来来来，探究一下CommonJs的实现原理

其实刚看到这个题目的时候，我的内心是拒绝的，但是本着对科学的敬畏精神，我开始了 CommonJs 的探索之路。

来来来奉上我这几天的心血，拿走不客气。如有错误欢迎指正，共同进步。

提到CommonJs 绕不开的就是模块化。

模块化

模块化是指将一个复杂的系统分解为多个模块以方便编码。

很久以前，开发网页要通过命名空间的方式来组织代码，例如 jQuery 库将它的 API 都放在了 window.$ 下，在加载完 jQuery 后，其他模块再通过 window.$ 去使用 jQuery。这样做有很多问题，其中包括：

命名空间冲突，两个库可能会使用同一个名称，例如 Zepto(zepto.com) 也是放在 window.$ 下；
无法合理地管理项目的依赖和版本；
无法方便地控制依赖的加载顺序；

当项目变大，这种方式将变得难以维护，需要用模块化的思想来组织代码。

一、模块化优点：

提升开发效率：代码方便重用，别人开发的模块直接拿过来就可以使用，不需要重复开发法类似的功能。
方便后期维护：代码方便重用，别人开发的模块直接拿过来就可以使用，不需要重复开发法类似的功能。

所以总结来说，在生产角度，模块化开发是一种生产方式，这种方式生产效率高，维护成本低。从软件开发角度来说，模块化开发是一种开发模式，写代码的一种方式，开发效率高，方便后期维护。

二、模块化规范

服务器端规范主要是CommonJS，node.js用的就是CommonJS规范。

客户端规范主要有：AMD（异步模块定义，推崇依赖前置）、CMD（通用模块定义，推崇依赖就近）。AMD规范的实现主要有RequireJS，CMD规范的主要实现有SeaJS。但是SeaJS已经停止维护了，因为在ES6中已经有了模块化的实现，随着ES6的普及，第三方的模块化实现将会慢慢的淘汰。

本文主要介绍的也是`CommonJS`,所以其他的规范请允许我无耻的忽略了，下面进入正题：

三、CommonJS

CommonJS 作为 Node.js 的规范，一直沿用至今。由于 npm 上 CommonJS 的类库众多，以及 CommonJS 和 ES6 之间的差异，Node.js 无法直接兼容 ES6。所以现阶段 require/exports 仍然是必要且是必须的。出自 ES6 的 import/export 相对就晚了许多。被大家所熟知和使用也是 2015 年之后的事了。这其实要感谢 babel（原来项目名叫做 6to5，后更名为 babel）这个神一般的项目。由于有了 babel 将还未被宿主环境（各浏览器、Node.js）直接支持的 ES6 Module 编译为 ES5 的 CommonJS —— 也就是 require/exports 这种写法 —— Webpack 插上 babel-loader 这个翅膀才开始高飞，大家也才可以称 " 我在使用 ES6！

CommonJS的核心思想是通过rquire方法来同步加载依赖的其他模块，通过module.exports到处需要暴露的接口。

采用CommonJS导入及导出的代码如下：

moduleA.js
//导出module.exports = moduleA.someFunc;
复制代码

//导入
const moduleA = require('./moduleA')复制代码

1. CommonJS的简单实现解析

分析源码之前，先介绍require语句的内部逻辑。

1.1 require的内部逻辑

摘自<Node使用手册>

  当node遇到 require(X),按照下面的顺序处理。（1）如果 X 是内置模块（比如 require('http')）a. 返回该模块b. 不再继续执行（2）如果 X 以'./' 或者 '../ '开头a. 根据 X 所在的父模块，确定X的绝对路径。b. 将 X 当成文件，依次查找下面文件，只要其中有一个存在，就返回该文件，不再继续执行。(也就是把 X 跟下面的几种文件格式进行匹配，匹配到了就会依照相应的文件格式进行加载)+----------------------+|  .x                  ||  .x.js               ||  .x.json             ||  .x.node             |+--------------------  + c.将 X 当成目录，一次查找下面文件，只要其中有一个存在，就返回该文件，不再继续执行。+----------------------------+|  .X/package.json(main字段) ||  .X/index.js               ||  .X/index.json             ||  .X/index.node             |+--------------------------- +（3）如果 X 不带路径a.根据 X 所在的父模块，确定 X 可能的安装目录。b. 依次在每个目录中， 将 X 当成文件名或目录名加载（4）抛出 "not found"
复制代码

