Node.js模塊系統(tǒng)

Node.js有一個簡單的模塊加載系統(tǒng)。 在Node.js中，文件和模塊是一一對應(yīng)的（每個文件被視為單獨(dú)的模塊）。

例如，考慮下面這個名為 foo.js 的文件：

const circle = require('./circle.js');
console.log(`The area of a circle of radius 4 is ${circle.area(4)}`);

在第一行， foo.js 加載與 foo.js 同一目錄的模塊 circle.js 。

circle.js 的內(nèi)容如下：

const PI = Math.PI;

exports.area = (r) => PI * r * r;

exports.circumference = (r) => 2* PI * r;

模塊 circle.js 導(dǎo)出了函數(shù) area() 和 circumference() 。 要將函數(shù)和對象添加到模塊的根目錄，可以將它們賦值到特殊 exports 對象上。

模塊內(nèi)部的變量一定是私有的，因?yàn)槟K被Node.js包裹在一個函數(shù)中（參見下面的模塊包裝器）。 在這個例子中，變量 PI 對于 circle.js 來說是私有變量。

如果你希望模塊導(dǎo)出的是一個函數(shù)（如構(gòu)造函數(shù)），或者是要導(dǎo)出完整的對象，而不是一次創(chuàng)建一個屬性，則需要將其分配給 module.exports 而不是 exports 。

在下面的 bar.js 中，使用了 square 模塊，它導(dǎo)出一個構(gòu)造函數(shù)：

const square = require('./square.js');
var mySquare = square(2);
console.log(`The area of my square is ${mySquare.area()}`);

在 square.js 模塊中定義一個 square 方法:

module.exports = (width) => {
  return {
    area: () => width * width;
  };
}

此外，模塊系統(tǒng)在 require(“module”) 模塊中實(shí)現(xiàn)。

『main』模塊

當(dāng)某個 module 直接從Node.js運(yùn)行時，它會將 require.main 設(shè)置該 module 。 你可以通過這個來測試這個 module 是被直接運(yùn)行的還是被 require 的。

require.main === module

就拿文件 foo.js 來說，如果運(yùn)行 node foo.js 這個屬性就是 true 。運(yùn)行 require('./foo.js') 就是 false 。

因?yàn)?module 提供了一個 filename （通常相當(dāng)于 __filename ），因此可以通過檢查 require.main.filename 來獲取當(dāng)前應(yīng)用程序的入口點(diǎn)。

包管理器的一些提示

Node.js的 require() 函數(shù)支持一些合理的目錄結(jié)構(gòu)。它讓軟件包管理器程序（如 dpkg ， rpm 和 npm ）可以從Node.js模塊中直接去構(gòu)建本地的包而不需要修改。

下面我們給出一個可以正常工作的建議目錄結(jié)構(gòu)：

假設(shè)我們希望在 /usr/lib/node/<some-package>/<some-version> 中的文件夾來指定版本的包。

此外，包還可以相互依賴。 比如你想安裝 foo 包，而這個包有可能需要安裝指定版本的 bar 包。而 bar 包也很有可能依賴其他的包，并且在某些特殊情況下，這些依賴包甚至可能會產(chǎn)生循環(huán)依賴。

由于Node.js會查找加載的所有模塊的 realpath （即解析軟鏈），然后再去node_modules文件夾中查找依賴的包，因此使用以下方案可以非常簡單地解決此問題：

/usr/lib/node/foo/1.2.3/ - 包含 foo 包，版本是 1.2.3

/usr/lib/node/bar/4.3.2/ - 包含 foo 所依賴的 bar 包

/usr/lib/node/foo/1.2.3/node_modules/bar - 軟鏈到 /usr/lib/node/bar/4.3.2/

/usr/lib/node/bar/4.3.2/node_modules/* - 軟鏈到 bar 的依賴

因此，即使遇到循環(huán)依賴，或者是依賴沖突，每個模塊都能加載到并使用自己所依賴指定版本的包。

當(dāng) foo 包中 require('bar') 時，它就可以軟鏈到指定版本的 /usr/lib/node/foo/1.2.3/node_modules/bar 。然后，當(dāng) bar 包中的代碼調(diào)用 require('quux') 時，它同樣也可以軟鏈到指定版本的 /usr/lib/node/bar/4.3.2/node_modules/quux 。

