Module

前端开发
2018年10月28日
695

ES6的Class只是面向对象编程的语法糖，升级了ES5的构造函数的原型链继承的写法，并没有解决模块化问题。Module功能则是为了解决这个问题而提出的。

历史上，JavaScript一直没有模块（module）体系，无法将一个大程序拆分成互相依赖的小文件，再用简单的方法拼装起来。这对于开发大型的复杂的项目形成了巨大的障碍。

在ES6之前，社区制定了一些模块加载方案，最主要的有CommonJS和AMD两种。前者用于服务器，后者用于浏览器。ES6在语言规格的层面上实现了模块功能，而且实现得相当简单，完全可以取代现有的CommonJS和AMD规范，成为浏览器和服务器通用的模块解决方案。

ES6模块的设计思想是尽量静态化，使得编译时就能确定模块的依赖关系，以及输入和输出的变量。CommonJS和AMD模块都只能在运行时确定这些东西。比如，CommonJS模块就是对象，输入时必须查找对象属性。

js
// CommonJS
let { stat, exists, readFile } = require('fs');

以上代码的实质是整体加载fs模块（即加载fs的所有方法），然后在使用时用到3个方法。这种加载称为“运行时加载”。

ES6模块不是对象，而是通过export命令显示指定输出的代码，输入时也采用静态命令的形式。

js
// ES6
import { stat, exists, readFile } from 'fs';

以上代码的实质是从fs模块加载3个方法，其他方法不加载。这种加载称为“编译时加载”，即ES6可以在编译时就完成模块编译，效率要比CommonJS模块的加载方式高。

除了静态加载带来的各种好处，ES6模块还有以下好处。

  • 不再需要UMD模块格式，将来服务器和浏览器都会支持ES6模块格式。目前，通过各种工具库其实已经做到了这一点。
  • 将来浏览器的新API可以用模块格式提供，不再需要做成全局变量或者navigator对象的属性。
  • 不再需要对象作为命名空间（比如Math对象），未来这些功能可以通过模块提供。

严格模式

ES6的模块自动采用严格模式，不管有没有在模块头部加上use strict。

严格模式主要有以下限制：

  • 变量必须声明后再使用；
  • 函数的参数不能有同名属性，否则报错；
  • 不能使用with语句；
  • 不能对只读属性赋值，否则报错；
  • 不能使用前缀0表示八进制数，否则报错；
  • 不能删除不可删除的属性，否则报错；
  • 不能删除变量（delete prop），会报错，只能删除属性（delete global[prop]）；
  • eval不会在其外层作为域引入变量；
  • eval和arguments不能被重新赋值；
  • arguments不会自动反映函数参数的变化；
  • 不能使用arguments.callee；
  • 不能使用arguments.caller；
  • 禁止this指向全局对象；
  • 不能使用fn.caller和fn.arguments获取函数调用的堆栈；
  • 增加了保留字（比如protected、static和interface）。

上面的这些限制，模块都必须遵守。由于严格模式是ES5引入的，不属于ES6，所以请参阅相关的ES5知识。

export命令

模块功能主要由两个命令构成：export和import。export命令用于规定模块的对外接口，import命令用于输入其他模块提供的功能。

一个模块就是一个独立文件。该文件内部的所有变量，外部无法获取。如果希望外部能够读取模块内部的某个变量，就必须使用export关键字输出该变量。下面是一个JS文件，里面使用export命令输出了变量。

js
// profile.js
export var firstName = 'Michael';
export var lastName = 'Jackson';
export var year = 1958;

上面的代码保存了用户信息。ES6将其视为一个模块，里面用export命令对外输出了3个变量。

export的写法，除了像上面这样，还有另外一种：

js
// profile.js
var firstName = 'Michael';
var lastName = 'Jackson';
var year = 1958;

export {firstName, lastName, year};

上面的代码在export命令后面使用大括号指定了所要输出的一组变量。它与前一种写法（直接放置在var语句前）是等价的，但是应该优化考虑使用这种写法。因为这样就可以在脚本尾部一眼看清输出了哪些变量。

export命令除了输出变量，还可以输出函数或类。

js
export function multiply (x, y) {
  return x * y;
};