require命令用于加载文件，后缀名默认为.js。

比如：

var  a = require('a');
// 等同于
var a = require('a.js');
复制代码

根据参数的不同格式，require 命令去不同路径寻找模块文件。

总结一下加载规则如下：

（1）如果参数字符串以"/"开头,则表示加载的是一个位于绝对路径的模块文件。比如，require('/home/user/a.js'),将加载 /home/user/a.js

(2) 如果参数字符串以“./”开头，则表示加载的是一个位于相对路径（跟）

在当前脚本文件 "/Users/danlan/node-stu/user.js" 执行了 require('bar'), 这属于上面的第三种情况。Node 内部运行过程如下：

首先去确定 X 的绝对路径可能是下面这些位置，依次搜索每一个目录。
- /Users/danlan/node-stu/node_modules/bar
- /Users/danlan/node_modules/bar
- /Users/node_modules/bar
- /node_modules/bar

搜索时， Node 先将 bar 当成文件名，依次尝试加载下面这些文件，只要有一个成功就返回。

+----------------------------+
|  bar                        |
|  bar.js                     |
|  bar.json                   |
|  bar.node                   |
+--------------------------- +
复制代码

如果都不成功说明 bar 可能是目录名，于是尝试加载下面这些文件。

 +----------------------------+|  bar/package.json(main 字段)||  bar/index.js               ||  bar/index.json             ||  bar/index.node             |+-----------------------------+
复制代码

如果所有的目录中，都无法找到 bar 对应的文件或目录，就抛出一个错误。

1.2 Module 对象

了解了内部逻辑以后，下面是简易版源码分析：

Node内部提供了一个 Mudule构建函数。所有模块都是Module的实例。 require 的源码在 Node 的 lib/module.js 文件。

function Module(id, parent){this.id = id;this.exports = {};this.parent = parent;this.filename = null;this.loaded = false;this.children = []
}
module.exports = Module;
var module = new Module(filename, parent)
复制代码

上面的代码中，Node 定义了一个构造函数 Module,所有的模块都是 Module 的实例。可以看到，当前模块 (module.js)也是Moudle的一个实例。

module.id 模块的识别符，通常是带有绝对路径的模块文件名。
module.filename 模块的文件名，带有绝对路径。
module.loaded 返回一个布尔值，表示模块是否已经完成加载。
module.parent 返回一个对象，表示调用该模块的模块。
module.children 返回一个数组，表示该模块要用到的其他模块。
module.exports 表示模块对外输出的值

每个实例都有自己的属性。下面通过一个例子，看看这些属性的值是什么。新建一个脚本文件 a.js。

//a.js
console.log('module.id: ', module.id);
console.log('module.exports: ', module.exports);
console.log('module.parent: ', module.parent);
console.log('module.filename: ', module.filename);
console.log('module.loaded: ', module.loaded);
console.log('module.children: ', module.children);
console.log('module.paths: ', module.paths);
复制代码

运行一下：


$ node a.jsmodule.id:  .
module.exports:  {}
module.parent:  null
module.filename:  /home/ruanyf/tmp/a.js
module.loaded:  false
module.children:  []
module.paths:  [ '/Users/danlan/workspace/node-stu/ree/node_modules','/Users/danlan/workspace/node-stu/node_modules','/Users/danlan/workspace/node_modules','/Users/danlan/node_modules','/Users/node_modules','/node_modules' ]复制代码

