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JS ES Modules (ESM) 深度：`import/export` 语法与 `Tree Shaking`

各位靓仔靓女，准备好开启一场关于 JavaScript ES Modules (ESM) 的深度旅行了吗？今天咱们要聊聊 ESM 的 import/export 语法，以及它如何催生了 Tree Shaking 这种神奇的优化手段。系好安全带，发车啦！

第一站：ESM 的诞生与使命

在 ESM 出现之前，JavaScript 模块化方案百花齐放，CommonJS (Node.js 使用) 和 AMD (RequireJS 使用) 各领风骚。但问题来了：浏览器原生不支持这些方案，需要额外的打包工具（比如 Webpack, Browserify）进行转换。这就像你想吃火锅，却发现家里没有电磁炉，只能用柴火烧。

ESM 的出现，就像给 JavaScript 配备了原生的电磁炉！它成为了 JavaScript 的官方模块化标准，浏览器和 Node.js 都开始支持它。这意味着我们终于可以摆脱打包工具的部分负担，写出更简洁、更高效的代码。

第二站：import/export 语法：模块的语言

ESM 的核心在于 import 和 export 关键字。它们就像模块之间的语言，定义了模块如何暴露自己的功能，以及如何使用其他模块的功能。

  • export：亮出你的宝藏

    export 用于将模块内部的变量、函数、类等暴露给外部。它有两种主要形式：

    • 命名导出 (Named Exports)：可以导出多个，每个导出都有一个名字。

      // math.js
export const PI = 3.14159;
export function add(a, b) {
    return a + b;
}
export class Circle {
    constructor(radius) {
        this.radius = radius;
    }
    area() {
        return PI * this.radius * this.radius;
    }
}

    • 默认导出 (Default Export)：每个模块只能有一个默认导出，通常是一个主要的类或函数。

      // my-component.js
class MyComponent {
    render() {
        return '<div>Hello, world!</div>';
    }
}

export default MyComponent;

    命名导出 vs 默认导出：选哪个好？

    这就像点菜，命名导出是“麻婆豆腐、宫保鸡丁、鱼香肉丝”，你想吃哪个点哪个。默认导出是“今日特价套餐”，直接打包带走。

    特性 命名导出 默认导出
    数量 可以有多个 只能有一个
    导入方式 import { name1, name2 } from './module'; import myComponent from './module';
    使用场景 导出多个相关的功能，方便按需导入 导出模块的主要功能，例如一个组件、一个类
    重命名 导入时可以重命名：import { name1 as alias } from './module'; 导入时可以随意命名：import anyName from './module';
    推荐使用场景 模块包含多个独立的功能，例如工具函数库，或者需要清晰地表达模块的组成部分 模块主要导出一个类、函数或对象，作为模块的核心功能

  • import：接收你的宝藏

    import 用于从其他模块导入变量、函数、类等。它也对应着两种主要形式：

    • 命名导入 (Named Imports)：从命名导出模块导入指定的成员。

      // app.js
import { PI, add, Circle } from './math.js';

console.log(PI); // 3.14159
console.log(add(2, 3)); // 5

const myCircle = new Circle(5);
console.log(myCircle.area()); // 78.53975

    • 默认导入 (Default Imports)：从默认导出模块导入默认导出的成员。

      // app.js
import MyComponent from './my-component.js';

const component = new MyComponent();
console.log(component.render()); // <div>Hello, world!</div>

    混合使用：鱼和熊掌兼得

    import 语句可以同时导入命名导出和默认导出：

    // utils.js
export function formatNumber(number) {
    return number.toLocaleString();
}

const DEFAULT_LOCALE = 'en-US';
export default DEFAULT_LOCALE;
    // app.js
import DEFAULT_LOCALE, { formatNumber } from './utils.js';

console.log(DEFAULT_LOCALE); // en-US
console.log(formatNumber(1234567.89)); // 1,234,567.89

    *`import as`：一网打尽**

    可以使用 import * as 将模块的所有导出内容导入到一个对象中：

    // math.js
export const PI = 3.14159;
export function add(a, b) {
    return a + b;
}

// app.js
import * as MathUtils from './math.js';

console.log(MathUtils.PI); // 3.14159
console.log(MathUtils.add(2, 3)); // 5

    这种方式在需要访问模块中多个成员时比较方便，但也会引入模块中所有未使用的代码，影响 Tree Shaking 的效果 (稍后会讲到)。

    import()：动态导入，按需加载

    import() 是一个函数，可以动态地导入模块。它返回一个 Promise，resolve 的值是模块的导出对象。

    // index.js
async function loadModule() {
    const module = await import('./my-module.js');
    console.log(module.default); // 假设 my-module.js 默认导出一个函数
}

loadModule();

    动态导入的主要优点是：

    • 按需加载： 只在需要时才加载模块，可以减少初始加载时间。
    • 代码分割： 可以将应用程序分割成更小的模块，提高性能。
    • 条件加载： 可以根据条件加载不同的模块。

    例如，你可以根据用户的操作动态加载不同的组件：

    // app.js
document.getElementById('load-button').addEventListener('click', async () => {
    const component = await import('./my-component.js');
    const instance = new component.default();
    document.getElementById('content').appendChild(instance.render());
});

第三站：Tree Shaking：摇掉不用的代码

Tree Shaking 是一种优化技术，它可以消除 JavaScript 代码中未使用的代码 (Dead Code)。 就像摇晃一棵树，把枯枝败叶摇掉，只留下有用的部分。

