JS模块化编程详解

一、前言

AMD、CMD、CommonJs是ES5中提供的模块化编程方案，import/export是ES6中新增的模块化编程方案。

那么，究竟什么什么是AMD、CMD、CommonJs？他们之间又存在什么区别呢？项目开发应该选用哪种模块化编程规范，又是如何使用？本篇博文将一一解答以上疑问。

二、AMD-异步模块定义

AMD是”Asynchronous Module Definition”的缩写，即”异步模块定义”。它采用异步方式加载模块，模块的加载不影响它后面语句的运行。

这里异步指的是不堵塞浏览器其他任务（dom构建，css渲染等），而加载内部是同步的（加载完模块后立即执行回调）。

RequireJS：是一个AMD框架，可以异步加载JS文件，按照模块加载方法，通过define()函数定义，第一个参数是一个数组，里面定义一些需要依赖的包，第二个参数是一个回调函数，通过变量来引用模块里面的方法，最后通过return来输出。

AMD是RequireJS在推广过程中对模块定义的规范化产出，它是一个概念，RequireJS是对这个概念的实现，就好比JavaScript语言是对ECMAScript规范的实现。AMD是一个组织，RequireJS是在这个组织下自定义的一套脚本语言。

不同于CommonJS，它要求两个参数：

require([module], callback);

第一个参数[module]，是一个数组，里面的成员是要加载的模块，callback是加载完成后的回调函数。如果将上述的代码改成AMD方式：

require(['math'], function(math) {
  math.add(2, 3);
})

其中，回调函数中参数对应数组中的成员（模块）。

requireJS加载模块，采用的是AMD规范。也就是说，模块必须按照AMD规定的方式来写。

具体来说，就是模块书写必须使用特定的define()函数来定义。如果一个模块不依赖其他模块，那么可以直接写在define()函数之中。

define(id, dependencies, factory);

• id：模块的名字，如果没有提供该参数，模块的名字应该默认为模块加载器请求的指定脚本名字；
• dependencies：模块的依赖，已被模块定义的模块标识的数组字面量。依赖参数是可选的，如果忽略此参数，它应该默认为 ["require", "exports", "module"]。然而，如果工厂方法的长度属性小于3，加载器会选择以函数的长度属性指定的参数个数调用工厂方法。
• factory：模块的工厂函数，模块初始化要执行的函数或对象。如果为函数，它应该只被执行一次。如果是对象，此对象应该为模块的输出值。

假定现在有一个math.js文件，定义了一个math模块。那么，math.js书写方式如下：

// math.js
define(function() {
  var add = function(x, y) {
    return x + y;
  }

  return  {
    add: add
  }
})

加载方法如下：

// main.js
require(['math'], function(math) {
  alert(math.add(1, 1));
})

如果math模块还依赖其他模块，写法如下：

// math.js
define(['dependenceModule'], function(dependenceModule) {
    // ...
})

当require()函数加载math模块的时候，就会先加载dependenceModule模块。当有多个依赖时，就将所有的依赖都写在define()函数第一个参数数组中，所以说AMD是依赖前置的。这不同于CMD规范，它是依赖就近的。
CMD

三、CMD-同步模块定义

CMD 即Common Module Definition通用模块定义，是SeaJS在推广过程中对模块定义的规范化产出，是一个同步模块定义，是SeaJS的一个标准，SeaJS是CMD概念的一个实现，SeaJS是淘宝团队玉伯提供的一个模块开发的js框架。CMD规范是国内发展出来的，就像AMD有个requireJS，CMD有个浏览器的实现SeaJS，SeaJS要解决的问题和requireJS一样，只不过在模块定义方式和模块加载（可以说运行、解析）时机上有所不同。

CMD 通过define()定义，没有依赖前置，通过require加载jQuery插件，CMD是依赖就近，在什么地方使用到插件就在什么地方require该插件，即用即返，这是一个同步的概念。

在 CMD 规范中，一个模块就是一个文件。代码的书写格式如下:

define(function(require, exports, module) {
  // 模块代码
});

其中，

• require是可以把其他模块导入进来的一个参数;
• exports是可以把模块内的一些属性和方法导出的;
• module 是一个对象，上面存储了与当前模块相关联的一些属性和方法。

AMD是依赖关系前置,在定义模块的时候就要声明其依赖的模块;
CMD是按需加载依赖就近,只有在用到某个模块的时候再去require，示例代码如下：

// CMD
define(function(require, exports, module) {
  var a = require('./a')
  a.doSomething()
  // 此处略去 100 行
  var b = require('./b') // 依赖可以就近书写
  b.doSomething()
  // ... 
})

// AMD 默认推荐的是
define(['./a', './b'], function(a, b) { // 依赖必须一开始就写好
  a.doSomething()
  // 此处略去 100 行
  b.doSomething()
  ...
}) 

四、CommonJS 规范

CommonJS规范是通过module.exports定义的，在前端浏览器里面并不支持module.exports,通过node.js后端使用。Nodejs端使用CommonJS规范，前端浏览器一般使用AMD、CMD、ES6等定义模块化开发规范。

CommonJS的终极目标是提供一个类似Python，Ruby和Java的标准库。这样的话，开发者可以使用CommonJS API编写应用程序，然后这些应用就可以运行在不同的JavaScript解释器和不同的主机环境中。

