深入解析node.js的模块加载机制

在node.js中，模块使用CommonJS规范，一个文件是一个模块

• node.js中的模块可分为三类
• 内部模块 - node.js提供的模块如 fs,http,path等
• 自定模块 - 我们自己写的模块
• 第三方模块 - 通过npm安装的模块
  node.js提供了大量的模块供我们使用，比如 想解析一个文件的路径，可以使用path模块下的相应方法实现：

const path = require('path');
//返回目标文件的绝对路径
console.log(path.resolve('./1.txt'));

运行结果：

/Users/cuiyue/workspace/test/1.txt

使用require引入相应的模块，即可使用。
__dirname和__filename
node.js的每个模块都有这两个参数，它们都是一个绝对路径的地址，区别是__filename存放了从根目录到当前文件名的路径，__dirname只存放从根目录到模块的所在目录：

console.log(__dirname);
console.log(__filename);

运行结果：

/Users/cuiyue/workspace/test
/Users/cuiyue/workspace/test/module.js

vm模块
vm模块是node.js提供在V8虚拟机中编译和运行的工具，node.js中的模块内部实现就是通过此模块完成。
说说vm的基本用法。
在js环境中有一个eval函数，它可以运行js的代码字符串，比如：

eval('console.log("Hello javascript.")'); //输出Hello javascript.

可以看到，eval函数的参数是一段字符串，它可以运行字符串形式的js代码，但它可以使用上下文环境中的变量：

var num=100;
eval('console.log(num)'); //输出100

以上是可以正确访问num的值。
vm模块提供了方法创建一个安全的沙箱，在指定的上下文环境中运行代码，不受外界干扰。

const vm = require('vm');
var num = 100;
vm.runInThisContext('console.log(num)');

运行结果：

console.log(num)
            ^
ReferenceError: num is not defined

可以看到代码报错了，说明在vm创建了指定的上下文环境中，拿不到外界的参量。
CommonJS规范
在以前，由于javascript的历史原因导致它的模块机制很差，由于这些缺点使得javascript不太善于开发大型应用，于是提出了CommonJS规范以弥补javascript的不足。
CommonJS规范主要分为三块内容：模块导入导出、模块定义、模块标识。
模块导入导出
CommonJS中使用require()函数进行模块的引入。

const mymodule = require('mymodule');

使用exports导出模块

module.exports = {
  name: 'Tom'
};//欢迎加入全栈开发交流圈一起学习交流：864305860

引用的名称可以不带路径，若不带路径表示引入的是node提供的模块或是npm安装的第三方模块（node_modules）
模块定义

• module对象：在每一个模块中，module对象代表该模块自身。
• export属性：module对象的一个属性，它向外提供接口。

模块标识

• 模块标识指的是传递给require方法的参数，必须是符合小驼峰命名的字符串，或者以 .、..、开头的* 相对路径，或者绝对路径。

node中模块解析流程

• 首先接收参数，把传入的模块名称解析成绝对路径
• 若没有后缀名称，依次拼接.js .json .node尝试加载，仍到不到模块则报错
• 取得正确的路径后判断缓存中是否存在此模块，若有则取出
• 若缓存中不存在则加载此文件，在外包裹一层闭包并执行它

以上为大致流程，下面尝试着写一下模块。
代码的基本结构：

/**
 * Module类，用于处理模块加载
 */
function Module() {}
 
//模块的缓存
Module._cacheModule = {};
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//不同扩展名的加载策略
Module._extensions = {};
 
//根据moduleId解析绝对路径，
Module._resolveFileName = function(moduleId) {};
 
//入口函数
function req(moduleId) {}

附上全部代码：

const path = require('path');
const fs = require('fs');
const vm = require('vm');
 
/**
 * Module类，用于处理模块加载
 */
function Module(file) {
 this.id = file; //当前模块的id，它使用完整的绝对路径标识，因此是唯一的
 this.exports = {}; //导出
 this.loaded = false; //模块是否已加载完毕
}
 
//模块的缓存
Module._cacheModule = {};
 
Module._wrapper = ['(function(exports,require,module,__dirname,__filename){', '});'];
 
//不同扩展名的加载策略
Module._extensions = {
 '.js': function(currentModule) {
  let js = fs.readFileSync(currentModule.id, 'utf8'); //读取出js文件内容
  let fn = Module._wrapper[0] + js + Module._wrapper[1];
  vm.runInThisContext(fn).call(
   currentModule.exports,
   currentModule.exports,
   req,
   currentModule,
   path.dirname(currentModule.id),
   currentModule.id);
  return currentModule.exports;
 },
 '.json': function(currentModule) {
  let json = fs.readFileSync(currentModule.id, 'utf8');
  return JSON.parse(json); //转换为JSON对象返回
 },
 '.node': ''
};
 
//加载模块(实例方法)
Module.prototype.load = function(file) {
 let extname = path.extname(file); //获取后缀名
 return Module._extensions[extname](this);
};//欢迎加入全栈开发交流圈一起学习交流：864305860
 
//根据moduleId解析绝对路径，
Module._resolveFileName = function(moduleId) {
 let p = path.resolve(moduleId);
 
 if (!path.extname(moduleId)) { //传入的模块没有后缀
  let arr = Object.keys(Module._extensions);
 
  //循环读取不同扩展名的文件
  for (var i = 0; i < arr.length; i++) {
   let file = p + arr[i]; //拼接上后缀名成为一个完整的路径
   try {
    fs.accessSync(file);
    return file; //若此文件存在返回它
   } catch (e) {
    console.log(e);
   }
  }
 } else {
  return p;//欢迎加入全栈开发交流圈一起学习交流：864305860
 }//面向1-3年前端人员
}; //帮助突破技术瓶颈，提升思维能力
function req(moduleId) {
 let file = Module._resolveFileName(moduleId);
 
 if (Module._cacheModule[file]) { //若缓存中存在此模块
  return Module._cacheModule[file];
 } else {
  let module = new Module(file);
  module.exports = module.load(file);
  return module.exports;
 }
}//欢迎加入全栈开发交流圈一起学习交流：864305860
console.log(req('./a.js')());

a.js的文件内容：

module.exports = function() {
 console.log('This message from a.js');
 console.log(__dirname);
 console.log(__filename);
}

最终运行结果：

This message from a.js
/Users/cuiyue/workspace/test
/Users/cuiyue/workspace/test/a.js

重要代码说明
_resolveFileName
_resolveFileName方法的主要作用是把传入的模块解析成绝对路径，这样才可以进行下一步，根据完整的路径加载模块。
因此要进行判断，如果传入的模块不存在，则要报错；如果传入的模块已经有扩展名了，就不要拼接了；若没有扩展名，依次以.js .json .node的顺序拼接成完成的模块进行加载。
_extensions
此对象中封装了加载不同类型模块的处理方法，其中若是.json类型则使用fs读取文件直接转换成JSON对象并返回。
若是.js文件则读取后，拼接闭包，将exports,require,module,__dirname,__filename五大参数拼接好，使用vm模块的沙箱机制运行，得到的结果放入module.exports返回。
总结
以上就是node.js的模块加载的简单逻辑，实际上node.js的源码远远比上面的代码复杂，光是处理模块路径、判断合法等操作就写了N行。而且我这里没有写缓存以及其它的复杂逻辑，但核心差不多就是这些，核心的核心就是用fs.readFileSync读取js文件，把内容拼接到一个大大的闭包中，这也解释了为什么我们自己写的所有node模块中都会有require方法，exports导出，以及__dirname和__filename参数。
结语

感谢您的观看，如有不足之处，欢迎批评指正。

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