抖音二面：为什么模块循环依赖不会死循环？CommonJS和ES Module的处理有什么不同？

2022-07-29 20:49:36 浏览数 (1)

大家好，我是年年。如果被问到“CommonJS和ES Module的差异”，大概每个前端都都背出几条：一个是导出值的拷贝，一个是导出值的引用；一个是运行时加载，一个是静态编译...

这篇文章会聚焦于遇到“循环引入”时，两者的处理方式有什么不同，这篇文章会讲清：

  1. CommonJS和ES Module对于循环引用的解决原理是什么？
  2. CommonJS的module.exports和exports有什么不同？
  3. 引入模块时的路径解析规则是什么。

JavaScript的模块化

首先说说为什么会有两种模块化规范。众所周知，早期的JavaScript是没有模块的概念，引用第三方包时都是把变量直接绑定在全局环境下。

以axios为例，以script标签引入时，实际是在window对象上绑定了一个axios属性。

这种全局引入的方式会导致两个问题，变量污染和依赖混乱。

  1. 变量污染：所有脚本都在全局上下文中绑定变量，如果出现重名时，后面的变量就会覆盖前面的
  2. 依赖混乱：当多个脚本有相互依赖时，彼此之间的关系不明朗

所以需要使用“模块化”来对不同代码进行隔离。其实模块化规范远不止这两种，JavaScript官方迟迟没有给出解法，所以社区实现了很多不同的模块化规范，按照出现的时间前后有CommonJS、AMD、CMD、UMD。最后才是JavaScript官方在ES6提出的ES Module。

听着很多，但其实只用重点了解CommonJS和ES Module，一是面试基本只会问这两个，二是实际使用时用得多的也就是这两个。

CommonJS

CommonJS的发明者希望它能让服务端和客户端通用（Common）。但如果一直从事纯前端开发，应该对它不太熟悉，因为它原本是叫ServerJS，它主要被应用于Node服务端。

该规范把每一个文件看作一个模块，首先看它的基本使用：

代码语言：javascript复制
// index.js 导入
const a = require("./a.js")
console.log('运行入口模块')
console.log(a)

// a.js 导出
exports.a = 'a模块'
console.log('运行a模块');

我们使用require函数作模块的引入，使用exports对象来做模块的导出，这里的require exports正是CommmonJS规范提供给我们的，使用断点调试，可以看到这几个核心变量：

  1. exports 记录当前模块导出的变量
  2. module 记录当前模块的详细信息
  3. require 进行模块的导入

exports 导出

首先来看exports导出，面试经常会问的一个题目是exports和module.exports区别是什么。两者指向同一块内存，但是使用并不是完全等价的。

  1. 当绑定一个属性时，两者相同
代码语言：javascript复制
exports.propA = 'A';
module.exports.propB = 'B';
  1. 不能直接赋值给exports，也就是不能直接使用exports={}这种语法
代码语言：javascript复制
// 失败
exports = {propA:'A'};
// 成功
module.exports = {propB:'B'};

虽然两者指向同一块内存，但最后被导出的是module.exports，所以不能直接赋值给exports。

同样的道理，只要最后直接给module.exports赋值了，之前绑定的属性都会被覆盖掉。

代码语言：javascript复制
exports.propA = 'A';
module.exports.propB = 'B';
module.exports = {propC:'C'};

用上面的例子所示，先是绑定了两个属性propA和propB，接着给module.exports赋值，最后能成功导出的只有propC。

require 导入

CommonJS的引入特点是值的拷贝，简单来说就是把导出值复制一份，放到一块新的内存中。

循环引入

接下来进入正题，CommonJS如何处理循环引入。

首先来看一个例子：入口文件引用了a模块，a模块引用了b模块，b模块却又引用了a模块。可以思考一下会输出什么.

