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JavaScript 模塊的循環加載實現方法
編輯:關於JavaScript     

"循環加載"(circular dependency)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。

// a.js
var b = require('b');

// b.js
var a = require('a');

通常,"循環加載"表示存在強耦合,如果處理不好,還可能導致遞歸加載,使得程序無法執行,因此應該避免出現。

但是實際上,這是很難避免的,尤其是依賴關系復雜的大項目,很容易出現a依賴b,b依賴c,c又依賴a這樣的情況。這意味著,模塊加載機制必須考慮"循環加載"的情況。

本文介紹JavaScript語言如何處理"循環加載"。目前,最常見的兩種模塊格式CommonJS和ES6,處理方法是不一樣的,返回的結果也不一樣。

一、CommonJS模塊的加載原理

介紹ES6如何處理"循環加載"之前,先介紹目前最流行的CommonJS模塊格式的加載原理。

CommonJS的一個模塊,就是一個腳本文件。require命令第一次加載該腳本,就會執行整個腳本,然後在內存生成一個對象。

{
 id: '...',
 exports: { ... },
 loaded: true,
 ...
}

上面代碼中,該對象的id屬性是模塊名,exports屬性是模塊輸出的各個接口,loaded屬性是一個布爾值,表示該模塊的腳本是否執行完畢。其他還有很多屬性,這裡都省略了。(詳細介紹情參見《require() 源碼解讀》。)

以後需要用到這個模塊的時候,就會到exports屬性上面取值。即使再次執行require命令,也不會再次執行該模塊,而是到緩存之中取值。

二、CommonJS模塊的循環加載

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。

讓我們來看,官方文檔裡面的例子。腳本文件a.js代碼如下。

exports.done = false;
var b = require('./b.js');
console.log('在 a.js 之中,b.done = %j', b.done);
exports.done = true;
console.log('a.js 執行完畢');

上面代碼之中,a.js腳本先輸出一個done變量,然後加載另一個腳本文件b.js。注意,此時a.js代碼就停在這裡,等待b.js執行完畢,再往下執行。

再看b.js的代碼。

exports.done = false;
var a = require('./a.js');
console.log('在 b.js 之中,a.done = %j', a.done);
exports.done = true;
console.log('b.js 執行完畢');

上面代碼之中,b.js執行到第二行,就會去加載a.js,這時,就發生了"循環加載"。系統會去a.js模塊對應對象的exports屬性取值,可是因為a.js還沒有執行完,從exports屬性只能取回已經執行的部分,而不是最後的值。

a.js已經執行的部分,只有一行。


exports.done = false;


因此,對於b.js來說,它從a.js只輸入一個變量done,值為false。

然後,b.js接著往下執行,等到全部執行完畢,再把執行權交還給a.js。於是,a.js接著往下執行,直到執行完畢。我們寫一個腳本main.js,驗證這個過程。

var a = require('./a.js');
var b = require('./b.js');
console.log('在 main.js 之中, a.done=%j, b.done=%j', a.done, b.done);

執行main.js,運行結果如下。

$ node main.js

在 b.js 之中,a.done = false
b.js 執行完畢
在 a.js 之中,b.done = true
a.js 執行完畢
在 main.js 之中, a.done=true, b.done=true

上面的代碼證明了兩件事。一是,在b.js之中,a.js沒有執行完畢,只執行了第一行。二是,main.js執行到第二行時,不會再次執行b.js,而是輸出緩存的b.js的執行結果,即它的第四行。

exports.done = true;

三、ES6模塊的循環加載

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。請看下面的例子。

// m1.js
export var foo = 'bar';
setTimeout(() => foo = 'baz', 500);

// m2.js
import {foo} from './m1.js';
console.log(foo);
setTimeout(() => console.log(foo), 500);

上面代碼中,m1.js的變量foo,在剛加載時等於bar,過了500毫秒,又變為等於baz。

讓我們看看,m2.js能否正確讀取這個變化。

$ babel-node m2.js

bar
baz

面代碼表明,ES6模塊不會緩存運行結果,而是動態地去被加載的模塊取值,以及變量總是綁定其所在的模塊。

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。

請看下面的例子(摘自 Dr. Axel Rauschmayer 的《Exploring ES6》)。

// a.js
import {bar} from './b.js';
export function foo() {
 bar(); 
 console.log('執行完畢');
}
foo();

// b.js
import {foo} from './a.js';
export function bar() { 
 if (Math.random() > 0.5) {
 foo();
 }
}

按照CommonJS規范,上面的代碼是沒法執行的。a先加載b,然後b又加載a,這時a還沒有任何執行結果,所以輸出結果為null,即對於b.js來說,變量foo的值等於null,後面的foo()就會報錯。

但是,ES6可以執行上面的代碼。

$ babel-node a.js

執行完畢

a.js之所以能夠執行,原因就在於ES6加載的變量,都是動態引用其所在的模塊。只要引用是存在的,代碼就能執行。

我們再來看ES6模塊加載器SystemJS給出的一個例子。

// 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);
}

上面代碼中,even.js裡面的函數foo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也會做類似操作。

運行上面這段代碼,結果如下。

$ babel-node
> import * as m from './even.js';
> m.even(10);
true
> m.counter
6
> m.even(20)
true
> m.counter
17

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。

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);
}

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。

$ node
> var m = require('./even');
> m.even(10)
TypeError: even is not a function

[說明] 本文是我寫的《ECMAScript 6入門》第20章《Module》中的一節。

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