概述

历史上，JavaScript 一直没有模块（module）体系，无法将一个大程序拆分成互相依赖的小文件，再用简单的方法拼装起来。其他语言都有这项功能，比如 Ruby 的require、Python 的import，甚至就连 CSS 都有@import，但是 JavaScript 任何这方面的支持都没有，这对开发大型的、复杂的项目形成了巨大障碍。

在 ES6 之前，社区制定了一些模块加载方案，最主要的有 CommonJS 和 AMD 两种。前者用于服务器，后者用于浏览器。ES6 在语言标准的层面上，实现了模块功能，而且实现得相当简单，完全可以取代 CommonJS 和 AMD 规范，成为浏览器和服务器通用的模块解决方案。

ES6 模块的设计思想是尽量的静态化，使得编译时就能确定模块的依赖关系，以及输入和输出的变量。CommonJS 和 AMD 模块，都只能在运行时确定这些东西。比如，CommonJS 模块就是对象，输入时必须查找对象属性。

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// CommonJS模块
let { stat, exists, readfile } = require('fs');

// 等同于
let _fs = require('fs');
let stat = _fs.stat;
let exists = _fs.exists;
let readfile = _fs.readfile;

上面代码的实质是整体加载fs模块（即加载fs的所有方法），生成一个对象（_fs），然后再从这个对象上面读取 3 个方法。这种加载称为“运行时加载”，因为只有运行时才能得到这个对象，导致完全没办法在编译时做“静态优化”。

ES6 模块不是对象，而是通过export命令显式指定输出的代码，再通过import命令输入。

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// ES6模块
import { stat, exists, readFile } from 'fs';

上面代码的实质是从fs模块加载 3 个方法，其他方法不加载。这种加载称为“编译时加载”或者静态加载，即 ES6 可以在编译时就完成模块加载，效率要比 CommonJS 模块的加载方式高。当然，这也导致了没法引用 ES6 模块本身，因为它不是对象。

由于 ES6 模块是编译时加载，使得静态分析成为可能。有了它，就能进一步拓宽 JavaScript 的语法，比如引入宏（macro）和类型检验（type system）这些只能靠静态分析实现的功能。

除了静态加载带来的各种好处，ES6 模块还有以下好处。

  • 不再需要UMD模块格式了，将来服务器和浏览器都会支持 ES6 模块格式。目前，通过各种工具库，其实已经做到了这一点。
  • 将来浏览器的新 API 就能用模块格式提供，不再必须做成全局变量或者navigator对象的属性。
  • 不再需要对象作为命名空间（比如Math对象），未来这些功能可以通过模块提供。

严格模式

ES6 的模块自动采用严格模式，不管你有没有在模块头部加上"use strict";。

严格模式主要有以下限制。

  • 变量必须声明后再使用
  • 函数的参数不能有同名属性，否则报错
  • 不能使用with语句
  • 不能对只读属性赋值，否则报错
  • 不能使用前缀 0 表示八进制数，否则报错
  • 不能删除不可删除的属性，否则报错
  • 不能删除变量delete prop，会报错，只能删除属性delete global[prop]
  • eval不会在它的外层作用域引入变量
  • eval和arguments不能被重新赋值
  • arguments不会自动反映函数参数的变化
  • 不能使用arguments.callee
  • 不能使用arguments.caller
  • 禁止this指向全局对象
  • 不能使用fn.caller和fn.arguments获取函数调用的堆栈
  • 增加了保留字（比如protected、static和interface）

上面这些限制，模块都必须遵守。由于严格模式是 ES5 引入的，不属于 ES6，所以请参阅相关 ES5 书籍，本书不再详细介绍了。

其中，尤其需要注意this的限制。ES6 模块之中，顶层的this指向undefined，即不应该在顶层代码使用this。

export 命令

模块功能主要由两个命令构成：export和import。export命令用于规定模块的对外接口，import命令用于输入其他模块提供的功能。

一个模块就是一个独立的文件。该文件内部的所有变量，外部无法获取。如果你希望外部能够读取模块内部的某个变量，就必须使用export关键字输出该变量。下面是一个 JS 文件，里面使用export命令输出变量。

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// profile.js
export var firstName = 'Michael';
export var lastName = 'Jackson';
export var year = 1958;

