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ZiuChen 1c1a52783b docs: 前端工程化 ESModule

2023-02-11 01:22:58 +08:00

26 KiB

Raw Blame History

前端工程化

Node.js

什么是Node.JS Node的应用场景
JS代码执行
Node的输入和输出
Node的全局对象

什么是Node.js

Node.js是一个基于V8 JavaScript引擎的JavaScript运行时环境

V8可以嵌入到任何C++应用程序中，无论是Chrome还是Node.js，事实上都嵌入了V8引擎来执行JavaScript代码
在Chrome浏览器中，还需要解析、渲染HTML、CSS等相关渲染引擎，另外还需要支持浏览器操作的API、浏览器自己的事件循环
在Node.js中我们也需要进行一些额外操作：文件系统读写、网络IO、加密、压缩解压文件等

可以简单总结出Node.js和浏览器的区别

Chrome浏览器
- Blink负责解析HTML文档，遇到JavaScript标签时将内容交给V8引擎
- Blink 是 Google Chrome 浏览器的渲染引擎，V8 是 Blink 内置的 JavaScript 引擎
  - 预分析：检查语法错误但不生成AST树
  - 生成AST：语法分析、词法分析后，生成抽象语法树（AST）
    - AST 为每一行代码定义键值对。初始类型标识符定义 AST 属于一个程序，然后所有代码行将定义在主体内部，主体是一个对象数组。
  - 生成字节码：基线编译器（Ignition）将 AST 转换为字节码
  - 生成机器代码：优化编译器 (Turbofan) 将字节码转换为优化的机器代码。另外，在逐行执行字节码的过程中，如果一段代码经常被执行，V8会直接将这段代码转换并保存为机器码，下次执行不需要经过字节码，优化了执行速度
Node.js
- 只处理JavaScript代码内部V8引擎负责JS代码的执行
- JavaScript代码 -> V8 -> Node.js Bindings -> LibUV
- LibUV是使用C语言编写的库，提供了事件循环、文件系统读写、网络IO、线程池等等内容

![The Node.js System](Front-end Engineering.assets/The Node.js System.jpeg)

Node.js的应用场景

前端开发的库都是以node包形式管理的
npm yarn pnpm成为前端开发使用最多的工具
使用Node.js作为Web服务器开发、中间件、代理服务器
借助Node.js完成前后端渲染的同构应用
编写脚本工具构建项目打包代码等
Electron桌面应用程序

Node.js的参数传递

`process.argv`

process.argv返回一个数组

在代码中通过process.argv[2]读取来自命令行的额外参数
process.argv[0] process.argv[1]分别为node.exe的绝对路径和目标文件的绝对路径

// sum.js
const x = process.argv[2]
const y = process.argv[3]
console.log(x + y)

# 通过命令行运行node执行脚本 并传入参数
node sum.js 5 10 # 15

console

console.log 打印内容到stdout并加上换行符
console.clear 清空当前stdout中的内容
console.trace 打印字符串Trace: 到stderr
- 将堆栈跟踪打印到代码中的当前位置

REPL

在浏览器的控制台选项卡中，我们可以通过输入JS代码与之交互，在Node.js中同样提供了类似的功能

REPL是Read-Eval-Print Loop的简称，翻译为：读取-求值-输出循环
REPL是一个简单的、交互式的编程环境
在命令行窗口中输入node即可进入

Node中的全局对象

在浏览器中，我们可以在JS代码中访问全局对象window，代表当前标签窗口

在Node.js中的全局对象名为global，在控制台输出global对象：

> global
<ref *1> Object [global] {
  global: [Circular *1],
  clearInterval: [Function: clearInterval],
  clearTimeout: [Function: clearTimeout],
  setInterval: [Function: setInterval],
  setTimeout: [Function: setTimeout] {
    [Symbol(nodejs.util.promisify.custom)]: [Getter]
  },
  queueMicrotask: [Function: queueMicrotask],
  performance: Performance {
    nodeTiming: PerformanceNodeTiming {
      name: 'node',
      entryType: 'node',
      startTime: 0,
      duration: 2245.9675999991596,
      nodeStart: 1.7120999991893768,
      v8Start: 7.749699998646975,
      bootstrapComplete: 56.47019999846816,
      environment: 28.44789999909699,
      loopStart: 97.62589999847114,
      loopExit: -1,
      idleTime: 2070.0206
    },
    timeOrigin: 1675854922619.539
  },
  clearImmediate: [Function: clearImmediate],
  setImmediate: [Function: setImmediate] {
    [Symbol(nodejs.util.promisify.custom)]: [Getter]
  }
}

