil = factory();
    }
})(this, function () {
    function myFunc(){};

    return {
        foo: myFunc
    };
});

应用 UMD 规范的 JS 文件其实就是一个立即执行函数，通过检验 JS 环境是否支持 CommonJS 或 AMD 再进行模块化定义。

六、ES6 Module

CommonJS 和 AMD 规范都只能在运行时确定依赖。而 ES6 在语言层面提出了模块化方案, ES6 module 模块编译时就能确定模块的依赖关系，以及输入和输出的变量。ES6 模块化这种加载称为“编译时加载”或者静态加载。

写法：

// math.js
// 命名导出
export function add(a, b){
    return a + b;
}
export function sub(a, b){
    return a - b;
}
// 命名导入
import { add, sub } from "./math.js";
add(2, 3);
sub(7, 2);

// 默认导出
export default function foo() {
  console.log('foo');
}
// 默认导入
import someModule from "./utils.js";

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。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。

另，在 webpack 对 ES Module 打包， ES Module 会编译成 require/exports 来执行的。

总结

JS 的模块化规范经过了模块模式、CommonJS、AMD/CMD、ES6 的演进，利用现在常用的 gulp、webpack 打包工具，非常方便我们编写模块化代码。掌握这几种模块化规范的区别和联系有助于提高代码的模块化质量，比如，CommonJS 输出的是值拷贝，ES6 Module 在静态代码解析时输出只读接口，AMD 是异步加载，推崇依赖前置，CMD 是依赖就近，延迟执行，在使用到模块时才去加载相应的依赖。