上面代码是profile.js文件，保存了用户信息。ES6 将其视为一个模块，里面用export命令对外部输出了三个变量。

export的写法，除了像上面这样，还有另外一种。

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// profile.js
var firstName = 'Michael';
var lastName = 'Jackson';
var year = 1958;

export { firstName, lastName, year };

上面代码在export命令后面，使用大括号指定所要输出的一组变量。它与前一种写法（直接放置在var语句前）是等价的，但是应该优先考虑使用这种写法。因为这样就可以在脚本尾部，一眼看清楚输出了哪些变量。

export命令除了输出变量，还可以输出函数或类（class）。

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export function multiply(x, y) {
  return x * y;
};

上面代码对外输出一个函数multiply。

通常情况下，export输出的变量就是本来的名字，但是可以使用as关键字重命名。

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function v1() { ... }
function v2() { ... }

export {
  v1 as streamV1,
  v2 as streamV2,
  v2 as streamLatestVersion
};

上面代码使用as关键字，重命名了函数v1和v2的对外接口。重命名后，v2可以用不同的名字输出两次。

需要特别注意的是，export命令规定的是对外的接口，必须与模块内部的变量建立一一对应关系。

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// 报错
export 1;

// 报错
var m = 1;
export m;

上面两种写法都会报错，因为没有提供对外的接口。第一种写法直接输出 1，第二种写法通过变量m，还是直接输出 1。1只是一个值，不是接口。正确的写法是下面这样。

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// 写法一
export var m = 1;

// 写法二
var m = 1;
export {m};

// 写法三
var n = 1;
export {n as m};

上面三种写法都是正确的，规定了对外的接口m。其他脚本可以通过这个接口，取到值1。它们的实质是，在接口名与模块内部变量之间，建立了一一对应的关系。

同样的，function和class的输出，也必须遵守这样的写法。

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// 报错
function f() {}
export f;

// 正确
export function f() {};

// 正确
function f() {}
export {f};

另外，export语句输出的接口，与其对应的值是动态绑定关系，即通过该接口，可以取到模块内部实时的值。

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export var foo = 'bar';
setTimeout(() => foo = 'baz', 500);

上面代码输出变量foo，值为bar，500 毫秒之后变成baz。

这一点与 CommonJS 规范完全不同。CommonJS 模块输出的是值的缓存，不存在动态更新，详见下文《Module 的加载实现》一节。

最后，export命令可以出现在模块的任何位置，只要处于模块顶层就可以。如果处于块级作用域内，就会报错，下一节的import命令也是如此。这是因为处于条件代码块之中，就没法做静态优化了，违背了 ES6 模块的设计初衷。

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function foo() {
  export default 'bar' // SyntaxError
}
foo()

上面代码中，export语句放在函数之中，结果报错。

import 命令

使用export命令定义了模块的对外接口以后，其他 JS 文件就可以通过import命令加载这个模块。

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// main.js
import { firstName, lastName, year } from './profile.js';

function setName(element) {
  element.textContent = firstName + ' ' + lastName;
}

上面代码的import命令，用于加载profile.js文件，并从中输入变量。import命令接受一对大括号，里面指定要从其他模块导入的变量名。大括号里面的变量名，必须与被导入模块（profile.js）对外接口的名称相同。

如果想为输入的变量重新取一个名字，import命令要使用as关键字，将输入的变量重命名。

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import { lastName as surname } from './profile.js';

import命令输入的变量都是只读的，因为它的本质是输入接口。也就是说，不允许在加载模块的脚本里面，改写接口。

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import {a} from './xxx.js'

a = {}; // Syntax Error : 'a' is read-only;

上面代码中，脚本加载了变量a，对其重新赋值就会报错，因为a是一个只读的接口。但是，如果a是一个对象，改写a的属性是允许的。

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import {a} from './xxx.js'

a.foo = 'hello'; // 合法操作

上面代码中，a的属性可以成功改写，并且其他模块也可以读到改写后的值。不过，这种写法很难查错，建议凡是输入的变量，都当作完全只读，不要轻易改变它的属性。

import后面的from指定模块文件的位置，可以是相对路径，也可以是绝对路径。如果不带有路径，只是一个模块名，那么必须有配置文件，告诉 JavaScript 引擎该模块的位置。

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import { myMethod } from 'util';

