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概述如何實現一個簡單的浏覽器端js模塊加載器
編輯:關於JavaScript     

在es6之前,js不像其他語言自帶成熟的模塊化功能,頁面只能靠插入一個個script標簽來引入自己的或第三方的腳本,並且容易帶來命名沖突的問題。js社區做了很多努力,在當時的運行環境中,實現"模塊"的效果。

通用的js模塊化標准有CommonJS與AMD,前者運用於node環境,後者在浏覽器環境中由Require.js等實現。此外還有國內的開源項目Sea.js,遵循CMD規范。(目前隨著es6的普及已經停止維護,不論是AMD還是CMD,都將是一段歷史了)

浏覽器端js加載器

實現一個簡單的js加載器並不復雜,主要可以分為解析路徑、下載模塊、解析模塊依賴、解析模塊四個步驟。

首先定義一下模塊。在各種規范中,通常一個js文件即表示一個模塊。那麼,我們可以在模塊文件中,構造一個閉包,並傳出一個對象,作為模塊的導出:

define(factory() {
 var x = {
  a: 1
 };
 return x;
});

define函數接收一個工廠函數參數,浏覽器執行該腳本時,define函數執行factory,並把它的return值存儲在加載器的模塊對象modules裡。

如何標識一個模塊呢?可以用文件的uri,它是唯一標識,是天然的id。

文件路徑path有幾種形式:

  • 絕對路徑:http://xxx, file://xxx
  • 相對路徑:./xxx , ../xxx , xxx(相對當前頁面的文件路徑)
  • 虛擬絕對路徑:/xxx /表示網站根目錄

因此,需要一個resolvePath函數來將不同形式的path解析成uri,參照當前頁面的文件路徑來解析。

接著,假設我們需要引用a.js與b.js兩個模塊,並設置了需要a與b才能執行的回調函數f。我們希望加載器去拉取a與b,當a與b都加載完成後,從modules裡取出a與b作為參數傳給f,執行下一步操作。這裡可以用觀察者模式(即訂閱/發布模式)實現,創建一個eventProxy,訂閱加載a與加載b事件;define函數執行到最後,已經把導出掛載modules裡之後,emit一個本模塊加載完成的事件,eventProxy收到後檢查a與b是否都加載完成,如果完成,就傳參給f執行回調。

同理,eventProxy也可以實現模塊依賴加載

// a.js
define([ 'c.js', 'd.js' ], factory (c, d) {
 var x = c + d;
 return x;
});

define函數的第一個參數可以傳入一個依賴數組,表示a模塊依賴c與d。define執行時,告訴eventProxy訂閱c與d加載事件,加載好了就執行回調函數f存儲a的導出,並emit事件a已加載。

浏覽器端加載腳本的原始方法是插入一個script標簽,指定src之後,浏覽器開始下載該腳本。

那麼加載器中的模塊加載可以用dom操作實現,插入一個script標簽並指定src,此時該模塊為下載中狀態。

PS:浏覽器中,動態插入script標簽與初次加載頁面dom時的script加載方式不同:

初次加載頁面,浏覽器會從上到下順序解析dom,碰到script標簽時,下載腳本並阻塞dom解析,等到該腳本下載、執行完畢後再繼續解析之後的dom(現代浏覽器做了preload優化,會預先下載好多個腳本,但執行順序與它們在dom中順序一致,執行時阻塞其他dom解析)

動態插入script,

var a = document.createElement('script'); a.src='xxx'; document.body.appendChild(a);

浏覽器會在該腳本下載完成後執行,過程是異步的。

下載完成後執行上述的操作,解析依賴->加載依賴->解析本模塊->加載完成->執行回調。

模塊下載完成後,如何在解析它時知道它的uri呢?有兩種發發,一種是用srcipt.onload獲取this對象的src屬性;一種是在define函數中采用document.currentScript.src。

實現基本的功能比較簡單,代碼不到200行:

var zmm = {
 _modules: {},
 _configs: {
  // 用於拼接相對路徑
  basePath: (function (path) {
   if (path.charAt(path.length - 1) === '/') {
    path = path.substr(0, path.length - 1);
   }
   return path.substr(path.indexOf(location.host) + location.host.length + 1);
  })(location.href),
  // 用於拼接相對根路徑
  host: location.protocol + '//' + location.host + '/'
 }
};
zmm.hasModule = function (_uri) {
 // 判斷是否已有該模塊,不論加載中或已加載好
 return this._modules.hasOwnProperty(_uri);
};
zmm.isModuleLoaded = function (_uri) {
 // 判斷該模塊是否已加載好
 return !!this._modules[_uri];
};
zmm.pushModule = function (_uri) {
 // 新模塊占坑,但此時還未加載完成,表示加載中;防止重復加載
 if (!this._modules.hasOwnProperty(_uri)) {
  this._modules[_uri] = null;
 }
};
zmm.installModule = function (_uri, mod) {
 this._modules[_uri] = mod;
};
zmm.load = function (uris) {
 var i, nsc;
 for (i = 0; i < uris.length; i++) {
  if (!this.hasModule(uris[i])) {
   this.pushModule(uris[i]);
   // 開始加載
   var nsc = document.createElement('script');
    nsc.src = uri;
   document.body.appendChild(nsc);
  }
 }
};
zmm.resolvePath = function (path) {
 // 返回絕對路徑
 var res = '', paths = [], resPaths;
 if (path.match(/.*:\/\/.*/)) {
  // 絕對路徑
  res = path.match(/.*:\/\/.*?\//)[0]; // 協議+域名
  path = path.substr(res.length);
 } else if (path.charAt(0) === '/') {
  // 相對根路徑 /開頭
  res = this._configs.host;
  path = path.substr(1);
 } else {
  // 相對路徑 ./或../開頭或直接文件名
  res = this._configs.host;
  resPaths = this._configs.basePath.split('/');
 }
 resPaths = resPaths || [];
 paths = path.split('/');
 for (var i = 0; i < paths.length; i++) {
  if (paths[i] === '..') {
   resPaths.pop();
  } else if (paths[i] === '.') {
   // do nothing
  } else {
   resPaths.push(paths[i]);
  }
 }
 res += resPaths.join('/');
 return res;
};
var define = zmm.define = function (dependPaths, fac) {
 var _uri = document.currentScript.src;
 if (zmm.isModuleLoaded(_uri)) {
  return;
 }
 var factory, depPaths, uris = [];
 if (arguments.length === 1) {
  factory = arguments[0];
  // 掛載到模塊組中
  zmm.installModule(_uri, factory());
  // 告訴proxy該模塊已裝載好
  zmm.proxy.emit(_uri);
 } else {
  // 有依賴的情況
  factory = arguments[1];
  // 裝載完成的回調函數
  zmm.use(arguments[0], function () {
   zmm.installModule(_uri, factory.apply(null, arguments));
   zmm.proxy.emit(_uri);
  });
 }
};
zmm.use = function (paths, callback) {
 if (!Array.isArray(paths)) {
  paths = [paths];
 }
 var uris = [], i;
 for (i = 0; i < paths.length; i++) {
  uris.push(this.resolvePath(paths[i]));
 }
 // 先注冊事件,再加載
 this.proxy.watch(uris, callback);
 this.load(uris);
};
zmm.proxy = function () {
 var proxy = {};
 var taskId = 0;
 var taskList = {};
 var execute = function (task) {
  var uris = task.uris,
   callback = task.callback;
  for (var i = 0, arr = []; i < uris.length; i++) {
   arr.push(zmm._modules[uris[i]]);
  }
  callback.apply(null, arr);
 };
 var deal_loaded = function (_uri) {
  var i, k, task, sum;
  // 當一個模塊加載完成時,遍歷當前任務棧
  for (k in taskList) {
   if (!taskList.hasOwnProperty(k)) {
    continue;
   }
   task = taskList[k];
   if (task.uris.indexOf(_uri) > -1) {
    // 查看這個任務中的模塊是否都已加載好
    for (i = 0, sum = 0; i < task.uris.length; i++) {
     if (zmm.isModuleLoaded(task.uris[i])) {
      sum ++;
     }
    }
    if (sum === task.uris.length) {
     // 都加載完成 刪除任務
     delete(taskList[k]);
     execute(task);
    }
   }
  }
 };
 proxy.watch = function (uris, callback) {
  // 先檢查一遍是否都加載好了
  for (var i = 0, sum = 0; i < uris.length; i++) {
   if (zmm.isModuleLoaded(uris[i])) {
    sum ++;
   }
  }
  if (sum === uris.length) {
   execute({
    uris: uris,
    callback: callback
   });
  } else {
   // 訂閱新加載任務
   var task = {
    uris: uris,
    callback: callback
   };
   taskList['' + taskId] = task;
   taskId ++;
  }
 };
 proxy.emit = function (_uri) {
  console.log(_uri + ' is loaded!');
  deal_loaded(_uri);
 };
 return proxy;
}();