常见的全局对象

Buffer
clearImmediate
clearInterval
clearTimeout
console
- 和控制台交互
process
- 提供了Node进程中相关的信息
- Node的运行环境、系统环境变量、参数等
queueMicrotask(callback)
setImmediate(callback, [, ...args])
setInterval(callback, delay[, ...args])
setTimeout(callback, delay[, ...args])
TextDecoder
TextEncoder
URL
URLSearchParams
WebAssembly

特殊的全局对象

__dirname __filename exports module require()

这些变量看起来是全局的，其实并不是（它们仅存在于模块范围内），只是每个模块中都有
它们在命令行交互中是不可使用的
__dirname 当前模块的目录名
__filename 当前模块的文件名
exports module require()将在模块章节中讲解

`global`对象

global是一个全局对象

在Node.js环境下，之前的 process console setTimeout等都有被放入到global中
而在浏览器中，这些全局API是被放到window对象上的

这无异于增加了开发者的心智负担，所以在最新的ECMA标准中出现了globalThis，指向全局对象

在浏览器中的globalThis指向window对象
在Node.js中的globalThis指向global对象

两个全局对象的区别：在浏览器中通过var定义的变量会被放到window对象上，而Node.js不会

模块化开发

认识模块化开发
CommonJS和Node
require函数解析
AMD和CMD（已经被时代淘汰了解即可）
ESModule用法详解
ESModule运行原理

模块化的初衷

将大的程序拆分成一个个小的易于维护的代码
每个模块负责程序中的一部分逻辑，拥有自己的作用域、定义变量名时不会发生冲突
模块可以暴露变量、函数、对象等导出
模块可以导入其他模块的变量、函数、对象

// moduleA.js
const moduleA = (function(){
  const name = "Ziu"
  const age = 18
  const run = () => {
    console.log(name + age + 'is running.')
  }
  return {
    name,
    age,
    run
  }
})()

// moduleB.js
console.log(moduleA.name) // 在其他模块中调用

CommonJS

CommonJS是一种规范，当初命名为ServerJS，旨在浏览器以外的地方使用，后为体现其广泛性，改名为CommonJS，简称CJS

规范是用来指导实现的

Node 是CommonJS在服务端的代表实现
Browserify 是CommonJS在浏览器中的一种实现（正在被淘汰）
WebPack 打包工具具备支持CommonJS的支持和转换

所以，Node.js对CommonJS进行了支持和实现，让JavaScript在Node上运行时可以实现模块化开发

每个.js文件都是一个单独的模块
每个模块中都包含变量exports module.exports require

::: code-group

// env.js
exports.name = 'Ziu'
exports.age = 18

// utils.js
module.exports = {
  sum: function(x, y) {
    return x + y
  }
}

// index.js
const utils = require('utils.js')
utils.sum(1, 2) // 3

const { sum } = require('utils.js')
sum(1, 2) // 3

const { name, age } = require('env.js')
console.log(name, age) // Ziu 18

:::

`exports`的本质

exports和require在Node中的本质

exports是一个对象，我们可以在这个对象中添加很多属性，添加的属性则会被导出
- 在没有向该对象添加任何属性之前，它是一个空对象
当通过require导入时：const env = require('env.js')
- env这个变量等于env.js中的exports对象
- 本质上是env是exports对象的引用赋值
- { id: '...', exports: { ... }, loaded: true, ... }
后续即使再次执行require导入模块，模块中的代码也不会重新执行（module.loaded属性）
- 当从模块中取值时，会从已经加载的exports对象缓存上取值

::: code-group

// utils.js
exports.a = 0

// 1s后修改a值
setTimeout(() => {
  exports.a = 1
}, 1000)

