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探讨 `Node.js` `Module System` (`CommonJS` vs `ESM`) 的互操作性、加载顺序和循环依赖问题。

各位观众老爷，大家好！我是今天的主讲人，咱们今天聊聊 Node.js 模块系统里那些让人头疼又欲罢不能的玩意儿：CommonJS 和 ESM，以及它们之间的爱恨情仇、加载顺序的玄机，还有循环依赖的那些剪不断理还乱的破事儿。

开场白：模块化——从刀耕火种到流水线生产

话说当年，JavaScript 代码都挤在一个 HTML 文件里，变量名冲突、代码臃肿得跟恐龙似的，维护起来简直是噩梦。后来，人们终于意识到，把代码拆分成一个个独立的模块，就像工厂里的流水线一样，各司其职，效率嗖嗖地就上去了。

Node.js 诞生之后，CommonJS 模块规范成了它的官方指定“方言”。但随着 ES6 的到来，JavaScript 迎来了自己的官方模块系统——ESM。从此，Node.js 就陷入了“既要又要”的境地：既要兼容老版本的 CommonJS，又要拥抱未来的 ESM。这就导致了各种各样的兼容性问题和令人困惑的行为。

第一幕：CommonJS 的辉煌与局限

CommonJS 模块的语法很简单：

  • require()：引入模块
  • module.exports 或 exports：导出模块

来，看个栗子：

// math.js (CommonJS)
function add(a, b) {
  return a + b;
}

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

module.exports = {
  add: add,
  subtract: subtract
};
// app.js (CommonJS)
const math = require('./math.js');

console.log(math.add(5, 3)); // 输出 8
console.log(math.subtract(5, 3)); // 输出 2

CommonJS 的优点是简单易懂，上手快。而且，它是动态加载的，也就是说，require() 语句是在运行时才执行的。

但是，CommonJS 也有它的局限性：

  • 同步加载： require() 语句会阻塞代码的执行，直到模块加载完成。这在浏览器环境下是不可接受的，因为会影响页面的响应速度。
  • 无法静态分析： 因为是动态加载，所以工具无法在编译时分析模块的依赖关系，这会影响代码的优化和打包。

第二幕：ESM 的崛起与挑战

ESM 的语法更现代化，也更符合 JavaScript 的未来发展方向：

  • import：引入模块
  • export：导出模块

还是刚才的例子，用 ESM 改写一下：

// math.mjs (ESM)
export function add(a, b) {
  return a + b;
}

export function subtract(a, b) {
  return a - b;
}
// app.mjs (ESM)
import { add, subtract } from './math.mjs';

console.log(add(5, 3)); // 输出 8
console.log(subtract(5, 3)); // 输出 2

ESM 的优点：

  • 异步加载： import 语句是异步加载的，不会阻塞代码的执行。
  • 静态分析： 可以在编译时分析模块的依赖关系，方便代码的优化和打包。
  • 循环依赖处理更好： ESM 在处理循环依赖方面比 CommonJS 更优秀。

ESM 的挑战：

  • 语法略显复杂： 相比 CommonJS，ESM 的语法稍微复杂一些。
  • 兼容性问题： Node.js 对 ESM 的支持起步较晚，存在一些兼容性问题。

第三幕：CommonJS 与 ESM 的互操作性——跨越鸿沟

CommonJS 和 ESM 就像两个不同国家的公民，语言不通，生活习惯也不一样。但是，为了让它们和平共处，Node.js 提供了一些方法来实现互操作性。

  • CommonJS 模块 require() ESM 模块：

在 CommonJS 模块中，你可以使用 require() 语句来引入 ESM 模块。但是，你需要注意以下几点：

*   ESM 模块必须导出默认导出 (`export default`)，CommonJS 才能通过 `require()` 引入。
*   `require()` 返回的是一个 Promise 对象，你需要使用 `await` 来获取 ESM 模块导出的值。
// app.js (CommonJS)
async function main() {
  const math = await import('./math.mjs'); // 注意：这里使用 import() 返回一个 Promise
  console.log(math.default.add(5, 3)); // 输出 8, 假设 math.mjs 中有 export default { add, subtract }
}

main();
// math.mjs (ESM)
export function add(a, b) {
  return a + b;
}

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

export default { add, subtract }; // 必须导出 default 才能被 require() 引入
  • ESM 模块 import() CommonJS 模块：

在 ESM 模块中，你可以使用 import() 函数来引入 CommonJS 模块。import() 函数返回一个 Promise 对象，你需要使用 await 来获取 CommonJS 模块导出的值。