模塊加載的全過程（重點(diǎn)，下面寫的偽代碼流程一定要記?。?/p>

要獲取在調(diào)用 require() 將被加載的確切文件名，請使用 require.resolve() 函數(shù)。

以下是模塊加載的全過程以及 require.resolve 的解析過程：

// 加載X模塊
require(X) from module at path Y
1. If X is a core module.
  a. return the core module
  b. STOP
2. If X begins with './' or '/' or '../'
  a. LOAD_AS_FILE(Y + X)
  b. LOAD_AS_DIRECTORY(Y + X)
3. LOAD_NODE_MODULES(X, dirname(Y))
4. THROW "not found"

// 加載X文件
// 加載過程：X -> X.js -> X.json -> X.node
LOAD_AS_FILE(X)
1. If [X] is a file, load [X] as JavaScript text. STOP
2. If [X.js] is a file, load [X.js] as JavaScript text. STOP
3. If [X.json] is a file, load [X.json] as JavaScript text. STOP
4. If [X.node] is a file, load [X.node] as JavaScript text. STOP

// 加載入口文件
// 加載過程：X -> X/index.js -> X/index.json -> X/index.node
LOAD_INDEX(X)
1. If [X/index.js] is a file, load [X/index.js] as JavaScript text. STOP
2. If [X/index.json] is a file, load [X/index.json] as JavaScript text. STOP
3. If [X/index.node] if a file, load [X/index.node] as JavaScript text. STOP

// 加載文件夾
LOAD_AS_DIRECTORY(X)
1. If [X/package.json] is a file.
  a. Parse [X/package.json], and look for "main" field
  b. let M = X + (json main field)
  c. LOAD_AS_FILE(M)
  d. LOAD_INDEX(M)
2. LOAD_INDEX(X)
 
// 加載node模塊
LOAD_NODE_MODULES(X, START)
1. let DIRS = NODE_MODULES_PATHS(START)
2. for each DIR in DIRS;
  a. LOAD_AS_FILE(DIR/X)
  b. LOAD_AS_DIRECTORY(DIR/X)

// 列出所有可能的node_modules路徑
NODE_MODULES_PATHS(START)
1. let PARTS = path split(START);
2. let I = count of PARTS - 1
3. let DIRS = []
4. while I > 0
  a. If PARTS[I] = "node_modules" CONTINUE
  b. DIR = path join(PARTS[0 ... I] + "node_modules")
  c. DIRS = DIRS + DIR
  d. let I = I -1
5. return DIRS

模塊緩存

所有的模塊都會在第一次加載之后被緩存起來。 這意味著你每次調(diào)用 require('foo') 將得到完全相同的對象。

對 require('foo') 的多次調(diào)用可能并不會多次執(zhí)行該模塊的代碼。 這是一個重要的功能。 使用它，可以返回“partially done”對象，從而允許根據(jù)依賴關(guān)系一層一層地加載模塊，即使這樣做可能會導(dǎo)致循環(huán)依賴。

如果要讓某個模塊在每次被加載時都去執(zhí)行代碼，則需要 exports 一個函數(shù)，并調(diào)用該函數(shù)即可。

模塊緩存注意事項(xiàng)

模塊是基于其解析出來的文件名進(jìn)行緩存。根據(jù)調(diào)用模塊的路徑，被調(diào)用的模塊可能會解析出不同的文件名（從node_modules文件夾加載）。如果解析出來的是不同的文件，它不保證每次 require('foo') 總是返回相同的對象。