// 2s后检查a值
setTimeout(() => {
  console.log(exports.a) // 2
}, 2000)

// index.js
const utils = require('./utils')

console.log(utils.a) // 0

setTimeout(() => {
  console.log(utils.a) // 1
  utils.a = 2 // 反过来修改a值
}, 1500)

:::

在上述代码中，utils对象中的属性a在一秒后被赋值为1，因此在index.js中输出utils.a得到了两次不同的结果

反过来，在index.js中修改导入的utils.a的值后，修改结果也会反映在exports.a上，输出的值为2

实际开发中不要修改导入模块中的变量，改变原模块中变量的值并不规范

`module.exports`

在Node.js中，真正常用的导出方式是module.exports

module.exports本质上就是exports对象（同一个内存地址）
可以直接给exports对象赋值，将需要导出的内容统一导出
给module.exports重新赋值，即改变了exports对象的指向，后续的修改不再影响原模块中的变量

const name = 'Ziu'
const run = () => console.log(name + 'is running.')

module.exports = {
  name,
  run
}

二者的区别

既然如此，为什么还要存在exports这个概念呢？

在CommonJS中是没有module.exports的概念的
为了实现模块的导出，Node.js使用的是Module类，每一个模块都是Module的实例，也就是module
所以在Node.js中真正用于导出的并不是exports，而是module.exports
module对象中的exports属性是exports对象的一个引用
- module.exports === exports === utils

如果module.exports不再引用exports对象了，修改exports对象也就没有意义了

::: code-group

// utils.js
module.exports = {
  name: 'Ziu'
}
exports.age = 18

// index.js
const utils = require('utils.js')
console.log(utils.name) // Ziu
console.log(utils.age) // undefined

:::

当使用module.exports = { ... }后，模块中原有的exports不再被导入识别，导入的内容将变为module.exports指定的对象内容

`require`的本质

require是一个函数，可以帮助我们导入一个文件（模块）中导出的对象

为什么可以省略掉.js后缀，直接使用require('./utils')
为什么可以省略掉index.js，直接使用require('./tools')导入tools/index.js

这涉及到require在匹配路径后的查找规则：

分为三种情况：内置模块、自定义路径、包名

导入Node.js内置的模块，如const path = require('path')
- 直接返回该内置模块并停止后续的查找
根据路径导入自定义的模块，如const utils = require('./{filename}')
- 按照路径寻找该模块./ ../ /
- 如果指定了后缀名，则按照后缀名查找
- 如果未指定后缀名，则：
  1. 直接查找该文件
  2. 查找{filename}.js文件
  3. 查找{filename}.json文件
  4. 查找{filename}.node文件
- 如果按照上述方式没找到文件，则将{filename}作为路径继续查找
- 查找目录下的index文件 {filename}/index
  1. 查找{filename}/index.js文件
  2. ··· ···
- 没找到：报错Cannot find module 'xxx'
包名，如const lodash = require('lodash')
- 到项目根目录的node_modules中查找
- node_modules/{package_name}/index.js
- 当前项目目录的node_modules找不到则继续向上查找，直到查找到根目录的node_modules

模块的加载过程

模块在被第一次引入时，模块中的JS代码会被运行一次
- 代码执行顺序与require的位置相关
模块如果被多次引入，会被缓存，最终只加载一次
- 这是因为每个模块对象module上都有一个属性loaded
- loaded === false表示该模块尚未被加载
- 第二次被require引入时会检查该属性是否为true
如果有循环引用，加载顺序如何？
- 数据结构：图结构（graph）遍历时有深度优先搜索（DFS）、广度优先搜索（BFS）两种算法
- Node采用的是深度优先算法

CommonJS的缺点

加载模块是同步加载的
- 只有等到对应的模块加载完毕，当前模块中的内容才能被执行
- 当然，在服务器中加载JS文件都是本地文件，加载速度非常快，不会受影响
但是在浏览器中使用CommonJS
- 需要先从服务器下载JS文件，后加载运行
- 阻塞JS执行阻塞页面加载
在WebPack中使用CommonJS
- CommonJS会被WebPack解析
- 将CommonJS代码转化为bundle 浏览器可以直接运行

