ES6之Module

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Jun 13, 2018
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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 在语言标准的层面上,实现了模块功能,而且实现得相当简单,完全可以取代 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的静态化,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。
// CommonJS模块let { stat, exists, readFile } = require('fs');// 等同于let _fs = require('fs');let stat = _fs.stat;let exists = _fs.exists;let readfile = _fs.readfile;
上面代码的实质是整体加载 fs 模块(即加载 fs 的所有方法),生成一个对象(_fs),然后再从这个对象上面读取 3 个方法。这种加载称为“运行时加载”,因为只有运行时才能得到这个对象,导致完全没办法在编译时做“静态优化”。
// ES6模块import { stat, exists, readFile } from 'fs';
ES6 模块不是对象,而是通过 export 命令显式指定输出的代码,再通过 import 命令输入。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”或者静态加载,即 ES6 可以在编译时就完成模块加载,效率要比 CommonJS 模块的加载方式高。当然,这也导致了没法引用 ES6 模块本身,因为它不是对象。

export

// 导出单个特性export let name1, name2, …, nameN; // also var, constexport let name1 = …, name2 = …, …, nameN; // also var, constexport function FunctionName(){...}export class ClassName {...}// 导出列表export { name1, name2, …, nameN };// 重命名导出export { variable1 as name1, variable2 as name2, …, nameN };// 默认导出export default expression;export default function (…) { … } // also class, function*export default function name1(…) { … } // also class, function*export { name1 as default, … };// Aggregating modulesexport * from …;export { name1, name2, …, nameN } from …;export { import1 as name1, import2 as name2, …, nameN } from …;export { default } from …;
一个模块就是一个独立的文件。该文件内部的所有变量,外部无法获取。如果你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。
export 命令可以出现在模块的任何位置,只要处于模块顶层就可以,所以不能出现块级作用域内。优先考虑使用在文件尾部 export,方便浏览输出了哪些变量,使用 as 关键字重命名,所以一个对象可以多次输出。
export 命令规定的是对外的接口,必须与模块内部的变量建立一一对应关系。
// 报错export 1;// 报错var m = 1;export m;// 写法一export var m = 1;// 写法二var m = 1;export {m};// 写法三var n = 1;export {n as m};
另外,export 语句输出的接口,与其对应的值是动态绑定关系,即通过该接口,可以取到模块内部实时的值。
// test.tsexport let foo = 'bar';setTimeout(() => foo = 'baz', 500); // 输出变量foo,值为bar,500 毫秒之后变成baz。// main.tsimport { foo } from './test';console.log(foo);   // barsetTimeout(() => console.log(foo), 100);    // baz

import

import defaultExport from "module-name";import * as name from "module-name";import { export } from "module-name";import { export as alias } from "module-name";import { export1 , export2 } from "module-name";import { foo , bar } from "module-name/path/to/specific/un-exported/file";import { export1 , export2 as alias2 , [...] } from "module-name";import defaultExport, { export [ , [...] ] } from "module-name";import defaultExport, * as name from "module-name";import "module-name";var promise = import("module-name");//这是一个处于第三阶段的提案。
import 输入的变量(或整个模块)都是只读的,因为它的本质是输入接口,所以不允许在加载模块的脚本里面改写接口。但如果输入变量 a 是一个对象,改写其属性是允许的,并且其他模块也可以读到改写后的值。不过这种写法很难查错,建议凡是输入的变量都当作完全只读,不要轻易改变它的属性。可以使用 as 将输入的变量重命名,
import A, { a } from './xxx.js'a = {}; // Syntax Error : 'a' is read-only;A.a = {};   // errora.foo = 'hello'; // okA.a.foo = 1;    // ok
import 命令具有提升效果,会提升到整个模块的头部,首先执行。原因是 import 命令是编译阶段执行的,所以不能使用表达式和变量。
foo();  // okimport { foo } from 'my_module';import { 'f' + 'oo' } from 'my_module'; // errorlet module = 'my_module';import { foo } from module;  // errorif (x === 1) {  import { foo } from 'module1';     // error} else {  import { foo } from 'module2';     // error}
import 语句是 Singleton 模式,所以多次重复执行同一句 import 语句,那么只会执行一次。下面 foo 和 bar 在两个语句中加载,但是它们对应的是同一个 my_module 实例。
// 多次加载,但只会执行一次import 'lodash';import 'lodash';import { foo } from 'my_module';import { bar } from 'my_module';// 等同于import { foo, bar } from 'my_module';

