Node.js入门：模块机制

CommonJS规范 

    早在Netscape诞生不久后，JavaScript就一直在探索本地编程的路，Rhino是其代表产物。无奈那时服务端JavaScript走的路均是参考众多服务器端语言来实现的，在这样的背景之下，一没有特色，二没有实用价值。但是随着JavaScript在前端的应用越来越广泛，以及服务端JavaScript的推动，JavaScript现有的规范十分薄弱，不利于JavaScript大规模的应用。那些以JavaScript为宿主语言的环境中，只有本身的基础原生对象和类型，更多的对象和API都取决于宿主的提供，所以，我们可以看到JavaScript缺少这些功能：

• JavaScript没有模块系统。没有原生的支持密闭作用域或依赖管理。
• JavaScript没有标准库。除了一些核心库外，没有文件系统的API，没有IO流API等。
• JavaScript没有标准接口。没有如Web Server或者数据库的统一接口。
• JavaScript没有包管理系统。不能自动加载和安装依赖。

    于是便有了CommonJS（http://www.commonjs.org）规范的出现，其目标是为了构建JavaScript在包括Web服务器，桌面，命令行工具，及浏览器方面的生态系统。CommonJS制定了解决这些问题的一些规范，而Node.js就是这些规范的一种实现。Node.js自身实现了require方法作为其引入模块的方法，同时NPM也基于CommonJS定义的包规范，实现了依赖管理和模块自动安装等功能。这里我们将深入一下Node.js的require机制和NPM基于包规范的应用。

 

简单模块定义和使用

    在Node.js中，定义一个模块十分方便。我们以计算圆形的面积和周长两个方法为例，来表现Node.js中模块的定义方式。

 var PI = Math.PI;
 exports.area = function (r) {
  return PI * r * r;
 };
 exports.circumference = function (r) {
  return 2 * PI * r;
 };

将这个文件存为circle.js，并新建一个app.js文件，并写入以下代码：

 var circle = require('./circle.js');
 console.log( 'The area of a circle of radius 4 is ' + circle.area(4));

可以看到模块调用也十分方便，只需要require需要调用的文件即可。

    在require了这个文件之后，定义在exports对象上的方法便可以随意调用。Node.js将模块的定义和调用都封装得极其简单方便，从API对用户友好这一个角度来说，Node.js的模块机制是非常优秀的。

 

模块载入策略

    Node.js的模块分为两类，一类为原生（核心）模块，一类为文件模块。原生模块在Node.js源代码编译的时候编译进了二进制执行文件，加载的速度最快。另一类文件模块是动态加载的，加载速度比原生模块慢。但是Node.js对原生模块和文件模块都进行了缓存，于是在第二次require时，是不会有重复开销的。其中原生模块都被定义在lib这个目录下面，文件模块则不定性。

node app.js

由于通过命令行加载启动的文件几乎都为文件模块。我们从Node.js如何加载文件模块开始谈起。加载文件模块的工作，主要由原生模块module来实现和完成，该原生模块在启动时已经被加载，进程直接调用到runMain静态方法。

 // bootstrap main module.
 Module.runMain = function () {
     // Load the main module--the command line argument.
     Module._load(process.argv[1], null, true);
 };

_load静态方法在分析文件名之后执行

var module = new Module(id, parent);

并根据文件路径缓存当前模块对象，该模块实例对象则根据文件名加载。

module.load(filename);

    实际上在文件模块中，又分为3类模块。这三类文件模块以后缀来区分，Node.js会根据后缀名来决定加载方法。

• .js。通过fs模块同步读取js文件并编译执行。
• .node。通过C/C++进行编写的Addon。通过dlopen方法进行加载。
• .json。读取文件，调用JSON.parse解析加载。

    这里我们将详细描述js后缀的编译过程。Node.js在编译js文件的过程中实际完成的步骤有对js文件内容进行头尾包装。

    以app.js为例，包装之后的app.js将会变成以下形式：

 (function (exports, require, module, __filename, __dirname) {
     var circle = require('./circle.js');
     console.log('The area of a circle of radius 4 is ' + circle.area(4));
 });

这段代码会通过vm原生模块的runInThisContext方法执行（类似eval，只是具有明确上下文，不污染全局），返回为一个具体的function对象。最后传入module对象的exports，require方法，module，文件名，目录名作为实参并执行。

    这就是为什么require并没有定义在app.js 文件中，但是这个方法却存在的原因。从Node.js的API文档中可以看到还有__filename、__dirname、module、exports几个没有定义但是却存在的变量。其中__filename和__dirname在查找文件路径的过程中分析得到后传入的。module变量是这个模块对象自身，exports是在module的构造函数中初始化的一个空对象（{}，而不是null）。

    在这个主文件中，可以通过require方法去引入其余的模块。而其实这个require方法实际调用的就是load方法。

    load方法在载入、编译、缓存了module后，返回module的exports对象。这就是circle.js文件中只有定义在exports对象上的方法才能被外部调用的原因。

    以上所描述的模块载入机制均定义在lib/module.js中。