Node中如何引入一个模块及其细节

在 node 环境中，有两个内置的全局变量无需引入即可直接使用，并且无处不见，它们构成了 nodejs 的模块体系: module 与 require。以下是一个简单的示例

const fs = require('fs')  
const add = (x, y) => x + y  
module.exports = add 

虽然它们在平常使用中仅仅是引入与导出模块，但稍稍深入，便可见乾坤之大。在业界可用它们做一些比较 trick 的事情，虽然我不大建议使用这些黑科技，但稍微了解还是很有必要。

1. 如何在不重启应用时热加载模块？如 require 一个 json 文件时会产生缓存，但是重写文件时如何 watch
2. 如何通过不侵入代码进行打印日志
3. 循环引用会产生什么问题？

module wrApper

当我们使用 node 中写一个模块时，实际上该模块被一个函数包裹，如下所示:

(function(exports, require, module, __filename, __dirname) {  
  // 所有的模块代码都被包裹在这个函数中  
  const fs = require('fs')  
  const add = (x, y) => x + y 
  module.exports = add  
}); 

因此在一个模块中自动会注入以下变量：

• exports
• require
• module
• __filename
• __dirname

module

调试最好的办法就是打印，我们想知道 module 是何方神圣，那就把它打印出来！

const fs = require('fs')  
const add = (x, y) => x + y  
module.exports = add  
console.log(module) 

• module.id: 如果是 . 代表是入口模块，否则是模块所在的文件名，可见如下的 koa
• module.exports: 模块的导出

koa module

module.exports 与 exports

❝ `module.exports` 与 `exports` 有什么关系？[1] ❞

从以下源码中可以看到 module wrapper 的调用方 module._compile 是如何注入内置变量的，因此根据源码很容易理解一个模块中的变量：

• exports: 实际上是 module.exports 的引用
• require: 大多情况下是 Module.prototype.require
• module
• __filename
• __dirname: path.dirname(__filename)

// <node_internals>/internal/modules/cjs/loader.js:1138  
Module.prototype._compile = function(content, filename) {  
  // ...  
  const dirname = path.dirname(filename);  
  const require = makeRequireFunction(this, redirects);  
  let result;  
  // 从中可以看出：exports = module.exports  
  const exports = this.exports;  
  const thisValue = exports;  
  const module = this;  
  if (requireDepth === 0) statCache = new Map();  
  if (inspectorWrapper) {  
    result = inspectorWrapper(compiledWrapper, thisValue, exports,  
                              require, module, filename, dirname);  
  } else {  
    result = compiledWrapper.call(thisValue, exports, require, module,  
                                  filename, dirname);  
  }  
  // ...  
} 

require

通过 node 的 REPL 控制台，或者在 VSCode 中输出 require 进行调试，可以发现 require 是一个极其复杂的对象

require

从以上 module wrapper 的源码中也可以看出 require 由 makeRequireFunction 函数生成，如下

// <node_internals>/internal/modules/cjs/helpers.js:33  
function makeRequireFunction(mod, redirects) {  
  const Module = mod.constructor;  
  let require;  
  if (redirects) {  
    // ...  
  } else { 
     // require 实际上是 Module.prototype.require  
    require = function require(path) {  
      return mod.require(path);  
    };  
  }  
  function resolve(request, options) { // ... }  
  require.resolve = resolve;  
  function paths(request) {  
    validateString(request, 'request');  
    return Module._resolveLookupPaths(request, mod);  
  }  
  resolve.paths = paths;  
  require.main = process.mainModule;  
  // Enable support to add extra extension types.  
  require.extensions = Module._extensions;  
  require.cache = Module._cache;  
  return require;  
} 

❝ 关于 require 更详细的信息可以去参考官方文档: Node API: require[2] ❞

require(id)

require 函数被用作引入一个模块，也是平常最常见最常用到的函数

// <node_internals>/internal/modules/cjs/loader.js:1019  
Module.prototype.require = function(id) { 
   validateString(id, 'id');  
  if (id === '') {  
    throw new ERR_INVALID_ARG_VALUE('id', id,  
                                    'must be a non-empty string');  
  }  
  requireDepth++;  
  try {  
    return Module._load(id, this, /* isMain */ false);  
  } finally { 
     requireDepth--;  
  }  
} 

而 require 引入一个模块时，实际上通过 Module._load 载入，大致的总结如下：

1. 如果 Module._cache 命中模块缓存，则直接取出 module.exports，加载结束
2. 如果是 NativeModule，则 loadNativeModule 加载模块，如 fs、http、path 等模块，加载结束
3. 否则，使用 Module.load 加载模块，当然这个步骤也很长，下一章节再细讲

// <node_internals>/internal/modules/cjs/loader.js:879  
Module._load = function(request, parent, isMain) {  
  let relResolveCacheIdentifier;  
  if (parent) {  
    // ...  
  }  
  const filename = Module._resolveFilename(request, parent, isMain);  
  const cachedModule = Module._cache[filename];  
  // 如果命中缓存，直接取缓存  
  if (cachedModule !== undefined) {  
    updateChildren(parent, cachedModule, true);  
    return cachedModule.exports;  
  }  
  // 如果是 NativeModule，加载它  
  const mod = loadNativeModule(filename, request);  
  if (mod && mod.canBeRequiredByUsers) return mod.exports;  
  // Don't call updateChildren(), Module constructor already does.  
  const module = new Module(filename, parent);  
  if (isMain) {  
    process.mainModule = module;  
    module.id = '.';  
  }  
  Module._cache[filename] = module;  
  if (parent !== undefined) { // ... }  
  let threw = true;  
  try {  
    if (enableSourceMaps) {  
      try {  
        // 如果不是 NativeModule，加载它  
        module.load(filename);  
      } catch (err) {  
        rekeySourceMap(Module._cache[filename], err);  
        throw err; /* node-do-not-add-exception-line */  
      }  
    } else {  
      module.load(filename);  
    }  
    threw = false;  
  } finally {  
    // ...  
  }  
  return module.exports;  
}; 

require.cache

「当代码执行 require(lib) 时，会执行 lib 模块中的内容，并作为一份缓存，下次引用时不再执行模块中内容」。

这里的缓存指的就是 require.cache，也就是上一段指的 Module._cache

// <node_internals>/internal/modules/cjs/loader.js:899  
require.cache = Module._cache; 

这里有个小测试:

❝ 有两个文件: index.js 与 utils.js。utils.js 中有一个打印操作，当 index.js 引用 utils.js 多次时，utils.js 中的打印操作会执行几次。代码示例如下 ❞

「index.js」

// index.js  
// 此处引用两次  
require('./utils')  
require('./utils') 

「utils.js」

// utils.js  
console.log('被执行了一次') 

「答案是只执行了一次」，因此 require.cache，在 index.js 末尾打印 require，此时会发现一个模块缓存

// index.js  
require('./utils')  
require('./utils')  
console.log(require) 

那回到本章刚开始的问题：

❝ 如何不重启应用热加载模块呢？ ❞

答：「删掉 Module._cache」，但同时会引发问题，如这种 一行 delete require.cache 引发的内存泄漏血案[3]

所以说嘛，这种黑魔法大幅修改核心代码的东西开发环境玩一玩就可以了，千万不要跑到生产环境中去，毕竟黑魔法是不可控的。

总结

1. 模块中执行时会被 module wrapper 包裹，并注入全局变量 require 及 module 等
2. module.exports 与 exports 的关系实际上是 exports = module.exports
3. require 实际上是 module.require
4. require.cache 会保证模块不会被执行多次
5. 不要使用 delete require.cache 这种黑魔法