整体模块与默认变量

先说简单的 import
import { area, circumference } from './circle';// 等效于import * as circle from './circle';const { area, circumference } = circle;
一个模块只能有一个 export default 的默认输出,所以 import 不加大括号输入的内容,即是模块的默认输出。本质上,export default 就是输出一个叫做 default 的变量或方法,然后系统允许你为它取任意名字。
// modules.jsfunction add(x, y) {  return x * y;}export {add as default};// 等同于// export default add;// app.jsimport { default as foo } from 'modules';// 等同于// import foo from 'modules';// test.jsexport var a = 1;   // okexport default var a = 1;   // error。将变量a的值赋给变量default,所以报错export 42;   // okvar a = 1;export default a;   // okexport default 42;   // ok// 报错

export 与 import 的复合写法

export { foo, bar } from 'my_module';// 可以简单理解为import { foo, bar } from 'my_module';export { foo, bar };
注意,foo 和 bar 实际上并没有被导入当前模块,只是相当于对外转发了这两个接口,导致当前模块不能直接使用 foo 和 bar。
// 接口改名export { foo as myFoo } from 'my_module';// 具名接口与默认接口相互改写export { es6 as default } from './someModule';  // 这里的default会占用当前文件的default,所以当前模块不能再有 export defaultexport { default } from './someModule'; // (同上)export { default as es6 } from './someModule';// 整体输出,可以看作模块的继承。。但是会忽略my_module模块的default方法,所以需要将my_module的default改写export * from 'my_module';  // 很重要!!!export { default as defaultMyModule } from 'my_module';// 下面三种没有符合写法import * as someIdentifier from "someModule";import someIdentifierDefault from "someModule";import someIdentifierDefault, { namedIdentifier } from "someModule";

跨模块常量

前面介绍了 export 语句输出的接口,与其对应的值是动态绑定关系,即通过该接口,可以取到模块内部实时的值。即使 const 声明的常量只在当前代码块有效,也可以通过 export 设置跨模块的常量(即跨多个文件),然后该值被多个模块共享。
// constants/db.jsexport const db = {  url: 'http://my.couchdbserver.local:5984',  admin_username: 'admin',  admin_password: 'admin password'};// constants/user.jsexport const users = ['root', 'admin', 'staff', 'ceo', 'chief', 'moderator'];// constants/index.jsexport {db} from './db';export {users} from './users';// script.jsimport {db, users} from './constants/index';

其他

ES2020 提案 引入 import()函数,支持动态加载模块。

浏览器加载

传统方法

默认情况下,浏览器是同步加载 JavaScript 脚本,即渲染引擎遇到<script>标签就会停下来,等到执行完脚本,再继续向下渲染。如果是外部脚本,还必须加入脚本下载的时间。 浏览器允许脚本异步加载,下面就是两种异步加载的语法。渲染引擎遇到这一行命令,就会开始下载外部脚本,但不会等它下载和执行,而是直接执行后面的命令。
<script src="path/to/myModule.js" defer></script><script src="path/to/myModule.js" async></script>
defer 与 async 的区别是:defer 要等到整个页面在内存中正常渲染结束(DOM 结构完全生成,以及其他脚本执行完成),才会执行;async 一旦下载完,渲染引擎就会中断渲染,执行这个脚本以后,再继续渲染。一句话,defer 是“渲染完再执行”,async 是“下载完就执行”。另外,如果有多个 defer 脚本,会按照它们在页面出现的顺序加载,而多个 async 脚本是不能保证加载顺序的。