ESM 的静态结构是 Tree Shaking 的基础。打包工具（例如 Webpack, Rollup）可以静态分析 ESM 的 import 和 export 语句，确定哪些代码被使用，哪些代码可以安全地移除。

Tree Shaking 的原理

  1. 静态分析： 打包工具分析 ESM 的 import 和 export 语句，构建模块依赖关系图。
  2. 标记： 标记被使用的模块和导出。
  3. 移除： 移除未被标记的模块和导出。

Tree Shaking 的好处

  • 减少包体积： 只保留使用的代码，减少最终的包体积，提高加载速度。
  • 提高性能： 减少需要解析和执行的代码量，提高应用程序的性能。
  • 改善用户体验： 更快的加载速度和更好的性能，提升用户体验。

Tree Shaking 的最佳实践

  • 使用 ESM： 这是 Tree Shaking 的前提。
  • 避免副作用： 避免在模块的顶层作用域执行有副作用的代码 (例如修改全局变量)。
  • 尽量使用命名导出： 命名导出更易于进行静态分析，Tree Shaking 效果更好。
  • *避免使用 `import as：** 这种方式会引入模块中所有未使用的代码，影响Tree Shaking` 的效果。
  • 配置打包工具： 确保打包工具开启了 Tree Shaking 功能 (例如 Webpack 的 optimization.usedExports 选项)。

一个 Tree Shaking 的例子

// utils.js
export function add(a, b) {
    return a + b;
}

export function subtract(a, b) {
    return a - b;
}

// app.js
import { add } from './utils.js';

console.log(add(2, 3)); // 5

在这个例子中，subtract 函数没有被使用，Tree Shaking 会将其从最终的包中移除。

副作用 (Side Effects) 与 Tree Shaking

副作用是指函数或表达式除了返回值之外，还会对程序状态产生其他影响，例如修改全局变量、修改 DOM、发送 HTTP 请求等。

如果一个模块有副作用，打包工具就无法安全地移除它，即使它没有被直接使用。因为移除它可能会导致程序行为发生改变。

例如：

// analytics.js
console.log('Initializing analytics...'); // 副作用：输出到控制台

export function trackEvent(event) {
    console.log(`Tracking event: ${event}`);
}

// app.js
import { trackEvent } from './analytics.js';

trackEvent('button-click');

在这个例子中，即使 app.js 没有使用 analytics.js 的 trackEvent 函数，analytics.js 模块仍然会被包含在最终的包中，因为它的顶层作用域有 console.log 语句，这是一个副作用。

为了让 Tree Shaking 更好地工作，应该尽量避免副作用，或者将副作用封装在函数中，只有在需要时才调用这些函数。

使用 sideEffects 标志告诉打包工具哪些文件有副作用

可以在 package.json 文件中使用 sideEffects 标志来告诉打包工具哪些文件包含副作用。这可以帮助打包工具更准确地进行 Tree Shaking。

例如：

{
    "name": "my-project",
    "version": "1.0.0",
    "sideEffects": [
        "./src/analytics.js", // analytics.js 包含副作用
        "./src/styles.css"    // CSS 文件通常包含副作用
    ]
}

sideEffects 可以是一个数组，包含包含副作用的文件或目录的路径。如果设置为 false，则表示整个项目都没有副作用，打包工具可以安全地移除所有未使用的代码。

第四站：ESM 在 Node.js 中的应用

Node.js 在 12.x 版本之后开始原生支持 ESM。要使用 ESM，需要满足以下条件：

  • 文件扩展名： 使用 .mjs 扩展名，或者在 package.json 中设置 "type": "module"。
  • import/export 语法： 使用 ESM 的 import 和 export 语法。

.mjs 扩展名

使用 .mjs 扩展名可以明确告诉 Node.js 使用 ESM 模式解析文件。

// my-module.mjs
export function greet(name) {
    return `Hello, ${name}!`;
}

// app.mjs
import { greet } from './my-module.mjs';

console.log(greet('World')); // Hello, World!

package.json 中的 "type": "module"

在 package.json 中设置 "type": "module" 可以让 Node.js 将所有 .js 文件都视为 ESM 模块。

{
    "name": "my-project",
    "version": "1.0.0",
    "type": "module"
}

在这种情况下，可以省略 .mjs 扩展名：

// my-module.js
export function greet(name) {
    return `Hello, ${name}!`;
}

// app.js
import { greet } from './my-module.js';

console.log(greet('World')); // Hello, World!

CommonJS 和 ESM 的互操作性

Node.js 提供了一些机制来实现 CommonJS 和 ESM 的互操作性：

  • import() 加载 CommonJS 模块： 可以使用 import() 函数动态地加载 CommonJS 模块。

    // app.mjs
async function loadCommonJSModule() {
    const module = await import('./my-commonjs-module.cjs');
    console.log(module); // 模块的 exports 对象
}

loadCommonJSModule();

  • CommonJS 模块加载 ESM 模块： 可以使用 require() 函数加载 ESM 模块，但需要使用动态 import()，并处理返回的 Promise。

    // my-commonjs-module.cjs
(async () => {
    const { greet } = await import('./my-esm-module.mjs');
    console.log(greet('World')); // Hello, World!
})();

总结

ESM 是 JavaScript 模块化的未来。它提供了原生的模块化支持，可以提高代码的可维护性、可重用性和性能。import/export 语法是 ESM 的核心，Tree Shaking 是 ESM 的重要优化手段。掌握 ESM 的使用方法，可以写出更简洁、更高效的 JavaScript 代码。

希望今天的旅行让你收获满满！下次再见！

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