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require() 源码解读

作者:古城热线 | 发布时间:2018-12-02 12

2009年,Node.js 项目诞生,所有模块一律为 CommonJS 格式。

时至今日,Node.js 的模块仓库 npmjs.com ,已经存放了15万个模块,其中绝大部分都是 CommonJS 格式。

这种格式的核心就是 require 语句,模块通过它加载。学习 Node.js ,必学如何使用 require 语句。本文通过源码分析,详细介绍 require 语句的内部运行机制,帮你理解 Node.js 的模块机制。

一、require() 的基本用法

分析源码之前,先介绍 require 语句的内部逻辑。如果你只想了解 require 的用法,只看这一段就够了。

下面的内容翻译自《Node使用手册》。

当 Node 遇到 require(X) 时,按下面的顺序处理。

(1)如果 X 是内置模块(比如 require('http'))
  a. 返回该模块。
  b. 不再继续执行。

(2)如果 X 以 "./" 或者 "/" 或者 "../" 开头
  a. 根据 X 所在的父模块,确定 X 的绝对路径。
  b. 将 X 当成文件,依次查找下面文件,只要其中有一个存在,就返回该文件,不再继续执行。

X X.js X.json X.node

  c. 将 X 当成目录,依次查找下面文件,只要其中有一个存在,就返回该文件,不再继续执行。

X/package.json(main字段) X/index.js X/index.json X/index.node

(3)如果 X 不带路径
  a. 根据 X 所在的父模块,确定 X 可能的安装目录。
  b. 依次在每个目录中,将 X 当成文件名或目录名加载。

(4) 抛出 "not found"

请看一个例子。

当前脚本文件 /home/ry/projects/foo.js 执行了 require('bar') ,这属于上面的第三种情况。Node 内部运行过程如下。

首先,确定 x 的绝对路径可能是下面这些位置,依次搜索每一个目录。

/home/ry/projects/node_modules/bar /home/ry/node_modules/bar /home/node_modules/bar /node_modules/bar

搜索时,Node 先将 bar 当成文件名,依次尝试加载下面这些文件,只要有一个成功就返回。

bar bar.js bar.json bar.node

如果都不成功,说明 bar 可能是目录名,于是依次尝试加载下面这些文件。

bar/package.json(main字段) bar/index.js bar/index.json bar/index.node

如果在所有目录中,都无法找到 bar 对应的文件或目录,就抛出一个错误。

二、Module 构造函数

了解内部逻辑以后,下面就来看源码。

require 的源码在 Node 的 lib/module.js 文件。为了便于理解,本文引用的源码是简化过的,并且删除了原作者的注释。

function Module(id, parent) { this.id = id; this.exports = {}; this.parent = parent; this.filename = null; this.loaded = false; this.children = []; } module.exports = Module; var module = new Module(filename, parent);

上面代码中,Node 定义了一个构造函数 Module,所有的模块都是 Module 的实例。可以看到,当前模块(module.js)也是 Module 的一个实例。

每个实例都有自己的属性。下面通过一个例子,看看这些属性的值是什么。新建一个脚本文件 a.js 。

// a.js console.log('module.id: ', module.id); console.log('module.exports: ', module.exports); console.log('module.parent: ', module.parent); console.log('module.filename: ', module.filename); console.log('module.loaded: ', module.loaded); console.log('module.children: ', module.children); console.log('module.paths: ', module.paths);

运行这个脚本。

$ node a.js module.id: . module.exports: {} module.parent: null module.filename: /home/ruanyf/tmp/a.js module.loaded: false module.children: [] module.paths: [ '/home/ruanyf/tmp/node_modules', '/home/ruanyf/node_modules', '/home/node_modules', '/node_modules' ]

可以看到,如果没有父模块,直接调用当前模块,parent 属性就是 null,id 属性就是一个点。filename 属性是模块的绝对路径,path 属性是一个数组,包含了模块可能的位置。另外,输出这些内容时,模块还没有全部加载,所以 loaded 属性为 false 。

新建另一个脚本文件 b.js,让其调用 a.js 。

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

运行 b.js 。

$ node b.js module.id: /home/ruanyf/tmp/a.js module.exports: {} module.parent: { object } module.filename: /home/ruanyf/tmp/a.js module.loaded: false module.children: [] module.paths: [ '/home/ruanyf/tmp/node_modules', '/home/ruanyf/node_modules', '/home/node_modules', '/node_modules' ]

上面代码中,由于 a.js 被 b.js 调用,所以 parent 属性指向 b.js 模块,id 属性和 filename 属性一致,都是模块的绝对路径。

三、模块实例的 require 方法

每个模块实例都有一个 require 方法。

Module.prototype.require = function(path) { return Module._load(path, this); };

由此可知,require 并不是全局性命令,而是每个模块提供的一个内部方法,也就是说,只有在模块内部才能使用 require 命令(唯一的例外是 REPL 环境)。另外,require 其实内部调用 Module._load 方法。

下面来看 Module._load 的源码。

Module._load = function(request, parent, isMain) { // 计算绝对路径 var filename = Module._resolveFilename(request, parent); // 第一步:如果有缓存,取出缓存 var cachedModule = Module._cache[filename]; if (cachedModule) { return cachedModule.exports; // 第二步:是否为内置模块 if (NativeModule.exists(filename)) { return NativeModule.require(filename); } // 第三步:生成模块实例,存入缓存 var module = new Module(filename, parent); Module._cache[filename] = module; // 第四步:加载模块 try { module.load(filename); hadException = false; } finally { if (hadException) { delete Module._cache[filename]; } } // 第五步:输出模块的exports属性 return module.exports; };