代码语言：javascript复制
//index.js
var a = require('./a')
console.log('入口模块引用a模块：',a)

// a.js
exports.a = '原始值-a模块内变量'
var b = require('./b')
console.log('a模块引用b模块：',b)
exports.a = '修改值-a模块内变量'

// b.js
exports.b ='原始值-b模块内变量'
var a = require('./a')
console.log('b模块引用a模块',a)
exports.b = '修改值-b模块内变量'

输出结果如下：

这种AB模块间的互相引用，本应是个死循环，但是实际并没有，因为CommonJS做了特殊处理——模块缓存。

依旧使用断点调试，可以看到变量require上有一个属性cache，这就是模块缓存

一行行来看执行过程，

  1. 【入口模块】开始执行，把入口模块加入缓存，
  2. var a = require('./a') 执行 将a模块加入缓存，进入a模块，
  3. 【a模块】exports.a = '原始值-a模块内变量'执行，a模块的缓存中给变量a初始化，为原始值，
  4. 执行var b = require('./b')，将b模块加入缓存，进入b模块
  5. 【b模块】exports.b ='原始值-b模块内变量'，b模块的缓存中给变量b初始化，为原始值，
  6. var a = require('./a')，尝试导入a模块，发现已有a模块的缓存，所以不会进入执行，而是直接取a模块的缓存，此时打印{ a: '原始值-a模块内变量' },
  7. exports.b = '修改值-b模块内变量 执行，将b模块的缓存中变量b替换成修改值，
  8. 【a模块】console.log('a模块引用b模块：',b) 执行，取缓存中的值，打印{ b: '修改值-b模块内变量' }
  9. exports.a = '修改值-a模块内变量' 执行，将a模块缓存中的变量a替换成修改值，
  10. 【入口模块】console.log('入口模块引用a模块：',a) 执行，取缓存中的值，打印{ a: '修改值-a模块内变量' }

上面就是对循环引用的处理过程，循环引用无非是要解决两个问题，怎么避免死循环以及输出的值是什么。CommonJS通过模块缓存来解决：每一个模块都先加入缓存再执行，每次遇到require都先检查缓存，这样就不会出现死循环；借助缓存，输出的值也很简单就能找到了。

多次引入

同样由于缓存，一个模块不会被多次执行，来看下面这个例子：入口模块引用了a、b两个模块，a、b这两个模块又分别引用了c模块，此时并不存在循环引用，但是c模块被引用了两次。

代码语言：javascript复制
//index.js
var a = require('./a')
var b= require('./b')

// a.js
module.exports.a = '原始值-a模块内变量'
console.log('a模块执行')
var c = require('./c')

// b.js
module.exports.b = '原始值-b模块内变量'
console.log('b模块执行')
var c = require('./c')

// c.js
module.exports.c = '原始值-c模块内变量'
console.log('c模块执行')

执行结果如下：

可以看到，c模块只被执行了一次，当第二次引用c模块时，发现已经有缓存，则直接读取，而不会再去执行一次。

路径解析规则

路径解析规则也是面试常考的一个点，或者说，为什么我们导入时直接简单写一个'react'就正确找到包的位置。

仔细观察module这个变量，可以看到还有一个属性paths

首先把路径作一个简单分类：内置的核心模块、本地的文件模块和第三方模块。

  1. 对于核心模块，node将其已经编译成二进制代码，直接书写标识符fs、http就可以
  2. 对于自己写的文件模块，需要用‘./’'../'开头，require会将这种相对路径转化为真实路径，找到模块
  3. 对于第三方模块，也就是使用npm下载的包，就会用到paths这个变量，会依次查找当前路径下的node_modules文件夹，如果没有，则在父级目录查找no_modules，一直到根目录下，找到为止。

在node_modules下找到对应包后，会以package.json文件下的main字段为准，找到包的入口，如果没有main字段，则查找index.js/index.json/index.node

ES Module

尽管名为CommonJS，但并不Comomn（通用），它的影响范围还是仅仅在于服务端。前端开发更常用的是ES Module。

ES Module使用import命令来做导入，使用export来做导出，语法相对比较复杂，熟悉可以先跳过这一部分

  1. 普通导入、导出
代码语言：javascript复制
// index.mjs
import {propA, propB,propC, propD} from './a.mjs'

// a.mjs
const propA = 'a';
let propB = () => {console.log('b')};
var propC = 'c';

export { propA, propB, propC };
export const propD = 'd'

使用export导出可以写成一个对象合集，也可以是一个单独的变量，需要和import导入的变量名字一一对应

  1. 默认导入、导出
代码语言：javascript复制
// 导入函数
import anyName from './a.mjs'
export default function () {
    console.log(123)
}

// 导入对象
import anyName from './a.mjs'
export default {
  name:'niannian';
  location:'guangdong'
}