ESModule

ES6 模块采用编译时加载，使得编译时就能确定模块的依赖关系，有助于静态优化
CommonJS模块在运行时加载，且必须借助对象加载模块内容

`export`和`import`用法概览

ESModule借助export和import导入导出内容，需要注意的是导入导出的并不是对象

export定义的是当前模块导出的接口，import可以导入来自其他不同模块的接口

export default可以设置默认导出对象
export { ... }可以统一导出多个内容
export和import都可以使用as关键字重命名导出/导入的接口
import * from 'xxx' export * from 'xxx'批量导入/导出

::: code-group

// utils.js
export function sum(a, b) {
  return a + b
}
export function sub(a, b) {
  return a - b
}
export default function log(...args) {
  console.log(...args)
}
export {
  name: 'Ziu',
  age: 18
}
export const ENV_VARIABLE = 'Hello, World!'

// index.js
import { sum, sub, name, age, ENV_VARIABLE } from './utils'
import log from './utils.js'

sum(1, 2) // 3
sub(2, 3) // -1
log(name, age, ENV_VARIABLE) // 'Ziu' 18 'Hello, World!'

:::

需要注意的是，在浏览器中要使用ESModule，需要为<script>标签添加module标记：

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

当浏览器解析到type="module"的JS代码后，会分析模块中导入的ESModule模块
每导入一个ESModule模块，浏览器都会发起一个HTTP请求去加载它
在本地运行时加载不同协议头的文件会遇到跨域问题，需要开启本地Web服务器

另外，export与import必须位于模块的顶层，如果位于作用域内会报错，因为这就无法对代码进行静态分析优化了

`export`详解

export有两种导出方式：

命名导出 export const name = 'Ziu' export { v1, v2 } export * from 'xxx'
- 导出时需要指定名字
- 导入时也需要知道对应的名字
默认导出 export default AGE = 18
- 在从其他位置导入时需要为此默认导出指定新的名字
- 给用户方便：不必阅读文档就可以加载模块

值的动态绑定

ESModule模块通过export语句输出的接口，与其对应的值是动态绑定关系，即通过该接口，可以取到模块内部实时的值
CommonJS模块输出的是值的缓存，不存在动态更新

我们援引之前介绍CJS时的案例，将后缀名改为mjs即可在Node中运行ESModule模块代码

初始获得的a值为0，经过1s后，在utils.mjs中修改了a的值，这时导入utils.mjs模块的其他模块可以获取到a最新的值

::: code-group

// utils.mjs
export let a = 0

// 1s后修改a值
setTimeout(() => {
  a = 1
}, 1000)

// index.mjs
import { a } from './utils.mjs'

console.log(a) // 0

setTimeout(() => {
  console.log(a) // 1
}, 1500)

:::

需要注意的是，导入的其他模块的变量是不允许被修改的，因为index.mjs导入的本质是一个接口
如果从其他模块导入的是一个对象，也不推荐修改导入内容的任何值，最好将其当做完全只读

拓展阅读：CommonJS与ESModule加载模块的异同

`import`详解

检查下述代码：

foo()

import { foo } from 'foo'

import命令具有提升效果，会提升到整个模块的顶部
import的执行早于函数的调用，import命令是在编译阶段执行的，在代码运行之前
由于import是静态执行，所以不能使用表达式和变量（只有运行时才有值）

import 'lodash'
import 'lodash'

如果仅仅导入了一个模块，那么该模块的代码会被执行，但是没有任何变量被导入
如果同一模块被导入多次，那么导入操作只会被执行一次

import * from 'utils'
add(1, 2)

export * from 'utils'

可以通过*一次性导入模块中所有导出的变量、函数、类
也可以实现二者的复合操作：导入全部模块的同时导出全部模块

`import()`函数

通过import命令导入的模块是静态的，会被提升到模块顶部，并不支持条件导入

ES2020引入了import()函数，可以通过import()函数实现条件导入，动态加载ESModule模块

const main = document.querySelector('main');

import(`./section-modules/${someVariable}.js`)
  .then(module => {
    module.loadPageInto(main);
  })
    .catch(err => {
    main.textContent = err.message;
  })

