模块化-CommonJs、AMD、CMD、ES6

  • 2020 年 11 月 16 日
  • 笔记

在了解AMD，CMD规范前，还是需要先来简单地了解下什么是模块化，模块化开发？模块化是指在解决某一个复杂问题或者一系列的杂糅问题时，依照一种分类的思维把问题进行系统性的分解以之处理。模块化是一种处理复杂系统分解为代码结构更合理，可维护性更高的可管理的模块的方式。可以想象一个巨大的系统代码，被整合优化分割成逻辑性很强的模块时，对于软件是一种何等意义的存在。对于软件行业来说：解耦软件系统的复杂性，使得不管多么大的系统，也可以将管理，开发，维护变得“有理可循”。

模块化理解

1. 什么是模块

  • 将复杂的程序依据一定的规则(规范)拆分成多个模块(文件)
  • 模块的内部数据与实现是私有的, 只是向外部暴露一些接口(方法)与外部其它模块通信

2. 模块化的进化过程

  • 全局function : 将不同的功能封装成不同的全局函数

    缺点：虽说可以实现一定的封装效果，但是大量的全局函数，污染全局命名空间，容易引起命名冲突

function module1 () {
  //...
}
function module2 () {
  //...
}

  • 命名空间 : 简单对象封装

    缺点：减少了全局变量，解决命名冲突，但是外部可以直接修改模块内部的数据

let module = {
  data: 'aaa',
  func () {
    console.log(`${this.data}`)
  }
}
module.data = 'bbb' // 直接修改模块内部的数据
module.fn() // bbb

  • IIFE：(自执行函数)

    缺点：实现数据私有, 外部只能通过暴露的方法操作，如果当前这个模块依赖另一个模块怎么办?

  // module.js文件()
(function (window) {
  let data = 'aaa'
  function func () {
    console.log(`${this.data}`)
  }
  //暴露接口
  window.module = { func }
})(window)

// index.html文件
<script type="text/javascript" src="module.js"></script>
<script type="text/javascript">
  module.func() // aaa
  console.log(module.data) // undefined 不能访问模块内部数据
  module.data = 'bbb' // 不能修改的模块内部数据
  module.func() // aaa
</script>

  • IIFE增强 : 引入依赖

  // module.js文件
(function (window, $) {
  let data = 'aaa'
  function func () {
    console.log(`${this.data}`)
  }
  function func2 () {
    $('body').css('background', 'red')
  }
  //暴露接口
  window.module = { func, func2 }
})(window, jQuery)

 // index.html文件
  <!-- 引入的js必须有一定顺序 -->
  <script type="text/javascript" src="jquery.js"></script>
  <script type="text/javascript" src="module.js"></script>
  <script type="text/javascript">
    module.func2()
  </script>

上面引入jQuery库，就把这个库当作参数传入，保证模块的独立性，使得模块之间的依赖关系变得明显。

3. 模块化的作用

通过上面的模块拆分，我们发现：

  • 减少了全局变量，有效的避免了命名污染
  • 更好的分离，按需加载
  • 提高了复用性，维护性

但是比较复杂的应用，模块比较多，难免需要引入多个<script>，这样又会出现其他问题：

  • 请求过多
  • 依赖关系模糊

模块化固然有多个好处，然而一个页面需要引入多个js文件，还得按一定的顺序引入，就可能出现因为引入顺序错误而导致整个项目出现严重问题。而这些问题可以通过模块化规范来解决。

模块化规范

  • CommonJs

CommonJS经node.js应运而生，根据CommonJS规范，每一个模块都是一个单独的作用域。也就是说，在该模块内部定义的变量，无法被其他模块读取。在服务器端，模块的加载是运行时同步加载的；在浏览器端，模块需要提前编译打包处理。

其核心思想就是一个单独文件就是一个模块，通过require方法来同步加载要依赖的模块，然后通过extports或module.exports来导出需要暴露的接口。

// module1.js
var data = 5;
var doSomething = function (value) {
  return value + data;
};
// 暴露的接口
module.exports.data = data;
module.exports.doSomething = doSomething;

上面代码通过 module.exports 输出变量 data 和函数 doSomething。

var example = require('./module1.js');
console.log(example.data); // 5
console.log(example.doSomething(1)); // 6

require命令用于加载模块文件。require命令的基本功能是，读入并执行一个JavaScript文件，然后返回该模块的exports对象。

优点：服务器端模块复用性，NPM中模块包多，有将近20万个。

缺点：加载模块是同步的，只有加载完成后才能执行后面的操作，也就是说现加载现用，不仅加载速度慢，而且还会导致性能、可用性、调试和跨域访问等问题。由于Node.js主要用于服务器编程，加载的模块文件一般都存在本地硬盘，加载起来比较快，不用考虑异步加载的方式，因此，CommonJS规范比较适用。然而，这并不适合在浏览器环境，同步意味着阻塞加载，浏览器资源是异步加载的，鉴于浏览器的情况，为了解决上述同步加载问题，实现异步加载依赖模块，因此有了AMD、CMD解决方案。

  • AMD （Asynchronous Module Definition）

AMD 是 RequireJS 在推广过程中对模块定义的规范化产出。AMD规范是异步加载模块，允许指定回调函数。对于依赖的模块，AMD 推崇提前执行(依赖前置)，不过 RequireJS 从 2.0 开始，也改成可以延迟执行（根据写法不同，处理方式不同）。