上面代码中，util是模块文件名，由于不带有路径，必须通过配置，告诉引擎怎么取到这个模块。

注意，import命令具有提升效果，会提升到整个模块的头部，首先执行。

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foo();

import { foo } from 'my_module';

上面的代码不会报错，因为import的执行早于foo的调用。这种行为的本质是，import命令是编译阶段执行的，在代码运行之前。

由于import是静态执行，所以不能使用表达式和变量，这些只有在运行时才能得到结果的语法结构。

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// 报错
import { 'f' + 'oo' } from 'my_module';

// 报错
let module = 'my_module';
import { foo } from module;

// 报错
if (x === 1) {
  import { foo } from 'module1';
} else {
  import { foo } from 'module2';
}

上面三种写法都会报错，因为它们用到了表达式、变量和if结构。在静态分析阶段，这些语法都是没法得到值的。

最后，import语句会执行所加载的模块，因此可以有下面的写法。

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import 'lodash';

上面代码仅仅执行lodash模块，但是不输入任何值。

如果多次重复执行同一句import语句，那么只会执行一次，而不会执行多次。

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import 'lodash';
import 'lodash';

上面代码加载了两次lodash，但是只会执行一次。

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import { foo } from 'my_module';
import { bar } from 'my_module';

// 等同于
import { foo, bar } from 'my_module';

上面代码中，虽然foo和bar在两个语句中加载，但是它们对应的是同一个my_module模块。也就是说，import语句是 Singleton 模式。

目前阶段，通过 Babel 转码，CommonJS 模块的require命令和 ES6 模块的import命令，可以写在同一个模块里面，但是最好不要这样做。因为import在静态解析阶段执行，所以它是一个模块之中最早执行的。下面的代码可能不会得到预期结果。

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require('core-js/modules/es6.symbol');
require('core-js/modules/es6.promise');
import React from 'React';

模块的整体加载

除了指定加载某个输出值，还可以使用整体加载，即用星号（*）指定一个对象，所有输出值都加载在这个对象上面。

下面是一个circle.js文件，它输出两个方法area和circumference。

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// circle.js

export function area(radius) {
  return Math.PI * radius * radius;
}

export function circumference(radius) {
  return 2 * Math.PI * radius;
}

现在，加载这个模块。

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// main.js

import { area, circumference } from './circle';

console.log('圆面积：' + area(4));
console.log('圆周长：' + circumference(14));

上面写法是逐一指定要加载的方法，整体加载的写法如下。

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import * as circle from './circle';

console.log('圆面积：' + circle.area(4));
console.log('圆周长：' + circle.circumference(14));

注意，模块整体加载所在的那个对象（上例是circle），应该是可以静态分析的，所以不允许运行时改变。下面的写法都是不允许的。

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import * as circle from './circle';

// 下面两行都是不允许的
circle.foo = 'hello';
circle.area = function () {};

export default 命令

从前面的例子可以看出，使用import命令的时候，用户需要知道所要加载的变量名或函数名，否则无法加载。但是，用户肯定希望快速上手，未必愿意阅读文档，去了解模块有哪些属性和方法。

为了给用户提供方便，让他们不用阅读文档就能加载模块，就要用到export default命令，为模块指定默认输出。

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// export-default.js
export default function () {
  console.log('foo');
}

上面代码是一个模块文件export-default.js，它的默认输出是一个函数。

其他模块加载该模块时，import命令可以为该匿名函数指定任意名字。

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// import-default.js
import customName from './export-default';
customName(); // 'foo'

上面代码的import命令，可以用任意名称指向export-default.js输出的方法，这时就不需要知道原模块输出的函数名。需要注意的是，这时import命令后面，不使用大括号。

export default命令用在非匿名函数前，也是可以的。

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// export-default.js
export default function foo() {
  console.log('foo');
}

// 或者写成

function foo() {
  console.log('foo');
}

export default foo;

上面代码中，foo函数的函数名foo，在模块外部是无效的。加载的时候，视同匿名函数加载。

下面比较一下默认输出和正常输出。

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// 第一组
export default function crc32() { // 输出
  // ...
}

import crc32 from 'crc32'; // 输入

// 第二组
export function crc32() { // 输出
  // ...
};

import {crc32} from 'crc32'; // 输入

上面代码的两组写法，第一组是使用export default时，对应的import语句不需要使用大括号；第二组是不使用export default时，对应的import语句需要使用大括号。

export default命令用于指定模块的默认输出。显然，一个模块只能有一个默认输出，因此export default命令只能使用一次。所以，import命令后面才不用加大括号，因为只可能唯一对应export default命令。