可以看到，如果没有父模块，直接调用当前模块， parent 属性就是null ,id 属性就是一个点。filename属性是模块的绝对路径，path 属性是一个数组，包含了模块可能的位置。另外，输出这些内容时，模块还没有全部加载，所以 loaded 属性为 false。

新建一个b.js

var a = require('./a.js')复制代码

运行一下：

module.id:  /Users/danlan/workspace/node-stu/ree/a.js
module.exports:  {}
module.parent:  Module {id: '.',exports: {},parent: null,filename: '/Users/danlan/workspace/node-stu/ree/b.js',loaded: false,children:[ Module {id: '/Users/danlan/workspace/node-stu/ree/a.js',exports: {},parent: [Circular],filename: '/Users/danlan/workspace/node-stu/ree/a.js',loaded: false,children: [],paths: [Array] } ],paths:[ '/Users/danlan/workspace/node-stu/ree/node_modules','/Users/danlan/workspace/node-stu/node_modules','/Users/danlan/workspace/node_modules','/Users/danlan/node_modules','/Users/node_modules','/node_modules' ] }
module.filename:  /Users/danlan/workspace/node-stu/ree/a.js
module.loaded:  false
module.children:  []
module.paths:  [ '/Users/danlan/workspace/node-stu/ree/node_modules','/Users/danlan/workspace/node-stu/node_modules','/Users/danlan/workspace/node_modules','/Users/danlan/node_modules','/Users/node_modules','/node_modules' ]复制代码

这个输出稍稍有一点多，没关系慢慢缕一下哈，由于 a.js 被 b.js 调用，所以 parent 属性指向 b.js 模块，id属性和filename 属性一致，都是模块的绝对路径。

1.3 模块实例的 require 方法

每个模块实例都有一个 require 方法。

Module.prototype.require = function(path){return Module._load(path, this)
}
复制代码

由此可知，require 并不是全局命令，而是每个模块提供的一个内部方法，也就是说，只有在模块内部才能使用require命令，（唯一的例外是REPL 环境）。另外，require 其实内部调用 Module._load 方法。

下面来看 Module._load 的源码。


Module._load = function(request, parent, isMain) {//  计算绝对路径var filename = Module._resolveFilename(request, parent);//  第一步：如果有缓存，取出缓存var cachedModule = Module._cache[filename];if (cachedModule) {return cachedModule.exports;}// 第二步：是否为内置模块if (NativeModule.exists(filename)) {return NativeModule.require(filename);}// 第三步：生成模块实例，存入缓存var module = new Module(filename, parent);Module._cache[filename] = module;// 第四步：加载模块try {module.load(filename);hadException = false;} finally {if (hadException) {delete Module._cache[filename];}}// 第五步：输出模块的exports属性return module.exports;
};复制代码

上面的代码中，首先解析出模块的绝对路径（filename），以它作为模块的识别符。

它的内部处理流程是:

检查 Module._cache，是否在缓存中有指定的模块，如果模块已经在缓存中，就从缓存取出。
如果没有判断是否为内置模块，如果是内置模块就返回内置模块。
如果缓存之中没有就会创建一个新的Moudle实例，将它保存到缓存中。
加载模块
如果加载/解析过程报错，就从缓存删除该模块
返回该模块的 module.exports

因此，Module._load 的关键步骤是两个。

Module._resolveFilename() : 确定模块的绝对路径
module.load():加载模块

下面来说一下Module._resolveFilename():

1.4 模块的绝对路径

下面是 Module._resolveFilename() 方法的源码。

Module._resolveFilename = function(request, parent) {// 第一步：如果是内置模块，不含路径返回if (NativeModule.exists(request)) {return request;}// 第二步：确定所有可能的路径var resolvedModule = Module._resolveLookupPaths(request, parent);var id = resolvedModule[0];var paths = resolvedModule[1];// 第三步：确定哪一个路径为真var filename = Module._findPath(request, paths);if (!filename) {var err = new Error("Cannot find module '" + request + "'");err.code = 'MODULE_NOT_FOUND';throw err;}return filename;
};复制代码

