Javascript自誕生以來，曾經(jīng)沒有人拿它當(dāng)做一門編程語言。在Web 1.0時(shí)代，這種腳本語言主要被用來做表單驗(yàn)證和網(wǎng)頁特效。直到Web 2.0時(shí)代，前端工程師利用它大大提升了網(wǎng)頁上的用戶體驗(yàn)，JS才被廣泛重視起來。在JS逐漸流行的過程中，它大致經(jīng)歷了工具類庫、組件庫、前端框架、前端應(yīng)用的變遷。Javascript先天就缺乏一項(xiàng)功能：模塊，而CommonJS規(guī)范的出現(xiàn)則彌補(bǔ)了這一缺陷。本文將介紹CommonJS規(guī)范及Node的模塊機(jī)制。

在其他高級(jí)語言中，Java有類文件，Python有import機(jī)制，PHP有include和require。而JS通過<script>標(biāo)簽引入代碼的方式顯得雜亂無章。過去人們不得不用命名空間等方式來人為地約束代碼，直到CommonJS規(guī)范的出現(xiàn)，前后端的Javascript才得以實(shí)現(xiàn)大一統(tǒng)。Node借鑒了CommonJS的Modules規(guī)范實(shí)現(xiàn)了一套非常易用的模塊系統(tǒng)。

1. CommonJS模塊規(guī)范

CommonJS的模塊規(guī)范分為3個(gè)部分：

1).模塊引用：通過require()方法并傳入一個(gè)模塊標(biāo)識(shí)來引入一個(gè)模塊的API到當(dāng)前上下文中，如var math = require('math');
2).模塊定義：通過exports對(duì)象來導(dǎo)出當(dāng)前模塊的方法或變量。模塊中還存在一個(gè)module對(duì)象，exports實(shí)際上是module的屬性。在Node中，一個(gè)文件就是一個(gè)模塊，模塊內(nèi)的“全局變量”對(duì)外都不可見，只有掛載在exports上的屬性才是公開的，如exports.add = function() {}; exports.PI = 3.1415926;
3).模塊標(biāo)識(shí)：實(shí)際上就是傳遞給require()的參數(shù)，如上述的'math'，它必須是符合camel命名法的字符串，或者是以“.”“..”開頭的相對(duì)路徑或絕對(duì)路徑，它可以沒有文件名后綴“.js”

2. Node模塊實(shí)現(xiàn)過程

在Node中，模塊分為兩類：一類是Node本身提供的核心模塊，另一類是用戶自己編寫的文件模塊。核心模塊有一部分在Node源代碼的編譯過程中，編譯成了二進(jìn)制文件，在Node啟動(dòng)時(shí)核心模塊就被直接加載進(jìn)內(nèi)存中，所以它的加載速度是最快的。文件模塊則是在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)加載，需要經(jīng)歷三個(gè)步驟：路徑分析，文件定位，編譯執(zhí)行。注意，Node對(duì)引入過的模塊都會(huì)進(jìn)行緩存，以減少二次引入時(shí)的開銷，并對(duì)相同模塊的二次加載都采用最優(yōu)先從緩存加載的策略。

2.1 路徑分析

路徑分析主要分析上述提到的模塊標(biāo)識(shí)符，主要分為以下幾類：

1)、核心模塊，如http、fs、path等
2)、.或..開始的相對(duì)路徑文件模塊
3)、以/開始的絕對(duì)路徑文件模塊
4)、自定義文件模塊，可能是一個(gè)文件或包的形式。Node會(huì)根據(jù)模塊路徑數(shù)組module.paths來逐個(gè)嘗試查找目標(biāo)文件，通常是沿著當(dāng)前目錄逐級(jí)向上直到根目錄查找名為node_modules的目錄，所以這是查找最費(fèi)時(shí)的一種方式。

2.2 文件定位

在路徑分析的基礎(chǔ)上，文件定位需要注意如下細(xì)節(jié)：

1)、文件擴(kuò)展名分析：由于CommonJS規(guī)范允許模塊標(biāo)識(shí)不填寫擴(kuò)展名，Node會(huì)按.js、.json、.node的次序不足擴(kuò)展名，依次嘗試
2)、目錄分析和包：若通過上述文件擴(kuò)展名分析后沒有查找到對(duì)應(yīng)文件，卻得到一個(gè)目錄，Node會(huì)把目錄當(dāng)做一個(gè)包來處理

