前端模塊化——徹底搞懂AMD、CMD、ESM和CommonJS

我們知道，在NodeJS之前，由於沒有過於復雜的開發場景，前端是不存在模塊化的，后端才有模塊化。NodeJS誕生之后，它使用CommonJS的模塊化規范。從此，js模塊化開始快速發展。

模塊化的開發方式可以提供代碼復用率，方便進行代碼的管理。通常來說，一個文件就是一個模塊，有自己的作用域，只向外暴露特定的變量和函數。目前流行的js模塊化規范有CommonJS、AMD、CMD以及ES6的模塊系統。下面開始一一介紹：

CommonJS

NodeJS是CommonJS規范的主要實踐者，它有四個重要的環境變量為模塊化的實現提供支持：module、exports、require、global。實際使用時，用module.exports定義當前模塊對外輸出的接口（不推薦直接用exports），用require加載模塊。

// 定義模塊math.js
var basicNum = 0;
function add(a, b) {
  return a + b;
}
module.exports = { //在這里寫上需要向外暴露的函數、變量
  add: add,
  basicNum: basicNum
}

/** 必須加./路徑，不加的話只會去node_modules文件找 **/
// 引用自定義的模塊時，參數包含路徑，可省略.js
var math = require('./math');
math.add(2, 5);

// 引用核心模塊時，不需要帶路徑
var http = require('http');
http.createService(...).listen(3000);

CommonJS用同步的方式加載模塊。在服務端，模塊文件都存放在本地磁盤，讀取非常快，所以這樣做不會有問題。但是在瀏覽器端，限於網絡原因，更合理的方案是使用異步加載。

exports和module.export區別：

exports：對於本身來講是一個變量（對象），它不是module的引用，它是{}的引用，它指向module.exports的{}模塊。只能使用.語法 向外暴露變量。

module.exports：module是一個變量，指向一塊內存，exports是module中的一個屬性，存儲在內存中，然后exports屬性指向{}模塊。既可以使用.語法，也可以使用=直接賦值。

AMD和require.js

AMD規范采用異步方式加載模塊，模塊的加載不影響它后面語句的運行。所有依賴這個模塊的語句，都定義在一個回調函數中，等到加載完成之后，這個回調函數才會運行。這里介紹用require.js實現AMD規范的模塊化：用require.config()指定引用路徑等，用definde()定義模塊，用require()加載模塊。

首先我們需要引入require.js文件和一個入口文件main.js。main.js中配置require.config()並規定項目中用到的基礎模塊。

/** 網頁中引入require.js及main.js **/
<script src="js/require.js" data-main="js/main"></script>

/** main.js 入口文件/主模塊 **/
// 首先用config()指定各模塊路徑和引用名
require.config({
  baseUrl: "js/lib",
  paths: {
    "jquery": "jquery.min",  //實際路徑為js/lib/jquery.min.js
    "underscore": "underscore.min",
  }
});
// 執行基本操作
require(["jquery","underscore"],function($,_){
  // some code here
});

引用模塊的時候，我們將模塊名放在[]中作為reqiure()的第一參數；如果我們定義的模塊本身也依賴其他模塊,那就需要將它們放在[]中作為define()的第一參數。

// 定義math.js模塊
define(function () {
    var basicNum = 0;
    var add = function (x, y) {
        return x + y;
    };
    return {
        add: add,
        basicNum :basicNum
    };
});

// 定義一個依賴underscore.js的模塊
define(['underscore'],function(_){
  var classify = function(list){
    _.countBy(list,function(num){
      return num > 30 ? 'old' : 'young';
    })
  };
  return {
    classify :classify
  };
})

// 引用模塊，將模塊放在[]內
require(['jquery', 'math'],function($, math){
  var sum = math.add(10,20);
  $("#sum").html(sum);
});

CMD和sea.js

AMD的實現者require.js在申明依賴的模塊時，會在第一時間加載並執行模塊內的代碼：

define(["a", "b", "c", "d", "e", "f"], function(a, b, c, d, e, f) { 
    // 等於在最前面聲明並初始化了要用到的所有模塊
    if (false) {
      // 即便沒用到某個模塊 b，但 b 還是提前執行了。**這就CMD要優化的地方**
      b.foo()
    } 
});