加载规则

浏览器加载 ES6 模块,也使用<script>标签,但是要加入 type=“module”属性。ES6 模块是异步加载,不会造成堵塞浏览器,即等到整个页面渲染完,再执行模块脚本,等同于打开了<script>标签的 defer 属性。多个模块会按照在页面出现的顺序依次执行。
<script type="module" src="./foo.js"></script><!-- 等同于 --><script type="module" src="./foo.js" defer></script>
使用 async 属性后,则只要加载完成,渲染引擎就会中断渲染立即执行,执行完成后再恢复渲染,不保证执行顺序。
ES6 模块也允许内嵌在网页中,语法行为与加载外部脚本完全一致。
<script type="module">  import utils from "./utils.js";  // other code</script>
对于外部的模块脚本,有几点需要注意。
  • 代码是在模块作用域之中运行,而不是在全局作用域运行。模块内部的顶层变量,外部不可见。
  • 模块脚本自动采用严格模式,不管有没有声明 use strict。
  • 模块之中,可以使用 import 命令加载其他模块(.js 后缀不可省略,需要提供绝对 URL 或相对 URL),也可以使用 export 命令输出对外接口。
  • 模块之中,顶层的 this 关键字返回 undefined,而不是指向 window。也就是说,在模块顶层使用 this 关键字,是无意义的。
  • 同一个模块如果加载多次,将只执行一次。
import utils from 'https://example.com/js/utils.js';const x = 1;console.log(x === window.x); //falseconsole.log(this === undefined); // true// 侦测当前代码是否在 ES6 模块之中const isNotModuleScript = this !== undefined;

ES6 模块与 CommonJS 模块的差异

讨论 Node.js 加载 ES6 模块之前,必须了解 ES6 模块与 CommonJS 模块完全不同。它们有两个重大差异。
  • CommonJS 模块输出的是一个值的拷贝,ES6 模块输出的是值的引用。
  • CommonJS 模块是运行时加载,ES6 模块是编译时输出接口。
第二个差异是因为 CommonJS 加载的是一个对象(即 module.exports 属性),该对象只有在脚本运行完才会生成。而 ES6 模块不是对象,它的对外接口只是一种静态定义,在代码静态解析阶段就会生成。
CommonJS 模块输出的是值的拷贝,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。除非写成一个函数,才能得到内部变动后的值。
// lib.jsvar counter = 3;function incCounter() {  counter++;}module.exports = {  get counter() {    return counter  },  incCounter: incCounter,};
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。换句话说,ES6 的 import 有点像 Unix 系统的“符号连接”,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。
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。

Node.js 加载

Node.js 对 ES6 模块的处理比较麻烦,因为它有自己的 CommonJS 模块格式,与 ES6 模块格式是不兼容的。目前的解决方案是,将两者分开,ES6 模块和 CommonJS 采用各自的加载方案。从 v13.2 版本开始,Node.js 已经默认打开了 ES6 模块支持。
Node.js 要求 ES6 模块采用.mjs 后缀文件名,默认启用严格模式。如果不希望将后缀名改成.mjs,可以在项目的 package.json 文件中,指定 type 字段为 module。一旦设置了以后,该目录里面的 JS 脚本,就被解释用 ES6 模块。
"type": "module",
如果没有 type 字段,或者 type 字段为 commonjs,则.js 脚本会被解释成 CommonJS 模块。ES6 模块与 CommonJS 模块尽量不要混用。 require 命令不能加载.mjs 文件,会报错,只有 import 命令才可以加载.mjs 文件。反过来,.mjs 文件里面也不能使用 require 命令,必须使用 import。

main 字段

package.json 文件有两个字段可以指定模块的入口文件:main 和 exports。比较简单的模块,可以只使用 main 字段,指定模块加载的入口文件。
// ./node_modules/es-module-package/package.json{  "type": "module",  "main": "./src/index.js"}// ./my-app.mjsimport { something } from 'es-module-package';// 实际加载的是 ./node_modules/es-module-package/src/index.js
运行该脚本以后,Node.js 就会到./node_modules 目录下面,寻找 es-module-package 模块,然后根据该模块 package.json 的 main 字段去执行入口文件。这时,如果用 CommonJS 模块的 require()命令去加载 es-module-package 模块会报错,因为 CommonJS 模块不能处理 export 命令。