上面的代码对外输出一个函数multiply。

通常情况下，export输出的变量就是本来的名字，但是可以使用as关键字重命名。

js
function v1 () { ... }
function v2 () { ... }

export {
  v1 as streamV1,
  v2 as streamV2,
  v2 as streamLatestVersion
};

上面的代码使用了as关键字重命名了函数v1和v2的对外接口。重命名后，v2可以用不同的名字输出两次。

最后，export命令可以出现在模块的任何位置，只要处于模块顶层即可。如果处于块级作为域内，会报错。下面的import命令也是如此。

js
function foo () {
  export default 'bar' // SyntaxError
}
foo()

上面的代码中，export语句放在函数中，结果报错。

exprot语句输出的值是动态绑定，绑定其所在的模块。

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

上面的代码输出变量foo，值为bar，500毫秒之后变成baz。

import命令

使用export命令定义了模块的对外接口以后，其他JS文件就可以通过import命令加载这个模块（文件）。

js
// main.js

import {firstName, lastName, year} from './profile';

function setName (element) {
  element.textContent = firstName + ' ' + lastName;
}

上面的import命令就用于加载profile.js文件，并从中输入变量。import命令接受一个对象（用大括号表示），里面指定要从其他模块导入的变量名。大括号中的变量名必须与被导入模块（profile.js）对外接口的名称相同。

如果想为输入的变量重新取一个名字，就要在import命令中使用as关键字，将输入的变量重命名。

js
import {lastName as surname} from './profile';

注意，import命令具有提升效果，会提升到整个模块的头部首先执行。

js
foo();

import {foo} from 'my_module';

上面的代码不会报错，因为import的执行早于foo的调用。

如果在一个模块中先输入后输出同一个模块，import语句可以与export语句写在一起。

js
export {es6 as default} from './someMethod';

// 等同于
import {es6} from './someMethod';
export default es6;

上面的代码中，export和import语句可以结合在一起写成一行。但从可读性考虑，不建议采用这种写法，而应该采用标准写法。

另外，ES7有一个提案（https://github.com/leebyron/ecmascript-more-export-from），简化先输入后输出的写法，拿掉了输出时的大括号。

js
// 提案的写法
export v from 'mod';

// 现行的写法
export {v} from 'mod';

import语句会执行所加载的模块，因此可以有下面的写法：

js
import 'lodash'

上面的代码仅仅执行lodash模块，而不输入任何值。

模块的整体加载

除了指定加载某个输出值，还可以使用整体加载，即用星号（*）指定一个对象，所有输出值都加载在这个对象上。

下面是circle.js文件，它输出两个方法：area和circumference。

js
// circle.js

export function area (redius) {
  return Math.PI * radius * radius;
}

export function circumference (radius) {
  return 2 * Math.PI * radius;
}

现在加载这个模块。

js
// main.js

import { area, circumference } from './circle';

console.log(`圆面积：${area(4)}`);
console.log(`圆周长：${circumference(14)}`);

上面的写法是逐一指定要加载的方法，整体加载的写法如下：

js
import * as circle from './circle';

console.log(`圆面积：${circle.area(4)}`);
console.log(`圆周长：${circle.circumference(14)}`);

module命令

module命令可以取代import语句，达到整体输入模块的作用。

js
// main.js

module circle from './circle';

console.log(`圆面积：${circle.area(4)}`);
console.log(`圆周长：${circle.circumference(14)}`);

module命令后面跟一个变量，表示输入的模块定义在该变量上。

exprot default命令

从前面的例子可以看出，使用import命令时用户需要知道所要加载的变量名或函数名，否则无法加载。但是，用户肯定希望快速上手，未必愿意阅读文档去了解模块有哪个属性和方法。

为了方便用户，使其不用阅读文档就能加载模块，就要用到export default命令，为模块指定默认输出。

js
// export-default.js
export default function () {
  console.log('foo');
}

上面是模块文件export-default.js的代码，它的默认输出是一个函数。

在其他模块加载该模块时，import命令可以为该匿名函数指定任意名字。

js
// import-default.js
import customName from './export-default';

customName(); // 'foo'

