ES6（二十三）Module 的加载实现

上一章介绍了模块的语法，本章介绍如何在浏览器和 Node 之中加载 ES6 模块，以及实际开发中经常遇到的一些问题（比如循环加载）。

浏览器加载

传统方法

HTML 网页中，浏览器通过<script>标签加载 JavaScript 脚本。

<!-- 页面内嵌的脚本 -->
<script type="application/javascript">
  // module code
</script>

<!-- 外部脚本 -->
<script type="application/javascript" src="path/to/myModule.js">
</script>

上面代码中，由于浏览器脚本的默认语言是 JavaScript，因此type="application/javascript"可以省略。

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。

如果脚本体积很大，下载和执行的时间就会很长，因此造成浏览器堵塞，用户会感觉到浏览器“卡死”了，没有任何响应。这显然是很不好的体验，所以浏览器允许脚本异步加载，下面就是两种异步加载的语法。

<script src="path/to/myModule.js" defer></script>
<script src="path/to/myModule.js" async></script>

上面代码中，<script>标签打开defer或async属性，脚本就会异步加载。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。

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。

<script type="module" src="./foo.js"></script>

上面代码在网页中插入一个模块foo.js，由于type属性设为module，所以浏览器知道这是一个 ES6 模块。

浏览器对于带有type="module"的<script>，都是异步加载，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。

<script type="module" src="./foo.js"></script>
<!-- 等同于 -->
<script type="module" src="./foo.js" defer></script>

如果网页有多个<script type="module">，它们会按照在页面出现的顺序依次执行。

<script>标签的async属性也可以打开，这时只要加载完成，渲染引擎就会中断渲染立即执行。执行完成后，再恢复渲染。

<script type="module" src="./foo.js" async></script>

一旦使用了async属性，<script type="module">就不会按照在页面出现的顺序执行，而是只要该模块加载完成，就执行该模块。

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（上例是foo.js），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。

下面是一个示例模块。

import utils from 'https://example.com/js/utils.js';

const x = 1;

console.log(x === window.x); //false
console.log(this === undefined); // true

利用顶层的this等于undefined这个语法点，可以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 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。

下面重点解释第一个差异。

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。请看下面这个模块文件lib.js的例子。

// lib.js
var counter = 3;
function incCounter() {
  counter++;
}
module.exports = {
  counter: counter,
  incCounter: incCounter,
};

上面代码输出内部变量counter和改写这个变量的内部方法incCounter。然后，在main.js里面加载这个模块。

// main.js
var mod = require('./lib');

console.log(mod.counter);  // 3
mod.incCounter();
console.log(mod.counter); // 3

上面代码说明，lib.js模块加载以后，它的内部变化就影响不到输出的mod.counter了。这是因为mod.counter是一个原始类型的值，会被缓存。除非写成一个函数，才能得到内部变动后的值。

// lib.js
var counter = 3;
function incCounter() {
  counter++;
}
module.exports = {
  get counter() {
    return counter
  },
  incCounter: incCounter,
};

上面代码中，输出的counter属性实际上是一个取值器函数。现在再执行main.js，就可以正确读取内部变量counter的变动了。

$ node main.js
3
4

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。

还是举上面的例子。

// lib.js
export let counter = 3;
export function incCounter() {
  counter++;
}

// main.js
import { counter, incCounter } from './lib';
console.log(counter); // 3
incCounter();
console.log(counter); // 4

上面代码说明，ES6 模块输入的变量counter是活的，完全反应其所在模块lib.js内部的变化。

再举一个出现在export一节中的例子。

// 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，并且变量总是绑定其所在的模块。

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。

// lib.js
export let obj = {};

// main.js
import { obj } from './lib';

obj.prop = 123; // OK
obj = {}; // TypeError

上面代码中，main.js从lib.js输入变量obj，可以对obj添加属性，但是重新赋值就会报错。因为变量obj指向的地址是只读的，不能重新赋值，这就好比main.js创造了一个名为obj的const变量。

最后，export通过接口，输出的是同一个值。不同的脚本加载这个接口，得到的都是同样的实例。

// mod.js
function C() {
  this.sum = 0;
  this.add = function () {
    this.sum += 1;
  };
  this.show = function () {
    console.log(this.sum);
  };
}

export let c = new C();

上面的脚本mod.js，输出的是一个C的实例。不同的脚本加载这个模块，得到的都是同一个实例。

// x.js
import {c} from './mod';
c.add();

// y.js
import {c} from './mod';
c.show();

// main.js
import './x';
import './y';

现在执行main.js，输出的是1。

$ babel-node main.js
1

这就证明了x.js和y.js加载的都是C的同一个实例。

Node 加载

概述

Node 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。

Node 要求 ES6 模块采用.mjs后缀文件名。也就是说，只要脚本文件里面使用import或者export命令，那么就必须采用.mjs后缀名。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。

目前，这项功能还在试验阶段。安装 Node v8.5.0 或以上版本，要用--experimental-modules参数才能打开该功能。

$ node --experimental-modules my-app.mjs

为了与浏览器的import加载规则相同，Node 的.mjs文件支持 URL 路径。

import './foo?query=1'; // 加载 ./foo 传入参数 ?query=1

上面代码中，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 的import命令只支持加载本地模块（file:协议），不支持加载远程模块。