返回值是一个Promise对象，可以通过await同步地操作它
import()函数可以在模块外的JS脚本中使用，用于在运行时加载外部模块，类似于require()
区别于require()，import()是异步加载模块

通过.then函数处理导入的模块时，行为和import是相同的：

如果有默认导出对象，则.then入参为默认导出对象
可以通过解构直接取到模块中导出的变量或函数：.then(({ add, sub }) => { ... })

应用场景

按需加载：按钮点击后才加载相关的JS文件

btn.addEventListener('click', () => {
  import('./dialogBox.js')
    .then(dialogBox => {
      dialogBox.open()
    })
    .catch(err => console.log(err))
})

条件加载：根据主题色加载不同JS文件

if(darkMode) {
  import('dark.js').then(() => ...)
} else {
  import('light.js').then(() => ...)
}

传入动态值

let moduleName = () => ['Home', 'History', 'User'][0]
import(`./${moduleName()}.js`)

`import.meta`

ES2020引入了import.meta，它仅能在模块内部使用，包含一些模块自身的信息，即模块元信息

import.meta.url 返回当前模块的URL路径
- 浏览器加载ESModule都是通过HTTP发起请求
  - 例如当前模块为fetchData.js，要在模块内引入一个名为data.json的数据：
  - import( new URL('data.json', import.meta.url) )
- Node.js环境下，该值都是file://协议的链接
import.meta.scriptElement
- 浏览器特有的属性
- 返回加载模块的<script>标签，相当于document.currentScript

规范中并未规定import.meta中包含哪些属性，一般包括上面两个属性

深入理解模块加载

ESModule的解析过程

ESModule的解析过程可以分为三个阶段：

构建 Construction
- 根据地址查找JS文件，并发起HTTP请求下载，将其解析为模块记录 Module Record
实例化 Instatiation
- 对模块记录进行实例化，并为其分配内存空间
- 解析ESModule模块的导入和导出语句，将模块指向对应的内存地址
- 例如export const name = 'Ziu'，会将变量name添加到模块环境记录中 Module Enviroment Record
运行 Evaluation
- 运行代码，计算值，并且将值填充到内存地址中
- 将导入导出的值赋给对应的变量name = 'Ziu'

文章推荐：ES modules: A cartoon deep-dive

MJS和CJS的区别

CommonJS模块输出的是值的拷贝，而ESModule模块输出的是值的引用
- CJS导出的变量，其值如果在模块内发生变化，外部导入是不会同步更新的，除非导出的是一个取值函数
- MJS导出变量，外部模块每次访问时都会得到该变量最新的值，即使变量在模块内被修改了
CommonJS模块是运行时加载，而ESModule是编译时输出接口
- CJS是通过对象实现的导入导出，它在运行时才被确定依赖关系和其值
- MJS则是通过静态定义，在代码运行之前的静态解析阶段即可确定模块的导入导出内容
CommonJS模块的require()是同步加载模块，而ESModule模块的import命令是异步加载模块
- import命令拥有一个独立的模块依赖的解析阶段

CJS中的循环加载

设想有以下两文件 a.js与b.js：

::: code-group

// a.js
exports.done = false
const 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')

// b.js
exports.done = false
const 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')

// main.js
const a = require('./a')
const b = require('./b')
console.log('在 main.js 之中, a.done=%j, b.done=%j', a.done, b.done)

:::

执行脚本main.js，先执行a.js：

第一行导出done值为false
第二行 a.js的代码暂停执行进入b.js并等待其执行完毕

在b.js中：

第一行导出done值为false
第二行执行a.js 从a.js模块中取exports对象
取到其缓存值为false（a.js执行已经执行的部分）
随后b.js继续向下执行执行完毕后将执行权交还给a.js

回到a.js中：

继续向后执行直到代码执行完毕

最终输出：

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

总结：

CJS的模块导出是输出值的拷贝，而不是引用，值的变化不是动态的，而是会被缓存的
循环加载时，CJS模块导出的值是当前已经执行部分代码产生的结果的值，而不是模块代码完全执行完后的最终值