其核心接口是：define(id?, dependencies?, factory) ，它要在声明模块的时候指定所有的依赖 dependencies ，并且还要当做形参传到factory 中，对于依赖的模块提前执行，依赖前置。

// a.js (定义没有依赖的模块)
define(function () {
    let data = 'aaa'
    function doSomething () {
        console.log(data)
    }
    return { doSomething } // 暴露接口
})

// b.js (定义有依赖的模块)
define(['c'], function (c) {
    let data = 'bbb'
    function doSomething () {
        console.log(data + c.getData())
    }
    return { doSomething } // 暴露接口
})

// c.js (此模块为 b.js 依赖)
define(function () {
    let data = 'ccc'
    function getData () {
        return data
    }
    return { getData } // 暴露接口
})

// 引入依赖的模块
require(['./a', './b'], function (a, b) { // 依赖必须一开始就写好
  a.doSomething()
  // ...
  b.doSomething()
  // ...
})

<body>
    <!-- 引入require.js并指定js主文件的入口 -->
    <script data-main="./index" src="//cdn.staticfile.org/require.js/2.3.6/require.min.js"></script>
    <script>
        setTimeout(() => {
            console.log('setTimeout')
        }, 0)
    </script>
</body>

require()函数在加载依赖的函数的时候是异步加载的，这也是我在这里放了个setTimeout证实一下，这样浏览器不会失去响应，它指定的回调函数，只有前面的模块都加载成功后，才会运行，解决了依赖性的问题。AMD的异步加载解决了阻塞加载、性能问题，模块之间的依赖关系也能清楚的显示出来。

  • CMD （Common Module Definition）

CMD 是 SeaJS 在推广过程中对模块定义的规范化产出。CMD规范和 AMD 很相似，解决同样问题，只是运行机制不同。对于依赖的模块，CMD 推崇延迟执行（依赖就近）。

// a.js(定义没有依赖的模块)
define(function (require, exports, module) {
    let data = 'aaa'
    function doSomething () {
        console.log(data)
    }
    exports.doSomething = doSomething // 暴露接口
})

// b.js (定义有依赖的模块)
define(function (require, exports, module) {
    let data = 'bbb'
    function doSomething () {
        var c = require('./c') // 依赖可以就近书写  
        console.log(data + c.data)
    }
    exports.doSomething = doSomething // 暴露接口
})

// c.js (此模块为 b.js 依赖)
define(function (require, exports, module) {
    let data = 'ccc'
    exports.data = data // 暴露模块
})

// 引入依赖的模块
define(function (require, exports, module) {
  //引入依赖模块(异步)
  require.async('./a', function (a) {
    a.doSomething()
    console.log('a是异步的')
  })
  //引入依赖模块(同步)
  var b = require('./b') // 依赖可以就近书写  
  b.doSomething()
  // ... 
  var c = require('./c') // 依赖可以就近书写  
  console.log(c.data)
  // ...
})

<body>
    <script src="//cdn.staticfile.org/seajs/3.0.3/sea.js"></script>
    <script>
        setTimeout(() => {
            console.log('setTimeout')
        }, 0)
        seajs.use('./index')
    </script>
</body>

  • ES6

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。

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。为了提供方便，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。

// a.js (定义模块)
var data = 'aaa'
var doSomething = function () {
  console.log('log: ' + data)
};
export { data, doSomething }

// 引用模块 
import { data, doSomething } from './a'

这里在语法不做过多介绍，主要说一说 ES6 模块 与 CommonJS 模块 的差异。

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。

我们来看看第一个差异，CommonJS模块的加载机制：

// module1.js
var data = 5;
var doSomething = function () {
  data++;
};
// 暴露的接口
module.exports.data = data;
module.exports.doSomething = doSomething;

var example = require('./module1.js');
console.log(example.data); // 5
example.doSomething(); 
console.log(example.data); // 5

ES6 模块的加载机制:

// module1.js
let data = 5;
function doSomething() {
  data++;
}
export { data, doSomething }

import { data, doSomething } from './module1';
console.log(data); // 5
doSomething();
console.log(data); // 6

ES6 模块的运行机制与 CommonJS 不一样。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。

总结

  • CommonJS 模块输出的是一个值的拷贝，CommonJS 模块是运行时加载，CommonJS规范主要用于服务端编程，加载模块是同步的，同步意味着阻塞加载，浏览器资源是异步加载的，因此有了AMD、CMD解决方案。
  • AMD 是 RequireJS 在推广过程中对模块定义的规范化产出。AMD规范在浏览器环境中异步加载模块，而且可以并行加载多个模块。AMD 的 API 默认是一个当多个用，对于依赖的模块，AMD 推崇提前执行(依赖前置)
  • CMD 是 SeaJS 在推广过程中对模块定义的规范化产出。CMD 的 API 严格区分，推崇职责单一，加载模块是异步的，CMD 推崇延迟执行（依赖就近）。
  • ES6 模块输出的是值的引用，ES6 模块是编译时输出接口，ES6 在语言标准的层面上，实现了模块功能简单，完全可以成为浏览器和服务器通用的模块解决方案。

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