// 导入常量
import anyName from './a.mjs'
export default 1

使用export default语法可以实现默认导出，可以是一个函数、一个对象，或者仅一个常量。默认的意思是，使用import导入时可以使用任意名称，

  1. 混合导入、导出
代码语言：javascript复制

// index.mjs
import anyName, { propA, propB, propC, propD } from './a.mjs'
console.log(anyName,propA,propB,propC,propD)

// a.mjs
const propA = 'a';
let propB = () => {console.log('b')};
var propC = 'c';
// 普通导出
export { propA, propB, propC };
export const propD = 'd'
// 默认导出
export default function sayHello() {
    console.log('hello')
}
  1. 全部导入
代码语言：javascript复制
// index.mjs
import * as resName from './a.mjs'
console.log(resName)

// a.mjs
const propA = 'a';
let propB = () => {console.log('b')};
var propC = 'c';
// 普通导出
export { propA, propB, propC };
export const propD = 'd'
// 默认导出
export default function sayHello() {
    console.log('hello')
}

结果如下

  1. 重命名导入
代码语言：javascript复制
// index.mjs
import {  propA  as renameA,   propB as renameB, propC as renameC , propD as renameD } from './a.mjs'
const propA = 'a';
let propB = () => {console.log('b')};
var propC = 'c';

// a.mjs
export { propA, propB, propC };
export const propD = 'd'
  1. 重定向导出
代码语言：javascript复制
export * from './a.mjs' // 第一种
export { propA, propB, propC } from './a.mjs' // 第二种
export { propA as renameA, propB as renameB, propC as renameC } from './a.mjs' //第三种
  • 第一种方式：重定向导出所有导出属性， 但是不包括模块的默认导出。
  • 第二种方式：以相同的属性名再次导出。
  • 第三种方式：从模块中导入propA，重命名为renameA导出
  1. 只运行模块
代码语言：javascript复制
import './a.mjs'

export 导出

ES Module导出的是一份值的引用，CommonJS则是一份值的拷贝。也就是说，CommonJS是把暴露的对象拷贝一份，放在新的一块内存中，每次直接在新的内存中取值，所以对变量修改没有办法同步；而ES Module则是指向同一块内存，模块实际导出的是这块内存的地址，每当用到时根据地址找到对应的内存空间，这样就实现了所谓的“动态绑定”。

可以看下面这个例子，使用ES Module导出一个变量1和一个给变量加1的方法

代码语言：javascript复制
// b.mjs
export let count = 1;
export function add() {
  count  ;
}
export function get() {
  return count;
}

// a.mjs
import { count, add, get } from './b.mjs';
console.log(count);    // 1
add();
console.log(count);    // 2
console.log(get());    // 2

可以看到，调用add后，导出的数字同步增加了。

但使用CommonJS实现这个逻辑：

代码语言：javascript复制
// a.js
let count = 1;
module.exports = {
  count,
  add() {
    count  ;
  },
  get() {
    return count;
  }
};

// index.js
const { count, add, get } = require('./a.js');
console.log(count);    // 1
add();
console.log(count);    // 1
console.log(get());    // 2

可以看到，在调用add对变量count增加后，导出count没有改变，因为CommonJS基于缓存实现，入口模块中拿到的是放在新内存中的一份拷贝，调用add修改的是模块a中这块内存，新内存没有被修改到，所以还是原始值，只有将其改写成方法才能获取最新值。

import 导入

ES module会根据import关系构建一棵依赖树，遍历到树的叶子模块后，然后根据依赖关系，反向找到父模块，将export/import指向同一地址。

循环引入

和CommonJS一样，发生循环引用时并不会导致死循环，但两者的处理方式大有不同。如果阅读了上文，应该还记得CommonJS对循环引用的处理基于他的缓存，即：将导出值拷贝一份，放在一块新的内存，用到的时候直接读取这块内存。

但ES module导出的是一个索引——内存地址，没有办法这样处理。它依赖的是“模块地图”和“模块记录”，模块地图在下面会解释，而模块记录是好比每个模块的“身份证”，记录着一些关键信息——这个模块导出值的的内存地址，加载状态，在其他模块导入时，会做一个“连接”——根据模块记录，把导入的变量指向同一块内存，这样就是实现了动态绑定，

来看下面这个例子，和之前的demo逻辑一样：入口模块引用a模块，a模块引用b模块，b模块又引用a模块，这种ab模块相互引用就形成了循环

代码语言：javascript复制
// index.mjs
import * as a from './a.mjs'
console.log('入口模块引用a模块：',a)