上面代码中,首先解析出模块的绝对路径(filename),以它作为模块的识别符。然后,如果模块已经在缓存中,就从缓存取出;如果不在缓存中,就加载模块。

因此,Module._load 的关键步骤是两个。

Module._resolveFilename() :确定模块的绝对路径 module.load():加载模块

四、模块的绝对路径

下面是 Module._resolveFilename 方法的源码。

Module._resolveFilename = function(request, parent) { // 第一步:如果是内置模块,不含路径返回 if (NativeModule.exists(request)) { return request; } // 第二步:确定所有可能的路径 var resolvedModule = Module._resolveLookupPaths(request, parent); var id = resolvedModule[0]; var paths = resolvedModule[1]; // 第三步:确定哪一个路径为真 var filename = Module._findPath(request, paths); if (!filename) { var err = new Error("Cannot find module '" + request + "'"); err.code = 'MODULE_NOT_FOUND'; throw err; } return filename; };

上面代码中,在 Module.resolveFilename 方法内部,又调用了两个方法 Module.resolveLookupPaths() 和 Module._findPath() ,前者用来列出可能的路径,后者用来确认哪一个路径为真。

为了简洁起见,这里只给出 Module._resolveLookupPaths() 的运行结果。

[ '/home/ruanyf/tmp/node_modules', '/home/ruanyf/node_modules', '/home/node_modules', '/node_modules' '/home/ruanyf/.node_modules', '/home/ruanyf/.node_libraries', '$Prefix/lib/node' ]

上面的数组,就是模块所有可能的路径。基本上是,从当前路径开始一级级向上寻找 node_modules 子目录。最后那三个路径,主要是为了历史原因保持兼容,实际上已经很少用了。

有了可能的路径以后,下面就是 Module._findPath() 的源码,用来确定到底哪一个是正确路径。

Module._findPath = function(request, paths) { // 列出所有可能的后缀名:.js,.json, .node var exts = Object.keys(Module._extensions); // 如果是绝对路径,就不再搜索 if (request.charAt(0) === '/') { paths = ['']; } // 是否有后缀的目录斜杠 var trailingSlash = (request.slice(-1) === '/'); // 第一步:如果当前路径已在缓存中,就直接返回缓存 var cacheKey = JSON.stringify({request: request, paths: paths}); if (Module._pathCache[cacheKey]) { return Module._pathCache[cacheKey]; } // 第二步:依次遍历所有路径 for (var i = 0, PL = paths.length; i < PL; i++) { var basePath = path.resolve(paths[i], request); var filename; if (!trailingSlash) { // 第三步:是否存在该模块文件 filename = tryFile(basePath); if (!filename && !trailingSlash) { // 第四步:该模块文件加上后缀名,是否存在 filename = tryExtensions(basePath, exts); } } // 第五步:目录中是否存在 package.json if (!filename) { filename = tryPackage(basePath, exts); } if (!filename) { // 第六步:是否存在目录名 + index + 后缀名 filename = tryExtensions(path.resolve(basePath, 'index'), exts); } // 第七步:将找到的文件路径存入返回缓存,然后返回 if (filename) { Module._pathCache[cacheKey] = filename; return filename; } } // 第八步:没有找到文件,返回false return false; };

经过上面代码,就可以找到模块的绝对路径了。

有时在项目代码中,需要调用模块的绝对路径,那么除了 module.filename ,Node 还提供一个 require.resolve 方法,供外部调用,用于从模块名取到绝对路径。

require.resolve = function(request) { return Module._resolveFilename(request, self); }; // 用法 require.resolve('a.js') // 返回 /home/ruanyf/tmp/a.js

五、加载模块

有了模块的绝对路径,就可以加载该模块了。下面是 module.load 方法的源码。

Module.prototype.load = function(filename) { var extension = path.extname(filename) || '.js'; if (!Module._extensions[extension]) extension = '.js'; Module._extensions[extension](this, filename); this.loaded = true; };

上面代码中,首先确定模块的后缀名,不同的后缀名对应不同的加载方法。下面是 .js 和 .json 后缀名对应的处理方法。

Module._extensions['.js'] = function(module, filename) { var content = fs.readFileSync(filename, 'utf8'); module._compile(stripBOM(content), filename); }; Module._extensions['.json'] = function(module, filename) { var content = fs.readFileSync(filename, 'utf8'); try { module.exports = JSON.parse(stripBOM(content)); } catch (err) { err.message = filename + ': ' + err.message; throw err; } };

这里只讨论 js 文件的加载。首先,将模块文件读取成字符串,然后剥离 utf8 编码特有的BOM文件头,最后编译该模块。

module._compile 方法用于模块的编译。

Module.prototype._compile = function(content, filename) { var self = this; var args = [self.exports, require, self, filename, dirname]; return compiledWrapper.apply(self.exports, args); };

上面的代码基本等同于下面的形式。

(function (exports, require, module, __filename, __dirname) { // 模块源码 });

也就是说,模块的加载实质上就是,注入exports、require、module三个全局变量,然后执行模块的源码,然后将模块的 exports 变量的值输出。

(完)