本质上，export default就是输出一个叫做default的变量或方法，然后系统允许你为它取任意名字。所以，下面的写法是有效的。

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// modules.js
function add(x, y) {
  return x * y;
}
export {add as default};
// 等同于
// export default add;

// app.js
import { default as foo } from 'modules';
// 等同于
// import foo from 'modules';

正是因为export default命令其实只是输出一个叫做default的变量，所以它后面不能跟变量声明语句。

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// 正确
export var a = 1;

// 正确
var a = 1;
export default a;

// 错误
export default var a = 1;

上面代码中，export default a的含义是将变量a的值赋给变量default。所以，最后一种写法会报错。

同样地，因为export default命令的本质是将后面的值，赋给default变量，所以可以直接将一个值写在export default之后。

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// 正确
export default 42;

// 报错
export 42;

上面代码中，后一句报错是因为没有指定对外的接口，而前一句指定对外接口为default。

有了export default命令，输入模块时就非常直观了，以输入 lodash 模块为例。

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import _ from 'lodash';

如果想在一条import语句中，同时输入默认方法和其他接口，可以写成下面这样。

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import _, { each, forEach } from 'lodash';

对应上面代码的export语句如下。

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export default function (obj) {
  // ···
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export function each(obj, iterator, context) {
  // ···
}

export { each as forEach };

上面代码的最后一行的意思是，暴露出forEach接口，默认指向each接口，即forEach和each指向同一个方法。

export default也可以用来输出类。

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// MyClass.js
export default class { ... }

// main.js
import MyClass from 'MyClass';
let o = new MyClass();

export 与 import 的复合写法

如果在一个模块之中，先输入后输出同一个模块，import语句可以与export语句写在一起。

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export { foo, bar } from 'my_module';

// 可以简单理解为
import { foo, bar } from 'my_module';
export { foo, bar };

上面代码中，export和import语句可以结合在一起，写成一行。但需要注意的是，写成一行以后，foo和bar实际上并没有被导入当前模块，只是相当于对外转发了这两个接口，导致当前模块不能直接使用foo和bar。

模块的接口改名和整体输出，也可以采用这种写法。

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// 接口改名
export { foo as myFoo } from 'my_module';

// 整体输出
export * from 'my_module';

默认接口的写法如下。

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export { default } from 'foo';

具名接口改为默认接口的写法如下。

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export { es6 as default } from './someModule';

// 等同于
import { es6 } from './someModule';
export default es6;

同样地，默认接口也可以改名为具名接口。

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export { default as es6 } from './someModule';

ES2020 之前，有一种import语句，没有对应的复合写法。

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import * as someIdentifier from "someModule";

ES2020 补上了这个写法。

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export * as ns from "mod";

// 等同于
import * as ns from "mod";
export {ns};

模块的继承

模块之间也可以继承。假设有一个circleplus模块，继承了circle模块。

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// circleplus.js

export * from 'circle';
export var e = 2.71828182846;
export default function(x) {
  return Math.exp(x);
}

上面代码中的export *，表示再输出circle模块的所有属性和方法。注意，export *命令会忽略circle模块的default方法。然后，上面代码又输出了自定义的e变量和默认方法。

这时，也可以将circle的属性或方法，改名后再输出。

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// circleplus.js

export { area as circleArea } from 'circle';

上面代码表示，只输出circle模块的area方法，且将其改名为circleArea。

加载上面模块的写法如下。

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// main.js

import * as math from 'circleplus';
import exp from 'circleplus';
console.log(exp(math.e));

上面代码中的import exp表示，将circleplus模块的默认方法加载为exp方法。

跨模块常量

介绍const命令的时候说过，const声明的常量只在当前代码块有效。如果想设置跨模块的常量（即跨多个文件），或者说一个值要被多个模块共享，可以采用下面的写法。

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// constants.js 模块
export const A = 1;
export const B = 3;
export const C = 4;

// test1.js 模块
import * as constants from './constants';
console.log(constants.A); // 1
console.log(constants.B); // 3

// test2.js 模块
import {A, B} from './constants';
console.log(A); // 1
console.log(B); // 3