MJS中的循环加载

ESModule的导入和导出与CommonJS有本质不同：

::: code-group

// a.mjs
import { bar } from './b.mjs'
console.log('a.mjs')
console.log(bar)
export let foo = 'foo'

// b.mjs
import { foo } from './a.mjs'
console.log('b.mjs')
console.log(foo)
export let bar = 'bar'

:::

执行a.mjs后发现报错了：ReferenceError: Cannot access 'foo' before initialization，变量foo未定义

MJS模块在代码执行前会进行静态分析
分析a.mjs的依赖关系时，发现其依赖了b.mjs
于是加载b.mjs并解析它的依赖关系
解析b.mjs的过程中，发现它又依赖了a.mjs
这时引擎不会再去加载a.mjs 而是认为a.mjs这个模块的Module Record已经存在了
继续向下执行，执行到console.log(foo)时发现foo未定义抛出错误

要实现预期效果，可以将foo与bar改写为取值函数，这时执行就不会报错了：

::: code-group

// a.mjs
import { bar } from './b.mjs'
console.log('a.mjs')
console.log(bar())
export function foo() {
  return 'foo'
}

// b.mjs
import { foo } from './a.mjs'
console.log('b.mjs')
console.log(foo())
export function bar() {
  return 'bar'
}

:::

这是因为函数function具有提升作用，在a.mjs中执行import { bar } from './b.mjs'之前，foo就有定义了。

因此在进入b.mjs执行console.log(foo())时可以取到foo，代码可以顺利执行

另：如果将foo定义为函数表达式export const foo = () => 'foo'，由于没有变量提升，代码仍然会报错

内部变量差异

ESModule和CommonJS另一个重要区别就是：

ESModule模块是在浏览器与服务端通用的，之前在解读CommonJS时介绍了它拥有的一些内部变量（模块变量）：

arguments
require
module
exports
__filename
_dirname

这些变量在ESModule模块中都是不存在的，且顶层的this不再指向当前模块，而是undefined

拓展内容

在Node.js中使用ESModule

在Node.js中，普通的.js文件会被默认解析为CommonJS，要使用ESModule有两种方式：

所有ESModule的后缀名都使用.mjs并且不可省略
- 这样引擎在解析到.mjs结尾的文件时，将按照ESModule的规则解析其导入导出关系
将package.json中的type字段修改为module
- 此时项目中所有.js文件都将被作为ESModule模块解析
- 要在此项目中使用CommonJS，则需要将后缀名修改为.cjs

解读`package.json`中的字段

main字段
- 指定一个npm包的main字段为一个JS模块
- 当我们从其他位置通过import { something } from 'es-module-package'导入时
- Node.js将从main字段指定的模块查找导出内容
exports字段
- exports字段优先级高于main字段，它具有多种用法：
- 子目录别名
  - 假设如是定义exports字段：exports: { "./submodule": "./src/submodule.js" }
  - 当执行import submodule from 'es-module-package/submodule'时，会按照以下路径查找模块：
  - ./node_modules/es-module-package/src/submodule.js
- main的别名
- 条件加载

参考：package.json 的 exports 字段

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前端工程化

Node.js

什么是Node.js

Node.js的应用场景

Node.js的参数传递

process.argv

console

REPL

Node中的全局对象

常见的全局对象

特殊的全局对象

global对象

模块化开发

模块化的初衷

CommonJS

exports的本质

module.exports

二者的区别

require的本质

模块的加载过程

CommonJS的缺点

ESModule

export和import用法概览

export详解

值的动态绑定

import详解

import()函数

import.meta

深入理解模块加载

ESModule的解析过程

MJS和CJS的区别

CJS中的循环加载

MJS中的循环加载

内部变量差异

拓展内容

在Node.js中使用ESModule

解读package.json中的字段

26 KiB

Raw Blame History

`process.argv`

`global`对象

`exports`的本质

`module.exports`

`require`的本质

`export`和`import`用法概览

`export`详解

`import`详解

`import()`函数

`import.meta`

解读`package.json`中的字段