CMD是另一種js模塊化方案，它與AMD很類似，不同點在於：AMD推崇依賴前置、提前執行，CMD推崇依賴就近、延遲執行。此規范其實是在sea.js推廣過程中產生的。

/** AMD寫法 **/
define(["a", "b", "c", "d", "e", "f"], function(a, b, c, d, e, f) { 
     // 等於在最前面聲明並初始化了要用到的所有模塊
    a.doSomething();
    if (false) {
        // 即便沒用到某個模塊 b，但 b 還是提前執行了
        b.doSomething()
    } 
});

/** CMD寫法 **/
define(function(require, exports, module) {
    var a = require('./a'); //在需要時申明
    a.doSomething();
    if (false) {
        var b = require('./b');
        b.doSomething();
    }
});

/** sea.js **/
// 定義模塊 math.js
define(function(require, exports, module) {
    var $ = require('jquery.js');
    var add = function(a,b){
        return a+b;
    }
    exports.add = add;
});

// 加載模塊
seajs.use(['math.js'], function(math){
    var sum = math.add(1+2);
});

ES6 Module

ES6 在語言標准的層面上，實現了模塊功能，而且實現得相當簡單，旨在成為瀏覽器和服務器通用的模塊解決方案。其模塊功能主要由兩個命令構成：export和import。export命令用於規定模塊的對外接口，import命令用於輸入其他模塊提供的功能。

/** 定義模塊 math.js **/
var basicNum = 0;
var add = function (a, b) {
    return a + b;
};
export { basicNum, add };

/** 引用模塊 **/
import { basicNum, add } from './math';
function test(ele) {
    ele.textContent = add(99 + basicNum);
}

如上例所示，使用import命令的時候，用戶需要知道所要加載的變量名或函數名。其實ES6還提供了export default命令，為模塊指定默認輸出，對應的import語句不需要使用大括號。這也更趨近於ADM的引用寫法。

/** export default **/
//定義輸出
export default { basicNum, add };

//引入
import math from './math';
function test(ele) {
    ele.textContent = math.add(99 + math.basicNum);
}

ES6的模塊不是對象，import命令會被 JavaScript 引擎靜態分析，在編譯時就引入模塊代碼，而不是在代碼運行時加載，所以無法實現條件加載。也正因為這個，使得靜態分析成為可能。

ES6 模塊的特征：

• 嚴格模式：ES6 的模塊自動采用嚴格模式
• import read-only特性： import的屬性是只讀的，不能賦值，類似於const的特性
• export/import提升： import/export必須位於模塊頂級，不能位於作用域內；其次對於模塊內的import/export會提升到模塊頂部，這是在編譯階段完成的

ES6 模塊與 CommonJS 模塊的差異

1. CommonJS 模塊輸出的是一個值的拷貝，ES6 模塊輸出的是值的引用

• CommonJS 模塊輸出的是值的拷貝，也就是說，一旦輸出一個值，模塊內部的變化就影響不到這個值。
• ES6 模塊的運行機制與 CommonJS 不一樣。JS 引擎對腳本靜態分析的時候，遇到模塊加載命令import，就會生成一個只讀引用。等到腳本真正執行時，再根據這個只讀引用，到被加載的那個模塊里面去取值。換句話說，ES6 的import有點像 Unix 系統的“符號連接”，原始值變了，import加載的值也會跟着變。因此，ES6 模塊是動態引用，並且不會緩存值，模塊里面的變量綁定其所在的模塊。

2. CommonJS 模塊是運行時加載，ES6 模塊是編譯時輸出接口

• 運行時加載: CommonJS 模塊就是對象；即在輸入時是先加載整個模塊，生成一個對象，然后再從這個對象上面讀取方法，這種加載稱為“運行時加載”。
• 編譯時加載: ES6 模塊不是對象，而是通過 export 命令顯式指定輸出的代碼，import時采用靜態命令的形式。即在import時可以指定加載某個輸出值，而不是加載整個模塊，這種加載稱為“編譯時加載”。模塊內部引用的變化，會反應在外部。

CommonJS 加載的是一個對象（即module.exports屬性），該對象只有在腳本運行完才會生成。而 ES6 模塊不是對象，它的對外接口只是一種靜態定義，在代碼靜態解析階段就會生成。