上面的import命令可以用任意名称指定exprot-default.js输出的方法，这时就不需要知道原模块输出的函数名。需要注意是的，这时import命令后面不使用大括号。

export default命令用在非匿名函数前也是可以的。

js
// export-default.js
export default function foo () {
  console.log('foo')
}

// 或者

function foo () {
  console.log('foo');
}

export default foo;

上面的代码中，foo函数的函数名foo在模块外部是无效的。加载时视为匿名函数。

下面比较一下默认输出和正常输出。

js
// 输出
export default function crc32 () {
  // ...
}
// 输入
import crc32 from 'crc32';

// 输出
export function crc32 () {
  // ...
}
// 输入
import {crc32} from 'crc32'

上面的两组写法，第一组使用export default，对应的import语句不需要使用大括号；第二组不使用export default，对应的import语句需要使用大括号。

export default命令用于指定模块的默认输出。显示，一个模块只能有一个默认输出，因此export default命令只能使用一次。所以import命令后面才不用加大括号，因为只可能对应一个方法。

本质上，export default就是输出一个叫作default的变量或方法，然后系统允许你为它取任意名字。所以下面的写法是有效的：

js
// modules.js
function add (x, y) {
  return x + y;
}
export {add as default};

// app.js
import {default as xxxx} from 'modules'

有了export default命令，输入模块时就非常直观了。以输入jQuery模块为例。

js
import $ from 'jquery';

如果想在一条import语句中同时输入默认方法和其他变量，可以写成下面这样：

js
import customName, { otherMethod } from './export-default';

如果要输出默认的值，只需将值跟在export default之后便可。

js
export default 42;

export default也可以用来输出类。

js
// MyClass.js
export default class { ... }

// main.js
import MyClass from 'MyClass';
let o = new MyClass();

模块的继承

模块之间也可以继承。

假设有一个circleplus模块继承了circle模块。

js
// circleplus.js

export * from 'circle';
export var e = 2.71828182846;
export default function (x) {
  return Math.exp(x);
}

上面的export *表示输出circle模块的所有属性和方法。注意，export *命令会忽略circle模块的default方法。之后，又输出了自定义的e变量和默认方法。

这时也可以将circle的属性或方法改名后再输出。

js
// circleplus.js

export {area as circleArea} from 'circle';

上面的代码表示，只输出circle模块的area方法，且将其改名为circleArea。

加载上面的模块的写法如下。

js
// main.js

module math from 'circleplus';
import exp from 'circleplus';
console.log(exp(Math.E));

上面的import exp表示，将circleplus模块的默认方法加载为exp方法。

ES6模块加载的实质

ES6模块加载的机制与CommonJs模块完全不同。CommonJS模块输出的是一个值的拷贝，而ES6模块输出的是值的引用。

CommonJS模块输入的变量是被输出值的拷贝。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。请看下面这个例子：

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

上面的代码输出了内部变量counter和改写这个变量的内部方法incCounter。然后加载上面的模块。

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

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

上面的代码说明，counter输出以后lib.js模块内部的变化就影响不会counter了。

ES6模块的运行机制与CommonJs不一样，它遇到模块加载命令import时不会去执行模块，只会生成一个动态的只读引用。等到真的需要用到时，再到模块中取值。换句话说，ES6的输入有点像UNIX系统的“符号连接”，原始值变了，输入值也会跟着变。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：

js
// lib1.js
export let counter = 3;
export function incCounter () {
  counter++;
}

// main1.js
import { counter, incCounter } from './lib1';
console.log(counter); // 3
incCounter();
console.log(counter); // 4

上面的代码说明，ES6模块输入的变量counter是活的，完全反映其所在模块lib1.js内部的变化。

再举一个之前出现过的例子：

js
// 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);

上面的代码中，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。

shell
$ babel-node m2.js

bar
baz

上面的代码表明，ES6模块不会缓存运行结果，而动态地去被加载的模块中取值，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。

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

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

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

上面的代码中，main.js从lib.js输入变量obj，可以对obj添加上，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。

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。

js
// 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。

但实际上这是很难避免的，尤其是依赖关系复杂的大项目中，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模块加载的原理

