JavaScript模块循环加载

“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。

// 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，因此应该避免出现。

但是实际上，这是很难避免的，尤其是依赖关系复杂的大项目，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。

本文介绍JavaScript语言如何处理”循环加载”。目前，最常见的两种模块格式CommonJS和ES6，处理方法是不一样的，返回的结果也不一样。

一、CommonJS模块的加载原理

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，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。其他还有很多属性，这里都省略了。（详细介绍情参见《require() 源码解读》。）

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。

二、CommonJS模块的循环加载

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。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。

让我们来看，官方文档里面的例子。脚本文件a.js代码如下。

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');

上面代码之中，a.js脚本先输出一个done变量，然后加载另一个脚本文件b.js。注意，此时a.js代码就停在这里，等待b.js执行完毕，再往下执行。

再看b.js的代码。

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');

上面代码之中，b.js执行到第二行，就会去加载a.js，这时，就发生了”循环加载”。系统会去a.js模块对应对象的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。

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，验证这个过程。

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。

$ 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之中，a.js没有执行完毕，只执行了第一行。二是，main.js执行到第二行时，不会再次执行b.js，而是输出缓存的b.js的执行结果，即它的第四行。

exports.done = true;

三、ES6模块的循环加载

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，而是只生成一个引用。等到真的需要用到时，再到模块里面去取值。

因此，ES6模块是动态引用，不存在缓存值的问题，而且模块里面的变量，绑定其所在的模块。请看下面的例子。

// 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。

让我们看看，m2.js能否正确读取这个变化。

$ babel-node m2.js

bar
baz

上面代码表明，ES6模块不会缓存运行结果，而是动态地去被加载的模块取值，以及变量总是绑定其所在的模块。

这导致ES6处理”循环加载”与CommonJS有本质的不同。ES6根本不会关心是否发生了”循环加载”，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，真正取值的时候能够取到值。

请看下面的例子（摘自 Dr. Axel Rauschmayer 的《Exploring ES6》）。

// 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，上面的代码是没法执行的。a先加载b，然后b又加载a，这时a还没有任何执行结果，所以输出结果为null，即对于b.js来说，变量foo的值等于null，后面的foo()就会报错。

但是，ES6可以执行上面的代码。

$ 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的模块。只要引用是存在的，代码就能执行。

我们再来看ES6模块加载器SystemJS给出的一个例子。

// 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);
}

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

运行上面这段代码，结果如下。

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

上面代码中，参数n从10变为0的过程中，foo()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，foo()一共会执行11次，加上前面的6次，所以变量counter等于17。

这个例子要是改写成CommonJS，就根本无法执行，会报错。

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

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

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

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