廢話不多說，直接看代碼：

首先看個CommonJS輸出拷貝的例子：

// a.js
let a = 1;
let b = { num: 1 }
setTimeout(() => {
    a = 2;
    b = { num: 2 };
}, 200);
module.exports = {
    a,
    b,
};

// main.js
// node main.js
let {a, b} = require('./a');
console.log(a);  // 1
console.log(b);  // { num: 1 }
setTimeout(() => {
    console.log(a);  // 1
    console.log(b);  // { num: 1 }
}, 500);

所謂輸出拷貝，如果了解過 NodeJS 或者 webpack 對 CommonJS 的實現（不了解可以看這篇文章），就會知道：exports對象是模塊內外的唯一關聯， CommonJS 輸出的內容，就是exports對象的屬性，模塊運行結束，屬性就確定了。

再看ES6 Module輸出的例子：

// a.mjs
let a = 1;
let b = { num: 1 }
setTimeout(() => {
    a = 2;
    b = { num: 2 };
}, 200);
export {
    a,
    b,
};

// main.mjs
// node --experimental-modules main.mjs
import {a, b} from './a';
console.log(a);  // 1
console.log(b);  // { num: 1 }
setTimeout(() => {
    console.log(a);  // 2
    console.log(b);  // { num: 2 }
}, 500);

以上就是 ES6 Module 輸出引用和 CommonJS 輸出值的區別，模塊內部引用的變化，會反應在外部，這是 ES6 Module 的規范。

總結

1. AMD/CMD/CommonJs 是js模塊化開發的規范，對應的實現是require.js/sea.js/Node.js

2. CommonJs 主要針對服務端，AMD/CMD/ES Module主要針對瀏覽器端，容易混淆的是AMD/CMD。（順便提一下，針對服務器端和針對瀏覽器端有什么本質的區別呢？服務器端一般采用同步加載文件，也就是說需要某個模塊，服務器端便停下來，等待它加載再執行。這里如果有其他后端語言，如java。而瀏覽器端要保證效率，需要采用異步加載，這就需要一個預處理，提前將所需要的模塊文件並行加載好。）

3. AMD/CMD區別，雖然都是並行加載js文件，但還是有所區別，AMD是預加載，在並行加載js文件同時，還會解析執行該模塊（因為還需要執行，所以在加載某個模塊前，這個模塊的依賴模塊需要先加載完成）；而CMD是懶加載，雖然會一開始就並行加載js文件，但是不會執行，而是在需要的時候才執行。

4. AMD/CMD的優缺點.一個的優點就是另一個的缺點， 可以對照瀏覽。
   AMD優點：加載快速，尤其遇到多個大文件，因為並行解析，所以同一時間可以解析多個文件。
   AMD缺點：並行加載，異步處理，加載順序不一定，可能會造成一些困擾，甚至為程序埋下大坑。

   CMD優點：因為只有在使用的時候才會解析執行js文件，因此，每個JS文件的執行順序在代碼中是有體現的，是可控的。

   CMD缺點：執行等待時間會疊加。因為每個文件執行時是同步執行（串行執行），因此時間是所有文件解析執行時間之和，尤其在文件較多較大時，這種缺點尤為明顯。（PS：重新看這篇文章，發現這里寫的不是很准確。確切來說，JS是單線程，所有JS文件執行時間疊加在AMD和CMD中是一樣的。但是CMD是使用時執行，沒法利用空閑時間，而AMD是文件加載好就執行，往往可以利用一些空閑時間。這么來看，CMD比AMD的優點還是很明顯的，畢竟AMD加載好的時候也未必就是JS引擎的空閑時間！）

5. CommonJS 和 ES Module 區別：CommonJS 模塊輸出的是一個值的拷貝，ES6 模塊輸出的是值的引用

6. 如何使用？CommonJs 的話，因為 NodeJS 就是它的實現，所以使用 node 就行，也不用引入其他包。AMD則是通過<script>標簽引入require.js，CMD則是引入sea.js

參考：

AMD/CMD/CommonJs到底是什么？它們有什么區別？

前端模塊化：CommonJS,AMD,CMD,ES6

ES6 模塊與 CommonJS 模塊的差異