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文件时就会执行整个脚本，然后在内存中生成一个对象：

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

上面的代码中，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。此外还有很多属性，这里省略了。

以后需要用到这个模块的时候，就会到exports属性上取值。即使再次执行require命令，也不会再次执行该模块，而是到缓存中取值。

CommonJS模块的循环加载

CommonJS模块的重要特性是加载时执行。

CommonJS的做法是，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。

我们来看Node.js官方文档（https://nodejs.org/api/modules.html#modules_cycles）中的例子。脚本文件a.js代码如下：

js
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');

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

再看b.js代码：

js
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');

上面的代码中，b.js执行到第2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。

js
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来验证这个过程。

js
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：

shell
$ 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中a.js没有执行完毕，只执行了第一行。二是，main.js执行到第2行时不会再次执行b.js，而是输出缓存的b.js的执行结果，即其第4行。

总之，CommonJS输入的是被输出值的拷贝，而不是引用。

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，遇到模块加载命令import时不会去执行模块，只是生成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时能够取到值。

请看下面的例子（摘自 Dr.Axel Rauschmayer 的 Exploring ES6 http://exploringjs.com/es6/ch_modules.html）。

js
// a.js
import {bar} from './b.js';
export function foo () {
  bar();
  console.log('执行完毕');
}
foo();

// b.js
import {foo} from './a.js';
export function bar () {
  if (Math.random() > 0.5) {
    foo();
  }
}

按照CommonJS规范，上面的代码是无法执行。a先加载b，然后b又加载a，这时a还没有任何执行结果，所以输出的结果为null，即对于b.js来说，变量foo的值等于null，后面的foo()会报错。

但是ES6可以执行上面的代码。

shell
$ babel-node a.js

执行完毕

a.js之所以能够执行，原因就在于ES6加载的变量都是动态引用其所在模块。只要引用是存在的，代码就能够执行。

再来看ES6模块加载器SystemJS（https://github.com/ModuleLoader/es6-module-loader/blob/master/docs/circular-references-bindings.md）给出的一个例子：

js
// 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)
}

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

运行上面这段代码，结果如下。

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

上面的代码中，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()一共执行11次，加上前面的6次，所以counter等于17。

这个例子要是改写成CommonJS代码，就根本无法执行，会报错。

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

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

上面的代码中，even.js加载odd.js，而odd.js又去加载even.js，形成“循环加载”。这里，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中变量even等于null，等到后面调用even(n - 1)就会报错。

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

ES6模块的转码

浏览器目前还不支持ES6模块，为了现在就能使用，可以将其转为ES5的写法。除了Babel可以用来转码外，以下两个方法也可以用来转码。

ES6 module transplier

ES6 module transplier（https://github.com/esnext/es6-module-transpiler）是Square公司的一个开源转码器，可以将ES6模块转为CommonJS模块或AMD模块的写法，从而在浏览器中使用。

首先，安装这个转码器：

shell
$ npm i -g es6-module-transpiler

然后，使用compile-modules convert命令将ES6模块文件转码：

shell
$ compile-modules convert file1.js file2.js

-o参数可以指定转码后的文件名：

shell
$ compile-modules convert -o out.js file1.js

SystemJS

另一种解决方法是使用SystemJS（https://github.com/systemjs/systemjs）。它是一个垫片库（polyfill），可以在浏览器内加载ES6模块、AMD模块和CommonJS模块，将其转为ES5格式。它在后台调用的是Google和Traceur转码器。

使用时，先在网页内载入

html
<script src="system.js"></script>

然后，使用System.import方法加载模块文件

html
<script>
  System.import('./app');
</script>

上面的./app指的是当前目录下的app.js文件。它可以是ES6模块文件，System.import会自动将其转码。

需要注意的是，System.import使用异步加载返回一个Promise对象，可以针对这个对象编程。

下面是一个模块文件。

js
// app/es6-file.js

export class q {
  constructor () {
    this.es6 = 'hello';
  }
}

然后，在网页加载这个模块文件。

html
<script>
  System.import('app/es6-file').then(function (m) {
    console.log(new m.q().es6); // hello
  })
</script>

以上，摘抄自阮一峰老师的《ES6标准入门》

JavaScriptES6
装饰器（Decorator）
ES6编程风格