// a.mjs
let a = "原始值-a模块内变量"
export { a }
import * as b from "./b.mjs"
console.log("a模块引用b模块：", b)
a = "修改值-a模块内变量"

// b.mjs
let b = "原始值-b模块内变量"
export { b }
import * as a from "./a.mjs"
console.log("b模块引用a模块：", a)
b = "修改值-b模块内变量"

运行代码，结果如下。

值得一提的是，import语句有提升的效果，实际执行可以看作这样：

代码语言：javascript复制
// index.mjs
import * as a from './a.mjs'
console.log('入口模块引用a模块：',a)

// a.mjs
import * as b from "./b.mjs"
let a = "原始值-a模块内变量"
export { a }
console.log("a模块引用b模块：", b)
a = "修改值-a模块内变量"

// b.mjs
import * as a from "./a.mjs"
let b = "原始值-b模块内变量"
export { b }
console.log("b模块引用a模块：", a)
b = "修改值-b模块内变量"

可以看到，在b模块中引用a模块时，得到的值是uninitialized，接下来一步步分析代码的执行。

在代码执行前，首先要进行预处理，这一步会根据import和export来构建模块地图（Module Map），它类似于一颗树，树中的每一个“节点”就是一个模块记录，这个记录上会标注导出变量的内存地址，将导入的变量和导出的变量连接，即把他们指向同一块内存地址。不过此时这些内存都是空的，也就是看到的uninitialized。

接下来就是代码的一行行执行，import和export语句都是只能放在代码的顶层，也就是说不能写在函数或者if代码块中。

  1. 【入口模块】首先进入入口模块，在模块地图中把入口模块的模块记录标记为“获取中”（Fetching），表示已经进入，但没执行完毕，
  2. import * as a from './a.mjs' 执行，进入a模块，此时模块地图中a的模块记录标记为“获取中”
  3. 【a模块】import * as b from './b.mjs' 执行，进入b模块，此时模块地图中b的模块记录标记为“获取中”，
  4. 【b模块】import * as a from './a.mjs' 执行，检查模块地图，模块a已经是Fetching态，不再进去，
  5. let b = '原始值-b模块内变量' 模块记录中，存储b的内存块初始化，
  6. console.log('b模块引用a模块：', a) 根据模块记录到指向的内存中取值，是{ a:}
  7. b = '修改值-b模块内变量' 模块记录中，存储b的内存块值修改
  8. 【a模块】let a = '原始值-a模块内变量' 模块记录中，存储a的内存块初始化，
  9. console.log('a模块引用b模块：', b) 根据模块记录到指向的内存中取值，是{ b: '修改值-b模块内变量' }
  10. a = '修改值-a模块内变量' 模块记录中，存储a的内存块值修改
  11. 【入口模块】console.log('入口模块引用a模块：',a) 根据模块记录，到指向的内存中取值，是{ a: '修改值-a模块内变量' }

总结一下：和上面一样，循环引用要解决的无非是两个问题，保证不进入死循环以及输出什么值。ES Module来处理循环使用一张模块间的依赖地图来解决死循环问题，标记进入过的模块为“获取中”，所以循环引用时不会再次进入；使用模块记录，标注要去哪块内存中取值，将导入导出做连接，解决了要输出什么值。

结语

回到开头的三个问题，答案在文中不难找到：

  1. CommonJS和ES Module都对循环引入做了处理，不会进入死循环，但方式不同：
    • CommonJS借助模块缓存，遇到require函数会先检查是否有缓存，已经有的则不会进入执行，在模块缓存中还记录着导出的变量的拷贝值；
    • ES Module借助模块地图，已经进入过的模块标注为获取中，遇到import语句会去检查这个地图，已经标注为获取中的则不会进入，地图中的每一个节点是一个模块记录，上面有导出变量的内存地址，导入时会做一个连接——即指向同一块内存。
  2. CommonJS的export和module.export指向同一块内存，但由于最后导出的是module.export，所以不能直接给export赋值，会导致指向丢失。
  3. 查找模块时，核心模块和文件模块的查找都比较简单，对于react/vue这种第三方模块，会从当前目录下的node_module文件下开始，递归往上查找，找到该包后，根据package.json的main字段找到入口文件。
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