上面代码中，在 Module.resolveFilrename 方法内部，又调用了两个方法 Module.reqolveLookPaths()和 Module._findPath(),前者用来列出可能的路径，后者用来确认哪一个路径为真。

有了可能的路径以后，下面就是 Module._findPath()的源码，用来确定到底哪一个是正确路径。

Module._findPath = function(request, paths) {// 列出所有可能的后缀名：.js，.json, .nodevar exts = Object.keys(Module._extensions);// 如果是绝对路径，就不再搜索if (request.charAt(0) === '/') {paths = [''];}// 是否有后缀的目录斜杠var trailingSlash = (request.slice(-1) === '/');// 第一步：如果当前路径已在缓存中，就直接返回缓存var cacheKey = JSON.stringify({request: request, paths: paths});if (Module._pathCache[cacheKey]) {return Module._pathCache[cacheKey];}// 第二步：依次遍历所有路径for (var i = 0, PL = paths.length; i < PL; i++) {var basePath = path.resolve(paths[i], request);var filename;if (!trailingSlash) {// 第三步：是否存在该模块文件filename = tryFile(basePath);if (!filename && !trailingSlash) {// 第四步：该模块文件加上后缀名，是否存在filename = tryExtensions(basePath, exts);}}// 第五步：目录中是否存在 package.json if (!filename) {filename = tryPackage(basePath, exts);}if (!filename) {// 第六步：是否存在目录名 + index + 后缀名 filename = tryExtensions(path.resolve(basePath, 'index'), exts);}// 第七步：将找到的文件路径存入返回缓存，然后返回if (filename) {Module._pathCache[cacheKey] = filename;return filename;}}// 第八步：没有找到文件，返回false return false;
};复制代码

经过上面代码，就可以找到模块的绝对路径了。

有时在项目代码中，需要调用模块的绝对路径，那么除了 module.filename ，Node 还提供一个 require.resolve 方法，供外部调用，用于从模块名取到绝对路径。


require.resolve = function(request) {return Module._resolveFilename(request, self);
};// 用法
require.resolve('a.js')
// 返回  /Users/danlan/workspace/node-stu/ree/a.js复制代码

1.5 加载模块

他有了模块的绝对路径，就可以加载该模块了。下面就是 module.load 方法的源码。

Module.prototype.load = function (filename) {var extension = path.extname(filename)  || 'js'if(!Module._extensions[extensions]) extension = '.js'Module._extensions[extension](this, filename)this.loaded = true
}
复制代码

上面代码中，首先确定模块的后缀名，不同的后缀名对应不同的加载方法。下面是.js和.json后缀名对应的处理方法。


Module._extensions['.js'] = function(module, filename) {var content = fs.readFileSync(filename, 'utf8');module._compile(stripBOM(content), filename);
};Module._extensions['.json'] = function(module, filename) {var content = fs.readFileSync(filename, 'utf8');try {module.exports = JSON.parse(stripBOM(content));} catch (err) {err.message = filename + ': ' + err.message;throw err;}
};复制代码

这里只讨论 js 文件的加载。首先，将模块文件读取成字符串，然后剥离 utf8 编码特有的BOM文件头，最后编译该模块。

module._compile 方法用于模块的编译。

Module.prototype._compile = function(content, filename) {var self = this;var args = [self.exports, require, self, filename, dirname];return compiledWrapper.apply(self.exports, args);
};
复制代码

上面的代码基本等同于下面的形式。

(function (exports, require, module, __filename, __dirname) {// 模块源码
});复制代码

也就是说，模块的加载实质上就是，注入exports、require、module三个全局变量，然后执行模块的源码，然后将模块的 exports 变量的值输出。

引入一张文件查找的逻辑图：

参考：

javascript.ruanyifeng.com/nodejs/modu…

segmentfault.com/a/119000000…

www.cnblogs.com/TomXu/archi…

zhuanlan.zhihu.com/p/22890374