Node模块引入机制

aricvvang
244 阅读5分钟

在面试时(尤其是Node.js后端的面试)，我们经常会遇到这样一个问题：

“介绍一下require的模块加载机制”。

🙋‍♂️🙋‍♀️：

  1. Node.js引入一个模块时，优先从缓存加载。
  2. 如果缓存中不存在，且模块名为核心模块，则直接加载。
  3. 如果是路径形式的模块名，进一步分析标识符：
    • 如果得到的是文件，则使用真实路径加载。
    • 如果得到的是目录，则解析当前目录下的package.json文件的main字段，获取入口文件。
    • 如果package.json文件不存在或main字段为空，则使用index作为文件名查找。
    • 如果最后没有找到模块，则抛出MODULE_NOT_FOUND错误。
  4. 如果是非路径形式的模块名，即自定义模块，则从当前目录下的node_modules目录开始逐级查找，直到根目录。
  5. 如果最后没有找到模块，则抛出MODULE_NOT_FOUND错误。

上述的回答虽然正确，但是还缺少一些细节。所以，我们有必要来详细了解一下Node.js中模块引入机制。

Node.js模块系统最初是基于CommonJS规范实现的，但从v12.x版本开始，原生支持了ES Module。下面，我们分别来了解两种规范的模块引入机制。

1. 基于CommonJS规范的模块系统

引入

使用require()方法引入模块。

在Node.js中每个文件都是一个独立的模块，并拥有自己的作用域。模块分为：

  • 核心模块：Node.js提供的模块，在编译源代码的过程中，被编译进了二进制文件。进程启动时，部分核心模块会直接加载到内存中。核心模块又分为C/C++模块和Javascript模块。
  • 文件模块：用户编写的模块，运行时动态加载，加载速度慢于核心模块。

加载

模块加载，需要经历如下步骤：

  1. 以模块名为索引，优先从内存中加载。其中，核心模块从NativeModule._cache对象中读取，文件模块则从Module._cache对象中读取。
  2. 模块名为核心模块，如fs、path等，则直接加载并写入NativeModule._cache对象中。
  3. 模块名为路径形式，如.、..、\开头的，文件分析时会转为真实路径，如果得到的是：
    • 文件
      • 如果显示指定了扩展名，则使用真实路径加载。
      • 否则，根据.js、.json、.node的顺序补足扩展名，依次查找（可以通过指定文件的扩展名提高查找速度）。
    • 目录
      • 解析当前目录下的package.json文件中的main字段，获取对应文件。
      • 如果package.json文件不存或main字段为空，则默认以index作为文件名，依次补足扩展名尝试加载。
    • 如果没有找到对应文件，则抛出MODULE_NOT_FOUND错误。
  4. 非路径形式模块名，则视为自定义模块（第三方模块）：
    • 查找当前目录下node_modules目录，按照上述“将目录路径作为模块名”的方式查找。
    • 逐级往上层的node_modules目录查找，直到根目录下的node_modules目录。
  5. 如果通过设置NODE_PATH环境变量添加了额外的模块查找路径，还会在NODE_PATH指定的路径中查找。
  6. 如果遍历所有模块路径都没有找到对应的模块，则抛出MODULE_NOT_FOUND错误。

注意：

  1. 不同扩展名的文件处理方式不同：
    • .js：通过fs模块同步读取文件。在编译过程中，对文件内容进行头尾封装后，通过vm.runInContext()方法执行。
    • .json: 通过fs模块同步读取文件，使用JSON.parse解析返回结果。
    • .node：c/c++编写的模块，通过dlopen()方法加载文件后返回。在*nix平台中对应的是.so文件，在win平台中对应的是.ddl文件。
  2. 在加载Javascript核心模块时也需要经历编译执行的过程。
  3. 用户模块在成功加载后，都会写入Module._cache对象中，以提高模块的二次引入的加载速度。

js文件被包装后的样子如下：

// 字符串的形式，这里只是为了便于展示
(function (exports, require, module, filename, __dirname) {
  var fs = require('fs')

  exports.readCSVFile = function (filename) {
    const rows = []

    //TODO....

    return rows
  }
})

这也是为什么我们可以直接在js文件中使用require、exports、__dirname等变量的原因。

此外，借助Node.js命令行界面，可以查看当前目录下模块的查找路径：

Screenshot 2025-01-10 at 05.28.22.png

2. 基于ECMAScript规范模块系统

引入

使用import语句导入模块。

要在Node.js中使用import语法，必须满足以下条件之一：

  • 文件必须使用.mjs作为扩展名
  • 修改当前目录下的package.json文件，添加{ type: module }

加载

  • 静态导入
    • 使用import语句。
    • 编译时解析。
    • 运行时同步加载。
  • 动态导入
    • 使用import()方法。
    • 运行时解析。
    • 运行时异步加载。
    • 通常用于实现按需加载或者懒加载。

使用import()方法动态导入模块例子：

// 返回的是一个Promise对象
import('lodash')
  .then(({ default: _ }) => {
    console.log(_.random(1, 100))
  })

它通常用于实现按需加载或者懒加载。

总结

  • Node.js支持CommonJs和ES6模块系统，如果混合使用（不建议），则需要遵循一些规则和限制。
  • 如果使用的是较高版本的Node.js，推荐使用ES6模块系统，因为它提供更好的模块化支持。
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