在兼容CommonJS的系统中，你可以使用JavaScript开发以下程序：

1. 服务器端JavaScript应用程序;
2. 命令行工具;
3. 图形界面应用程序;
4. 混合应用程序（如，Titanium或Adobe AIR）;

2009年，美国程序员Ryan Dahl创造了node.js项目，将javascript语言用于服务器端编程。这标志"Javascript模块化编程"正式诞生。NodeJS是CommonJS规范的实现，webpack 也是以CommonJS的形式来书写。

node.js的模块系统，就是参照CommonJS规范实现的。在CommonJS中，有一个全局性方法require()，用于加载模块。假定有一个数学模块math.js，就可以像下面这样加载。

var math = require('math');

然后，就可以调用模块提供的方法：

var math = require('math');

math.add(2,3); // 5

CommonJS定义的模块分为:模块引用(require)、 模块定义(exports)、模块标识(module)。
其中，

• require()用来引入外部模块；
• exports对象用于导出当前模块的方法或变量，唯一的导出口；
• module对象就代表模块本身。

虽说NodeJS遵循CommonJS的规范，但是相比也是做了一些取舍，添了一些新东西的。

NPM作为Node包管理器，同样遵循CommonJS规范。

下面讲讲commonJS的原理以及简易实现：

1、原理
浏览器不兼容CommonJS的根本原因，在于缺少四个Node.js环境变量。

module
exports
require
global

只要能够提供这四个变量，浏览器就能加载 CommonJS 模块。

下面是一个简单的示例。

var module = {
  exports: {}
};

(function(module, exports) {
  exports.multiply = function (n) { return n * 1000 };
}(module, module.exports))

var f = module.exports.multiply;
f(5) // 5000 

上面代码向一个立即执行函数提供 module 和 exports 两个外部变量，模块就放在这个立即执行函数里面。模块的输出值放在 module.exports 之中，这样就实现了模块的加载。

2、Browserify 的实现
Browserify 是目前最常用的 CommonJS 格式转换工具。

请看一个例子，main.js 模块加载 foo.js 模块。

// foo.js
module.exports = function(x) {
  console.log(x);
};

// main.js
var foo = require("./foo");
foo("Hi");

使用下面的命令，就能将main.js转为浏览器可用的格式。

$ browserify main.js > compiled.js

其中，Browserify到底做了什么？安装一下browser-unpack，就清楚了。

$ npm install browser-unpack -g

然后，将前面生成的compile.js解包。

$ browser-unpack < compiled.js

[
  {
    "id":1,
    "source":"module.exports = function(x) {\n  console.log(x);\n};",
    "deps":{}
  },
  {
    "id":2,
    "source":"var foo = require(\"./foo\");\nfoo(\"Hi\");",
    "deps":{"./foo":1},
    "entry":true
  }
]

可以看到，browerify 将所有模块放入一个数组，id 属性是模块的编号，source 属性是模块的源码，deps 属性是模块的依赖。

因为 main.js 里面加载了 foo.js，所以 deps 属性就指定 ./foo 对应1号模块。执行的时候，浏览器遇到 require('./foo') 语句，就自动执行1号模块的 source 属性，并将执行后的 module.exports 属性值输出。

五、ES6

有关es6模块特性，强烈推荐阮一峰老师的：ECMAScript 6 入门 - Module 的语法专栏。

要说 ES6 模块特性，那么就先说说 ES6 模块跟 CommonJS 模块的不同之处。

• ES6 模块输出的是值的引用，输出接口动态绑定，而 CommonJS 输出的是值的拷贝；
• ES6 模块编译时执行，而 CommonJS 模块总是在运行时加载。

CommonJS 模块输出的是值的拷贝(原始值的拷贝)，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。

// a.js
var b = require('./b');
console.log(b.foo);
setTimeout(() => {
  console.log(b.foo);
  console.log(require('./b').foo);
}, 1000);

// b.js
let foo = 1;
setTimeout(() => {
  foo = 2;
}, 500);
module.exports = {
  foo: foo,
};
// 执行：node a.js
// 执行结果：
// 1
// 1
// 1

上面代码说明，b 模块加载以后，它的内部 foo 变化就影响不到输出的 exports.foo 了。这是因为 foo 是一个原始类型的值，会被缓存。所以如果你想要在 CommonJS 中动态获取模块中的值，那么就需要借助于函数延时执行的特性。

// a.js
var b = require('./b');
console.log(b.foo);
setTimeout(() => {
  console.log(b.foo);
  console.log(require('./b').foo);
}, 1000);

// b.js
module.exports.foo = 1;   // 同 exports.foo = 1 
setTimeout(() => {
  module.exports.foo = 2;
}, 500);

// 执行：node a.js
// 执行结果：
// 1
// 2
// 2

所以我们可以总结一下：

• CommonJS 模块重复引入的模块并不会重复执行，再次获取模块直接获得暴露的module.exports 对象。
• 如果你需要处处获取到模块内的最新值的话，也可以每次更新数据的时候每次都要去更新 module.exports 上的值
• 如果暴露的 module.exports 的属性是个对象，那就不存在这个问题了。

六、拓展阅读

• 《ECMAScript 6 入门》
• 《前端模块化》
• 《详解JavaScript模块化开发》
• 《Javascript模块化编程（一）：模块的写法》
• 《Javascript模块化编程（二）：AMD规范》
• 《Javascript模块化编程（三）：require.js的用法》
• 《从 CommonJS 到 Sea.js》