如果模块名不含路径，那么import命令会去node_modules目录寻找这个模块。

import 'baz';
import 'abc/123';

如果模块名包含路径，那么import命令会按照路径去寻找这个名字的脚本文件。

import 'file:///etc/config/app.json';
import './foo';
import './foo?search';
import '../bar';
import '/baz';

如果脚本文件省略了后缀名，比如import './foo'，Node 会依次尝试四个后缀名：./foo.mjs、./foo.js、./foo.json、./foo.node。如果这些脚本文件都不存在，Node 就会去加载./foo/package.json的main字段指定的脚本。如果./foo/package.json不存在或者没有main字段，那么就会依次加载./foo/index.mjs、./foo/index.js、./foo/index.json、./foo/index.node。如果以上四个文件还是都不存在，就会抛出错误。

最后，Node 的import命令是异步加载，这一点与浏览器的处理方法相同。

内部变量

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

如果你一定要使用这些变量，有一个变通方法，就是写一个 CommonJS 模块输出这些变量，然后再用 ES6 模块加载这个 CommonJS 模块。但是这样一来，该 ES6 模块就不能直接用于浏览器环境了，所以不推荐这样做。

// expose.js
module.exports = {__dirname};

// use.mjs
import expose from './expose.js';
const {__dirname} = expose;

上面代码中，expose.js是一个 CommonJS 模块，输出变量__dirname，该变量在 ES6 模块之中不存在。ES6 模块加载expose.js，就可以得到__dirname。

ES6 模块加载 CommonJS 模块

CommonJS 模块的输出都定义在module.exports这个属性上面。Node 的import命令加载 CommonJS 模块，Node 会自动将module.exports属性，当作模块的默认输出，即等同于export default xxx。

下面是一个 CommonJS 模块。

// a.js
module.exports = {
  foo: 'hello',
  bar: 'world'
};

// 等同于
export default {
  foo: 'hello',
  bar: 'world'
};

import命令加载上面的模块，module.exports会被视为默认输出，即import命令实际上输入的是这样一个对象{ default: module.exports }。

所以，一共有三种写法，可以拿到 CommonJS 模块的module.exports。

// 写法一
import baz from './a';
// baz = {foo: 'hello', bar: 'world'};

// 写法二
import {default as baz} from './a';
// baz = {foo: 'hello', bar: 'world'};

// 写法三
import * as baz from './a';
// baz = {
//   get default() {return module.exports;},
//   get foo() {return this.default.foo}.bind(baz),
//   get bar() {return this.default.bar}.bind(baz)
// }

上面代码的第三种写法，可以通过baz.default拿到module.exports。foo属性和bar属性就是可以通过这种方法拿到了module.exports。

下面是一些例子。

// b.js
module.exports = null;

// es.js
import foo from './b';
// foo = null;

import * as bar from './b';
// bar = { default:null };

上面代码中，es.js采用第二种写法时，要通过bar.default这样的写法，才能拿到module.exports。

// c.js
module.exports = function two() {
  return 2;
};

// es.js
import foo from './c';
foo(); // 2

import * as bar from './c';
bar.default(); // 2
bar(); // throws, bar is not a function

上面代码中，bar本身是一个对象，不能当作函数调用，只能通过bar.default调用。

CommonJS 模块的输出缓存机制，在 ES6 加载方式下依然有效。

// foo.js
module.exports = 123;
setTimeout(_ => module.exports = null);

上面代码中，对于加载foo.js的脚本，module.exports将一直是123，而不会变成null。

由于 ES6 模块是编译时确定输出接口，CommonJS 模块是运行时确定输出接口，所以采用import命令加载 CommonJS 模块时，不允许采用下面的写法。

// 不正确
import { readFile } from 'fs';

上面的写法不正确，因为fs是 CommonJS 格式，只有在运行时才能确定readFile接口，而import命令要求编译时就确定这个接口。解决方法就是改为整体输入。

// 正确的写法一
import * as express from 'express';
const app = express.default();

// 正确的写法二
import express from 'express';
const app = express();

CommonJS 模块加载 ES6 模块

CommonJS 模块加载 ES6 模块，不能使用require命令，而要使用import()函数。ES6 模块的所有输出接口，会成为输入对象的属性。

// es.mjs
let foo = { bar: 'my-default' };
export default foo;

// cjs.js
const es_namespace = await import('./es.mjs');
// es_namespace = {
//   get default() {
//     ...
//   }
// }
console.log(es_namespace.default);
// { bar:'my-default' }

上面代码中，default接口变成了es_namespace.default属性。

下面是另一个例子。

// es.js
export let foo = { bar:'my-default' };
export { foo as bar };
export function f() {};
export class c {};

// cjs.js
const es_namespace = await import('./es');
// es_namespace = {
//   get foo() {return foo;}
//   get bar() {return foo;}
//   get f() {return f;}
//   get c() {return c;}
// }

循环加载