《深入浅出Node.js》：node的模块规范与模块实现

Node前言介绍

Node的目标是成为一个构建快速、可伸缩的网络应用平台，通过通信协议来组织许多Node，非常容易通过扩展来达成构建大型网络应用的目的。

Node作为后端JavaScript的运行平台，保留了前端浏览器JavaScript中那些熟悉的接口，没有改写语言本身的任何特性，依旧基于作用域和原型链，区别在于它将前端中广泛运用的思想迁移到服务器端。

Node支持异步I/O、事件与回调函数、单线程，并且跨平台。

基于以上支持点，Node擅于应用的场景包括：I/O密集型、CPU密集型、分布式应用。

Node使用模块化来组织JS代码，模块规范采用CommonJS规范。

对于JavaScript语言本身来说，有几个方面的天然缺陷：

• 没有模块系统。
• 标准库较少。ES仅定义部分核心库，对于文件系统、I/O流等常见需求却没有标准API。
• 没有标准接口。js中没有定义过如Web服务器或数据库之类的标准统一接口。
• 缺乏包管理系统。这导致js应用中没有自动加载和安装依赖的能力。

在ES6中模块之前，CommonJS可以一定程度上弥补没有标准的缺陷。

CommonJS快速介绍

CommonJS对于模块的定义很简单，分为模块定义、模块引用和模块标识3个部分。

 1//math.js  模块定义文件
 2function add(){
 3    var sum = 0,
 4        i = 0,
 5        args = arguments,
 6        l = args.length;
 7    while( i<l ){
 8        sum += args[i++];
 9    }
10    return sum;
11}
12module.exports = {add};
13
14//test.js   模块引用文件，假设与math.js文件在同一目录下
15var math = require("./math");   // 字符串 ./math 就是模块标识；本行代码就是模块引用
16math.add(10, 2);
17
18// 执行test.js文件： node test.js
19// 打印：
20// 12

模块引用：在CommonJS规范中，存在require()方法，这个方法接受模块标识，以此引入一个模块的API到当前上下文中。

模块定义：在模块中，上下文提供require()方法来引入外部模块。对应引入的功能，上下文也提供了module.exports对象用于导出当前模块的方法和变量，并且它还是唯一导出的出口。这里的module是一个对象，表示模块本身，而exports就是它的属性。在Node中，一个文件就是一个模块，将方法挂载在exports对象上作为属性就能导出。然后在另一个文件中，通过require()方法引入模块后，就能调用定义的属性和方法了。

模块标识：它是传递给requrie()方法的参数，它必须是符合小驼峰命名的字符串，或者是以.、..开头的相对路径，或者绝对路径，它可以没有文件名后缀.js。

CommonJS构建的这套模块导出和引入机制使得用户完全不要考虑变量污染。

Node的模块实现

在Node中，也不会完全套用CommonJS规范的，而是有一定取舍，也增加些新的特性。对于module.exports、require()，Node实现起来主要有三个步骤：路径分析、文件定位和编译执行。

Node中的模块包含两种：一类是由Node提供的模块叫核心模块；一类是用户编写的模块叫文件模块。

• 其中核心模块在Node源代码的编译过程中，编译进了二进制执行文件。Node进程启动时核心模块就直接加载进内存中，所以当其被引入时，直接省去文件定位和编译执行两步，并且在路径分析中优先判断，所以其加载速度最快。
• 而文件模块则是在运行时动态加载，需要执行完整三步，所以加载速度略慢。

Node通常优先从缓存中加载，不管要加载的是核心模块还是文件模块。区别仅在于核心模块的缓存检查先于文件模块的缓存检查。

在路径分析中，Node会基于require()方法中的模块标识符进行模块查找。模块标识符主要有以下几类：

• 核心模块，如http、fs、path等，加载速度最快
• .或..开始的相对路径文件模块
• 以/开始的绝对路径文件模块
• 非路径形式的文件模块，如自定义的connect模块