// app.mjs (ESM)
async function main() {
  const math = await import('./math.js');
  console.log(math.add(5, 3)); // 输出 8
}

main();
// math.js (CommonJS)
function add(a, b) {
  return a + b;
}

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

module.exports = {
  add: add,
  subtract: subtract
};
  • package.json 中的 "type" 字段：

package.json 文件中的 "type" 字段可以指定项目中使用的是 CommonJS 还是 ESM。

*   `"type": "commonjs"`：项目中使用 CommonJS 模块。
*   `"type": "module"`：项目中使用 ESM 模块。

如果 "type" 字段没有指定，Node.js 会根据文件的扩展名来判断模块的类型：

*   `.js`：CommonJS 模块
*   `.mjs`：ESM 模块
*   `.cjs`：CommonJS 模块 (显式指定)

第四幕：加载顺序的奥秘——先来后到

Node.js 的模块加载顺序有一套复杂的规则，涉及到缓存、路径搜索等等。简单来说，可以总结为以下几点：

  1. 缓存优先： 如果模块已经被加载过，Node.js 会直接从缓存中读取，而不会重新加载。
  2. 核心模块： Node.js 内置的核心模块（例如 fs、http）优先级最高，会首先被加载。

  3. 文件模块： 文件模块的加载顺序取决于 require() 或 import 语句中指定的路径。

    • 绝对路径： 如果指定的是绝对路径，Node.js 会直接加载该路径下的文件。
    • 相对路径： 如果指定的是相对路径，Node.js 会根据当前模块的路径来搜索文件。
    • 模块名： 如果指定的是模块名，Node.js 会在 node_modules 目录下搜索模块。搜索顺序是从当前模块的 node_modules 目录开始，逐级向上搜索，直到找到为止。

第五幕：循环依赖的困境——剪不断理还乱

循环依赖是指两个或多个模块相互依赖，形成一个环状依赖关系。例如：

// a.js
const b = require('./b');
console.log('a.js', b);
module.exports = {
  a: 'a'
};

// b.js
const a = require('./a');
console.log('b.js', a);
module.exports = {
  b: 'b'
};

CommonJS 和 ESM 在处理循环依赖方面有所不同。

  • CommonJS： CommonJS 在遇到循环依赖时，会返回一个“半成品”模块。也就是说，在加载 a.js 时，如果 b.js 依赖于 a.js，那么 b.js 拿到的 a.js 可能还没有完全加载完成。

    运行上面的代码，你可能会看到类似这样的输出：

    b.js { a: undefined }
a.js { b: 'b' }

    可以看到，在 b.js 加载时，a.js 的 a 属性是 undefined。

  • ESM： ESM 在处理循环依赖时，会抛出一个错误。ESM 要求在执行模块代码之前，必须先完成模块的解析和链接。因此，如果遇到循环依赖，ESM 无法确定模块的加载顺序，就会抛出错误。

    Uncaught ReferenceError: Cannot access 'a' before initialization

如何避免循环依赖？

循环依赖是一种不良的设计模式，应该尽量避免。以下是一些避免循环依赖的方法：

  • 重新设计模块结构： 考虑将相互依赖的模块合并成一个模块，或者将公共的依赖提取到一个单独的模块中。
  • 使用依赖注入： 将依赖关系从模块内部转移到外部，通过构造函数或函数参数来传递依赖。
  • 延迟加载： 使用 import() 函数来动态加载模块，避免在模块加载时就立即执行依赖关系。

第六幕：Node.js 的未来——拥抱 ESM

虽然 CommonJS 在 Node.js 的早期发展中起到了重要的作用，但 ESM 才是 JavaScript 的未来。Node.js 正在逐步加强对 ESM 的支持，并鼓励开发者使用 ESM 来编写模块。

总结：模块化是王道

模块化是现代 JavaScript 开发的基石。理解 CommonJS 和 ESM 的区别和互操作性，可以帮助你更好地组织代码，提高开发效率，并避免一些常见的错误。

表格：CommonJS vs ESM

特性 CommonJS ESM
语法 require(), module.exports import, export
加载方式 同步 异步
静态分析 不支持 支持
循环依赖处理 返回“半成品”模块 抛出错误
适用场景 Node.js 浏览器、Node.js

尾声：持续学习，不断进步

Node.js 的模块系统是一个复杂而精妙的系统，需要不断学习和实践才能掌握。希望今天的讲座能帮助你更好地理解 CommonJS 和 ESM，并在你的项目中使用它们来构建更健壮、更可维护的应用程序。

感谢大家的观看，下次再见！

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