2.3 編譯執(zhí)行

定位到具體文件后，Node會(huì)新建一個(gè)模塊對(duì)象，根據(jù)路徑載入并編譯。對(duì)于不同的擴(kuò)展名，載入方法有所不同：

1)、.js文件：通過fs模塊同步讀取文件并編譯執(zhí)行
2)、.node文件：這是用C/C++編寫的擴(kuò)展文件，通過dlopen()方法加載
3)、.json文件：通過fs模塊同步讀取文件，用JSON.parse()解析返回結(jié)果
4)、其余擴(kuò)展名文件：都被當(dāng)做.js文件載入

我們知道每個(gè)模塊文件中默認(rèn)都存在著require、exports、module這3個(gè)變量，甚至在Node的API文檔中，我們知道每個(gè)模塊還有filename、dirname這2個(gè)變量的存在，它們是從何而來的呢？Node的模塊又是怎么做到聲明的“全局變量”實(shí)際上是不會(huì)污染到其他模塊的？事實(shí)上，Node在編譯JS模塊過程中會(huì)對(duì)文件內(nèi)容進(jìn)行頭尾包裝。下面是一個(gè)JS文件經(jīng)過頭尾包裝的例子：

這樣每個(gè)模塊文件之間都進(jìn)行了作用域隔離，同時(shí)require、exports、module等變量也被注入到了模塊的上下文當(dāng)中。這就是Node對(duì)CommonJS模塊規(guī)范的實(shí)現(xiàn)。關(guān)于C/C++模塊及Node核心模塊的編譯過程較為復(fù)雜，不再贅述。

3. 模塊調(diào)用棧

有必要明確一下Node中各種模塊的調(diào)用關(guān)系，如下圖所示：

C/C++內(nèi)建模塊是最底層的模塊，屬于核心模塊，主要提供API給Javascript核心模塊和第三方Javascript文件模塊調(diào)用，實(shí)際中幾乎不會(huì)接觸到此類模塊。Javascript核心模塊主要職責(zé)有兩種：一種是作為C/C++內(nèi)建模塊的封裝層和橋接層供文件模塊調(diào)用，另一種是純粹的功能模塊，不需要跟底層打交道。文件模塊通常由第三方編寫，包括普通Javascript模塊和C/C++擴(kuò)展模塊。

4. 包與NPM

4.1 包結(jié)構(gòu)

包本質(zhì)上是一個(gè)存檔文件（一般為.zip或.tar.gz），安裝后解壓還原為目錄。CommonJS的包規(guī)范由包結(jié)構(gòu)和包描述文件兩部分組成。一個(gè)完全符合CommonJS規(guī)范的包結(jié)構(gòu)應(yīng)包含以下文件：

1).package.json：包描述文件
2).bin：存放可執(zhí)行二進(jìn)制文件的目錄
3).lib：存放Javascript代碼的目錄
4).doc：存放文檔的目錄
5).test：存放單元測(cè)試用例的目錄

4.2 包描述文件

包描述文件是一個(gè)JSON文件——package.json，位于包的根目錄下，是包的重要組成部分，用于描述包的概況信息。后面要提到的NPM的所有行為都與這個(gè)文件的字段息息相關(guān)。下面將以知名Web框架express項(xiàng)目的package.json文件為例說明一些常用字段的含義。

1).name：包名
2).description：包簡(jiǎn)介
3).version：版本號(hào)，需遵照“語義化的版本控制”，參照http://semver.org/
4).dependencies：使用當(dāng)前包所需要依賴的包列表。這個(gè)屬性十分重要，NPM會(huì)通過這個(gè)屬性自動(dòng)加載依賴的包
5).repositories：托管源代碼的位置列表

其余字段的用法可以參照NPM package.json說明

4.3 NPM常用功能

NPM（node package manager），通常稱為node包管理器。它的主要功能就是管理node包，包括：安裝、卸載、更新、查看、搜索、發(fā)布等。

4.3.1 NPM包安裝

Node包的安裝分兩種：本地安裝、全局安裝。兩者的區(qū)別如下：

1).本地安裝npm install <package-name>：package會(huì)被下載到當(dāng)前所在目錄，也只能在當(dāng)前目錄下使用。
2).全局安裝npm install -g <package-name>：package會(huì)被下載到到特定的系統(tǒng)目錄下，安裝的package能夠在所有目錄下使用。

4.3.2 NPM包管理

下面以grunt-cli（grunt命令行工具）為例，列出常用的包管理命令：

1).npm install：安裝package.json文件的dependencies和devDependencies字段聲明的所有包
2).npm install grunt-cli@0.1.9：安裝特定版本的grunt-cli
3).npm install grunt-contrib-copy --save：安裝grunt-contrib-copy，同時(shí)保存該依賴到package.json文件
4).npm uninstall grunt-cli：卸載包
5).npm list：查看安裝了哪些包
6).npm publish <folder>：發(fā)布包