在文件定位中，首先会按照缓存加载的优化策略加载二次引入的模块，否则就按照首次加载策略执行文件定位。

最后就是编译执行阶段。当定位到具体文件后，Node会新建一个模块对象，然后根据路径载入并编译。对于不同的文件扩展名，其载入方法也不同：

• .js文件。通过fs模块同步读取文件后编译执行
• .node文件。这是用C/C++编写的扩展文件，通过dlopen()方法加载最后编译生成的文件
• .json文件。通过fs模块同步读取文件后，用JSON.parse()解析返回结果
• 其余扩展名文件，则者被当作.js文件载入。

这里补充下核心模块相关。核心模块又分为JavaScript核心模块和C/C++核心模块，后者又被称为内建模块。核心模块中有的模块全部由C/C++编写，部分是由C/C++完成核心部分，其他部分则由JavaScript实现包装或向外导出，以满足性能平衡需求。Node中的os、fs、buffer等都是部分通过C/C++写的。

在Node的所有模块类型中，存在着这样的依赖层级关系：文件模块依赖核心模块，核心模块依赖内建模块。通常文件模块不推荐依赖内建模块，如需调用则直接调用核心模块即可，因为核心模块中都已基本封装了内建模块。

除了JavaScript模块外，Node中还可以写C/C++扩展模块，注意这与内建模块是不同的。C/C++扩展模块加载的是.node文件，Node会调用process.dlopen()来加载文件。使用C/C++扩展模块的好处是加载后不需要编译，直接执行之后就可以被外部调用了，加载速度略快于JavaScript模块。

以上简单介绍了Node中的模块：文件模块、核心模块、内建模块和C/C++扩展模块它们各自的区别，下面弄清下它们之间的调用关系：

C/C++内建模块属性最底层的模块，它属于核心模块，主要提供API给JavaScript核心模块和第三方JavaScript文件模块调用。如果不是很了解C/C++内建模块的，尽量避免使用process.binding()方法直接调用。

JavaScript核心模块主要扮演的职责有两类：一类是作为C/C++内建模块的封装层和桥接层，供文件模块调用；一类是纯粹的功能模块，它不需要跟底层打交道，但又非常重要。

文件模块通常由第三方编写，包括普通的JavaScript模块和C/C++扩展模块，主要调用方向为普通JavaScript模块调用扩展模块。

多模块兼容写法

Node使用JavaScript语言有一个很好的优点，那就是一些模块可以在前后端实现共用，这是因为很多API在各个宿主环境下都提供。但实际情况下，前后端的环境有时还是会有区别的。

可以看到Node的模块引入过程主要都是同步的，因为服务器端从磁盘加载资源，所以速度很快，加载的瓶颈在于CPU和内存等资源。而前端由于UI在初始化过程中用户体验的问题，应尽可能减少同步引入模块，避免阻塞，其加载瓶颈在带宽。

所以CommonJS规范更适合于后端，而前端的模块引入使用AMD规范更适宜，或者也可以使用CMD规范。我更习惯于用AMD规范。

为了让同一个模块可以运行在前后端，在写模块时就需要考虑兼容前端也实现模块规范的环境。为保持前后端一致性，类库代码可以包装在一个闭包内，这方面比较典型的就是JQuery了。下面实现一个简单的模块兼容示例，它将兼容Node、AMD、CMD和常见浏览器环境：

 1(function (name, factory) {
 2    // 检测上下文环境是否为AMD或CMD
 3    var hasDefine = typeof define === "function",
 4    // 检测上下文环境是否为Node，也就是支持CommonJS规范
 5        hasModule = typeof module !== "undefined" && module.exports;
 6
 7    if(hasDefine){
 8        // AMD环境或CMD环境
 9        define("method", [], factory);
10    }else if(hasModule) {
11        // 定义为普通Node模块
12        module.exports = factory();
13    }else {
14        //将模块的执行结果挂在window变量中，在浏览器中this指向window对象
15        this.name = factory();
16    }
17
18})("privateModule", function () {
19    var hello = function () {
20        return "Hello Nitx!";
21    }
22
23    return hello;
24})