一. 为什么要有模块化？

1. 内联的JavaScript语句

JavaScript诞生之初的应用比较简单，例如用户输入校验。代码量少，一般直接写在html中。

<script>
var name="kobe"
console.log(name)
</script>

2. 独立的JavaScript文件

随着用户体验要求变高，前端承载的功能变多了，代码量也随着膨胀。

例如，ajax的出现带来了前后端分离，前端通过后端接口获取数据，动态渲染页面 ；SPA让页面切换更丝滑，但需要实现前端路由，状态管理等功能。

为了提高代码的可复用性，人们开始将JavaScript从html解耦，封装成独立的模块。

// index.html
<script src="moduleA.js"></script>

// moduleA.js
var name="kobe";

引入的外部JavaScript文件中声明的变量是全局作用域的，当引用的第三方模块多了，势必会造成全局变量冲突。

// index.html
<script src="moduleA.js"></script>
<script src="moduleB.js"></script>

// moduleA.js
var name="kobe";

// moduleB.js
var name="iverson";

3. 命名空间

解决全局变量冲突的方法之一是给每个模块分配命名空间，进行隔离。

// index.html
<script src="moduleA.js"></script>
<script src="moduleB.js"></script>

// moduleA.js
var moduleA = {};
moduleA.name="kobe";

// moduleB.js
var moduleB = {};
moduleB.name="iverson";

但是，JavaScript对象属性默认是公有的，这意味着模块内的变量既能被外部访问let scopeVar = moduleA.name，也可能被外部修改moduleA.name = 'xxx'。那么，如何保护数据不被外部修改？

4. 闭包

为了保护数据不被外部修改，人们将模块封装在函数作用域内。

// index.html
<script src="moduleA.js"></script>
<script src="moduleB.js"></script>

// moduleA.js
let moduleA = (function (){
    let name = 'kobe';
    return {
        getName:function(){
            return name;
        }
    }
})();

// moduleB.js
let moduleB = (function (){
    let name = 'iverson';
    return {
        getName:function(){
            return name;
        }
    }
})();

使用立即调用的函数表达式(IIFE) 创建闭包，将模块封装在函数作用域内，并对外提供可访问模块的公共API。这样，在moduleB中可以通过moduleA.getName()访问数据，但是必须保证moduleA在moduleB之前完成加载。当模块数量多了，如何管理好模块依赖又是一个问题。

小结

综上所述，为了提高JavaScript代码的可复用性，开发者尝试利用JavaScript语言特性来模拟实现模块化。分别用命名空间和闭包来解决全局变量冲突和实现数据保护。然而，管理模块依赖是比较复杂的问题，因此诞生了CommonJS，AMD，UMD等模块化方案。

二. 模块模式

模块化思想就是把代码拆分成独立的模块，逻辑独立，各自实现，然后再把它们连接起来实现完整功能。对应的实现模式就叫模块模式，它是所有模块化系统的基础。

1. 模块标识符

每个模块都有一个可用于引用它的标识符。

import axios form "axios"
import msgBox from "/src/ui.js"

• 原生浏览器的模块标识符是绝对文件路径。
• Node.js环境默认会搜索node_modules目录，可省去路径。

2.模块依赖

模块化系统的核心是管理依赖，即保证模块正常运行时所需要的外部依赖能够完成加载和初始化。

// moduleA.js
import moduleB form "moduleB.js"

console.log(moduleB.getName())

3.模块加载

加载模块的一般步骤是: 加载模块及其依赖的代码，在所有依赖加载和初始化之后，才会执行入口模块。

a. 同步加载

浏览器加载JavaScript文件默认是同步的。

例如moduleA.js依赖了moduleB.js，moduleB.js依赖了moduleC.js，则必需按以下顺序加载依赖。

<script src="moduleC.js"></script>
<script src="moduleB.js"></script>
<script src="moduleA.js"></script>

同步加载的缺点很明显:

• 性能: 阻塞页面渲染，直到所有依赖按顺序加载完。
• 复杂性: 需要手动管理依赖的加载顺序。

b. 异步加载

异步加载模块，不会阻塞页面，只需要在加载完成后执行回调。

例如上面同步加载的例子改用异步加载，则不会阻塞页面渲染，只需要在moduleC.js和moduleB.js完成加载和初始化之后，回调执行moduleA.js。

可使用<script>的defer或async属性实现异步加载。

小结

模块模式是模块化思想的一种实现模式，也是所有模块化系统的基础。具体包括模块标识符，模块依赖，模块加载等。

三. CommonJS

CommonJS是一种面向服务器端的模块化规范，它规定一个文件就是一个模块，使用require()导入模块，使用module.exports导出模块。

var moduleB = require('./moduleB');
module.exports = {
    stuff: moduleB.doStuff();
};

require()的返回值就是module.exports导出的对象。

1. 缓存加载

首次require一个模块时，会加载并执行该模块文件，并返回模块的module.exports值，该值会被缓存。下次require该模块时，取的是缓存数据，不需要再加载执行模块了。

2. 拷贝导出

require()返回的是模块导出对象的拷贝，也就是说，模块内部的变化不会影响已导出的对象。

3. 同步加载

CommonJS使用同步加载，这并不适用浏览器端，因为网络延迟会阻塞页面渲染。

4. 浏览器加载CommonJS

npm模块是遵循CommonJS的，不能直接在浏览器运行，需要做格式转换。

实现思路:

a. 模块封装。

使用IIFE创建闭包来封装模块，并传入module，module.exports，require。

(function(module,exports,require){
require("a.js");
// 模块内容
module.exports.b=2;
})(module,module.exports,require)

b. 依赖管理。

将所有模块都封装在各自的IIFE中，从入口模块开始，递归处理依赖，最终打包成一个能在浏览器中运行的JavaScript文件。

(function(modules){
    require("index.js");
})({
"a.js":function(module,exports,require){
模块a的内容
},
"index.js":function(module,exports,require){
模块index的内容
}
})

c.模块加载。

定义一个require函数来加载模块，实现缓存加载和拷贝导出。

(function(modules){
    let installedModules={};
    function require(moduleName){
        if(installedModules[moduleName]){
            return installedModules[moduleName].exports;
    }
        let module = {
            moduleName,
            exports:{}
        }
       modules[moduleName].call(module,module,module.exports,require);
        modules[moduleName]=module;
        return module.exports;
    }
    return require("index.js");
})({
"a.js":function(module,exports,require){
模块a的内容
},
"index.js":function(module,exports,require){
模块index的内容
}
})

小结

CommonJS规定每个文件是一个模块，使用require()导入模块，使用module.exports导出模块。其中，还使用了缓存加载和拷贝导出。

CommonJS使用同步加载，这不适用浏览器，因为网络延迟会阻塞页面渲染。

npm模块是遵循CommonJS的，不能直接在浏览器运行，需要做格式转换。

四. AMD

AMD是一种面向浏览器端的模块化规范，使用异步加载，并在依赖加载后再回调执行入口模块。

定义模块:

define('moduleA', ['moduleB', 'moduleC'], function factory(moduleB, moduleC){
    let nameB = moduleB.getName();
    let nameC = moduleC.getName();
    let name = nameB + nameC;
    return {
        getName: function(){
            return name;
        }
    }
})

define()的第一个参数是模块标识符。第二个参数是依赖。第三个参数是模块工厂函数，用来封装模块。

导入模块:

require( ['moduleB', 'moduleC'], function main(moduleB, moduleC){
    let nameB = moduleB.getName();
    let nameC = moduleC.getName();
    let name = nameB + nameC;
    console.log(name);
})

五. ES6 Module

ES6 Module是JavaScript语言标准的模块化方案，浏览器和node环境都是原生支持的，不需要格式转换。

在ES6 Module中使用import导入模块，使用export导出模块。

import moduleA from 'moduleA'

export default {
    name:'moduleB'
}

浏览器加载ES6 Module

<script type="module">
      // 模块代码
</script>
<script type="module" src="module path"></script>

在<script>中设置type="module"属性，浏览器就会当作模块处理，而不是普通的脚本文件。

<script type="module">跟<script defer>一样使用异步加载，然后延迟到文档解析完成后再按顺序执行脚本。

总结

随着用户体验要求变高，前端承载的功能变多了，代码量也随着膨胀。

为了提高代码的可复用性，开发者采用了模块化思想并利用JavaScript语言特性进行模块化实践，包括命名空间，函数作用域，闭包等。

同时，诞生了CommonJS，AMD和ES6 Module等模块化规范。其中，前两者是社区版本的实现，分别是面向服务器端和浏览器端的规范。而ES6 Module是JavaScript语言标准，将会逐步成为统一的模块化规范。

参考资料

《JavaScript高级程序设计》

前端科普系列-CommonJS：不是前端却革命了前端