另外，在不區(qū)分大小寫的文件系統(tǒng)或操作系統(tǒng)上，不同的解析文件名可以指向相同的文件，但緩存仍將它們視為不同的模塊，并將重新加載該文件多次。 例如， require('./ foo') 和 require('./ FOO') 返回兩個不同的對象，而不管 ./foo 和 ./FOO 是否是同一個文件。

核心模塊

Node.js有些模塊被編譯成二進(jìn)制文件。 本文檔中的其他部分將對這些模塊進(jìn)行更詳細(xì)的描述。

核心模塊在Node.js的源碼 lib/ 文件夾中。

如果核心模塊的模塊標(biāo)識傳遞給 require() ，則它們總是優(yōu)先加載。 例如，即使有一個自定義模塊叫 http ，我們?nèi)?zhí)行 require('http') 也將始終返回內(nèi)置的 HTTP 模塊，

循環(huán)引用

當(dāng)循環(huán)引用 require() 時，返回模塊可能并沒有執(zhí)行完成。

考慮這種情況：

a.js ：

console.log('a starting');
exports.done = false;
const b = require('./b.js');
console.log('in a, b.done = %j', b.done);
exports.done = true;
console.log('a done');

b.js ：

console.log('b starting');
exports.done = false;
const a = require('./a.js');
console.log('in b, a.done = %j', a.done);
exports.done = true;
console.log('b done');

app.js ：

console.log('main starting');
const a = require('./a.js');
const b = require('./b.js');
console.log('in main, a.done = %j, b.done = %j', a.done, b.done);

當(dāng) app.js 加載 a.js 時， a.js 依次加載 b.js . 此時， b.js 嘗試加載 a.js . 為了防止無限循環(huán)，將 a.js 導(dǎo)出對象的未完成副本返回到 b.js 模塊。 b.js 然后完成加載，并將其導(dǎo)出對象提供給 a.js 模塊。

當(dāng) app.js 加載了這兩個模塊時，它們都已經(jīng)完成。 因此，該程序的輸出將是：

$ node app.js
main starting
a starting
b starting
in b, a.done = false
b done
in a, b.done = true
in main, a.done =true, b.done = true

模塊包裝器

在執(zhí)行模塊的代碼之前，Node.js將使用一個函數(shù)包裝器來將模塊內(nèi)容包裹起來，如下所示：

(function (exports, require, module, __filename, __dirname) {
  // 你的模塊代碼
});

通過這樣做，Node.js實(shí)現(xiàn)了以下幾點(diǎn)：

它將模塊內(nèi)部的頂級變量(定義為 var ， const 或 let )的作用域范圍限定為模塊內(nèi)部而不是全局。

它有助于給模塊內(nèi)部提供一些實(shí)際上只屬于該模塊的全局變量，例如：

module 和 exports 對象用來幫助從模塊內(nèi)部導(dǎo)出一些值

變量 __filename 和 __dirname 是當(dāng)前模塊最終解析出來的文件名和文件夾路徑

module 對象簽名

Object module {
  id: String, // 模塊標(biāo)識，為該模塊文件在系統(tǒng)中的絕對路徑
  exports: Object, // 該模塊的導(dǎo)出對象
  parent: Object | undefined, // 引用該模塊的父模塊
  filename: String | null, // 最終解析的文件名稱， 與__filename相同。
  loaded: Boolean, // 該模塊是否已經(jīng)加載
  children: Array, // 改模塊的引用列表
  paths: Array // 模塊加載路徑
}

require 函數(shù)簽名

Function require {
  [Function], // 函數(shù)體
  resolve: Function, // 根據(jù)模塊標(biāo)識解析模塊，返回絕對路徑
  main: undefined | Object, // 應(yīng)用的主(main)模塊
  extensions: {'.js':Function, '.json':Function, '.node':Function},
  cache: Object // 模塊緩存，以模塊的絕對路徑為key
}