exports 字段

exports 字段的优先级高于 main 字段。它有多种用法。
(1)子目录别名:package.json 文件的 exports 字段可以指定脚本或子目录的别名。
// ./node_modules/es-module-package/package.json{  "exports": {    "./submodule": "./src/submodule.js",    "./features/": "./src/features/"  }}import submodule from 'es-module-package/submodule';// 加载 ./node_modules/es-module-package/src/submodule.jsimport feature from 'es-module-package/features/x.js';// 加载 ./node_modules/es-module-package/src/features/x.js
如果没有指定别名,就不能用“模块+脚本名”这种形式加载脚本。
// 报错import submodule from 'es-module-package/private-module.js';// 不报错import submodule from './node_modules/es-module-package/private-module.js';
(2)main 的别名:exports 字段的别名如果是.,就代表模块的主入口,优先级高于 main 字段,并且可以直接简写成 exports 字段的值。
{  "exports": {    ".": "./main.js"  }}// 等同于{  "exports": "./main.js"}
兼容不支持 ES6 旧版本的 Node.js。
{  "main": "./main-legacy.cjs",  "exports": {    ".": "./main-modern.cjs"  }}
(3)条件加载:利用.这个别名,可以为 ES6 模块和 CommonJS 指定不同的入口。目前,这个功能需要在 Node.js 运行的时候,打开–experimental-conditional-exports 标志。只有别名.的情况下可以简写 exports。
{  "type": "module",  "exports": {    ".": {      "require": "./main.cjs",      "default": "./main.js"    },    "./feature": "./lib/feature.js"  }}

ES6 模块加载 CommonJS 模块

// ./node_modules/pkg/index.cjsexports.name = 'value';// ./node_modules/pkg/wrapper.mjsimport cjsModule from './index.cjs';export const name = cjsModule.name;
注意,import 命令加载 CommonJS 模块,只能整体加载,不能只加载单一的输出项(解构式加载)。

CommonJS 模块加载 ES6 模块

CommonJS 的 require 命令不能加载 ES6 模块,会报错,只能使用 import()这个方法加载。
(async () => {  await import('./my-app.mjs');})();

其他

Node.js 的内置模块可以整体加载,也可以加载指定的输出项。
ES6 模块的加载路径必须给出脚本的完整路径,不能省略脚本的后缀名。import 命令和 package.json 文件的 main 字段如果省略脚本的后缀名,会报错。为了与浏览器的 import 加载规则相同,Node.js 的.mjs 文件支持 URL 路径。
// ES6 模块中将报错import { something } from './index';import './foo.mjs?query=1'; // 加载 ./foo 传入参数 ?query=1
脚本路径带有参数?query=1,Node 会按 URL 规则解读。同一个脚本只要参数不同,就会被加载多次,并且保存成不同的缓存。由于这个原因,只要文件名中含有:、%、#、?等特殊字符,最好对这些字符进行转义。
目前,Node.js 的 import 命令只支持加载本地模块(file:协议)和 data:协议,不支持加载远程模块。另外,脚本路径只支持相对路径,不支持绝对路径(即以/或//开头的路径)。Node 的 import 命令是异步加载,这一点与浏览器的处理方法相同。
ES6 模块应该是通用的,同一个模块不用修改,就可以用在浏览器环境和服务器环境。为了达到这个目标,Node 规定 ES6 模块之中不能使用 CommonJS 模块的特有的一些内部变量。
首先,就是 this 关键字。ES6 模块之中,顶层的 this 指向 undefined;CommonJS 模块的顶层 this 指向当前模块,这是两者的一个重大差异。其次,以下这些顶层变量在 ES6 模块之中都是不存在的。
  • arguments
  • require
  • module
  • exports
  • __filename
  • __dirname

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。“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,因此应该避免出现。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 的一个模块,就是一个脚本文件。require 命令第一次加载该脚本,就会执行整个脚本,然后在内存生成一个对象。
{  id: '...',  exports: { ... },  loaded: true,  ...}
上面代码就是 Node 内部加载模块后生成的一个对象。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。其他还有很多属性,这里都省略了。
以后需要用到这个模块的时候,就会到 exports 属性上面取值。即使再次执行 require 命令,也不会再次执行该模块,而是到缓存之中取值。也就是说,CommonJS 模块无论加载多少次,都只会在第一次加载时运行一次,以后再加载,就返回第一次运行的结果,除非手动清除系统缓存。
CommonJS 模块的重要特性是加载时执行,即脚本代码在 require 的时候,就会全部执行。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。
(跳过 CommonJS 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,如果使用 import 从一个模块加载变量(即 import foo from ‘foo’),那些变量不会被缓存,而是成为一个指向被加载模块的引用,需要开发者自己保证,真正取值的时候能够取到值。
因 ES6 是编译时完成模块加载,所以当发现需要加载新模块时,会暂停后面的定义导出,此时其他模块来引用当前模块还未导出的定义就会报错。

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