循環依賴問題

"循環加載"指的是,a腳本的執行依賴b腳本,而b腳本的執行又依賴a腳本。這是一種應該盡量避免的設計。

浏覽器端

用上面的zmm工具加載模塊a:

// main.html
zmm.use('/a.js', function(){...});
// a.js
define('/b.js', function(b) {
 var a = 1;
 a = b + 1;
 return a;
});
// b.js
define('/a.js', function(a) {
 var b = a + 1;
 return b;
});

就會陷入a等待b加載完成、b等待a加載完成的死鎖狀態。sea.js碰到這種情況也是死鎖,也許是默認這種行為不應該出現。

seajs裡可以通過require.async來緩解循環依賴的問題,但必須改寫a.js:

// a.js
define('./js/a', function (require, exports, module) {
 var a = 1;
 require.async('./b', function (b) {
  a = b + 1;
  module.exports = a; //a= 3
 });
 module.exports = a; // a= 1
});
// b.js
define('./js/b', function (require, exports, module) {
 var a = require('./a');
 var b = a + 1;
 module.exports = b;
});
// main.html
seajs.use('./js/a', function (a) {
 console.log(a); // 1
});

但這麼做a就必須先知道b會依賴自己,且use中輸出的是b還沒加載時a的值,use並不知道a的值之後還會改變。

在浏覽器端,似乎沒有很好的解決方案。node模塊加載碰到的循環依賴問題則小得多。

node/CommonJS

CommonJS模塊的重要特性是加載時執行,即腳本代碼在require的時候,就會全部執行。CommonJS的做法是,一旦出現某個模塊被"循環加載",就只輸出已經執行的部分,還未執行的部分不會輸出。

// a.js
var a = 1;
module.exports = a;
var b = require('./b');
a = b + 1;
module.exports = a;
// b.js
var a = require('./a');
var b = a + 1;
module.exports = b;
// main.js
var a = require('./a');
console.log(a); //3

上面main.js的代碼中,先加載模塊a,執行require函數,此時內存中已經掛了一個模塊a,它的exports為一個空對象a.exports={};接著執行a.js中的代碼;執行var b = require('./b');之前,a.exports=1,接著執行require(b);b.js被執行時,拿到的是a.exports=1,b加載完成後,執行權回到a.js;最後a模塊的輸出為3。

CommonJS與浏覽器端的加載器有著實現上的差異。node加載的模塊都是在本地,執行的是同步的加載過程,即按依賴關系依次加載,執行到加載語句就去加載另一個模塊,加載完了再回到函數調用點繼續執行;浏覽器端加載scripts由於天生限制,只能采取異步加載,執行回調來實現。

ES6

ES6模塊的運行機制與CommonJS不一樣,它遇到模塊加載命令import時,不會去執行模塊,而是只生成一個引用。等到真的需要用到時,再到模塊裡面去取值。因此,ES6模塊是動態引用,不存在緩存值的問題,而且模塊裡面的變量,綁定其所在的模塊。

這導致ES6處理"循環加載"與CommonJS有本質的不同。ES6根本不會關心是否發生了"循環加載",只是生成一個指向被加載模塊的引用,需要開發者自己保證,真正取值的時候能夠取到值。

來看一個例子:

// even.js
import { odd } from './odd';
export var counter = 0;
export function even(n) { counter++; return n == 0 || odd(n - 1);}
// odd.js
import { even } from './even';
export function odd(n) { return n != 0 && even(n - 1);}
// main.js
import * as m from './even.js';
m.even(10); // true; m.counter = 6

上面代碼中,even.js裡面的函數even有一個參數n,只要不等於0,就會減去1,傳入加載的odd()。odd.js也會做類似作。

上面代碼中,參數n從10變為0的過程中,foo()一共會執行6次,所以變量counter等於6。第二次調用even()時,參數n從20變為0,foo()一共會執行11次,加上前面的6次,所以變量counter等於17。

而這個例子要是改寫成CommonJS,就根本無法執行,會報錯。

// even.js
var odd = require('./odd');
var counter = 0;
exports.counter = counter;
exports.even = function(n) {
counter++;
return n == 0 || odd(n - 1);
}
// odd.js
var even = require('./even').even;
module.exports = function(n) {
return n != 0 && even(n - 1);
}
// main.js
var m = require('./even');
m.even(10); // TypeError: even is not a function

上面代碼中,even.js加載odd.js,而odd.js又去加載even.js,形成"循環加載"。這時,執行引擎就會輸出even.js已經執行的部分(不存在任何結果),所以在odd.js之中,變量even等於null,等到後面調用even(n-1)就會報錯。

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