如果要使用的常量非常多，可以建一个专门的constants目录，将各种常量写在不同的文件里面，保存在该目录下。

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// constants/db.js
export const db = {
  url: 'http://my.couchdbserver.local:5984',
  admin_username: 'admin',
  admin_password: 'admin password'
};

// constants/user.js
export const users = ['root', 'admin', 'staff', 'ceo', 'chief', 'moderator'];

然后，将这些文件输出的常量，合并在index.js里面。

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// constants/index.js
export {db} from './db';
export {users} from './users';

使用的时候，直接加载index.js就可以了。

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// script.js
import {db, users} from './constants/index';

import()

简介

前面介绍过，import命令会被 JavaScript 引擎静态分析，先于模块内的其他语句执行（import命令叫做“连接” binding 其实更合适）。所以，下面的代码会报错。

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// 报错
if (x === 2) {
  import MyModual from './myModual';
}

上面代码中，引擎处理import语句是在编译时，这时不会去分析或执行if语句，所以import语句放在if代码块之中毫无意义，因此会报句法错误，而不是执行时错误。也就是说，import和export命令只能在模块的顶层，不能在代码块之中（比如，在if代码块之中，或在函数之中）。

这样的设计，固然有利于编译器提高效率，但也导致无法在运行时加载模块。在语法上，条件加载就不可能实现。如果import命令要取代 Node 的require方法，这就形成了一个障碍。因为require是运行时加载模块，import命令无法取代require的动态加载功能。

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const path = './' + fileName;
const myModual = require(path);

上面的语句就是动态加载，require到底加载哪一个模块，只有运行时才知道。import命令做不到这一点。

ES2020提案 引入import()函数，支持动态加载模块。

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import(specifier)

上面代码中，import函数的参数specifier，指定所要加载的模块的位置。import命令能够接受什么参数，import()函数就能接受什么参数，两者区别主要是后者为动态加载。

import()返回一个 Promise 对象。下面是一个例子。

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const main = document.querySelector('main');

import(`./section-modules/${someVariable}.js`)
  .then(module => {
    module.loadPageInto(main);
  })
  .catch(err => {
    main.textContent = err.message;
  });

import()函数可以用在任何地方，不仅仅是模块，非模块的脚本也可以使用。它是运行时执行，也就是说，什么时候运行到这一句，就会加载指定的模块。另外，import()函数与所加载的模块没有静态连接关系，这点也是与import语句不相同。import()类似于 Node.js 的require()方法，区别主要是前者是异步加载，后者是同步加载。

由于import()返回 Promise 对象，所以需要使用then()方法指定处理函数。考虑到代码的清晰，更推荐使用await命令。

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async function renderWidget() {
  const container = document.getElementById('widget');
  if (container !== null) {
    // 等同于
    // import("./widget").then(widget => {
    //   widget.render(container);
    // });
    const widget = await import('./widget.js');
    widget.render(container);
  }
}

renderWidget();

上面示例中，await命令后面就是使用import()，对比then()的写法明显更简洁易读。

适用场合

下面是import()的一些适用场合。

  1. 按需加载。
    import()可以在需要的时候，再加载某个模块。
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    button.addEventListener('click', event => {
      import('./dialogBox.js')
      .then(dialogBox => {
        dialogBox.open();
      })
      .catch(error => {
        /* Error handling */
      })
    });
    上面代码中，import()方法放在click事件的监听函数之中，只有用户点击了按钮，才会加载这个模块。
  2. 条件加载
    import()可以放在if代码块，根据不同的情况，加载不同的模块。
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    if (condition) {
      import('moduleA').then(...);
    } else {
      import('moduleB').then(...);
    }
    上面代码中，如果满足条件，就加载模块 A，否则加载模块 B。
  3. 动态的模块路径
    import()允许模块路径动态生成。
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    import(f())
    .then(...);
    上面代码中，根据函数f的返回结果，加载不同的模块。

注意点

import()加载模块成功以后，这个模块会作为一个对象，当作then方法的参数。因此，可以使用对象解构赋值的语法，获取输出接口。

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import('./myModule.js')
.then(({export1, export2}) => {
  // ...·
});

上面代码中，export1和export2都是myModule.js的输出接口，可以解构获得。

如果模块有default输出接口，可以用参数直接获得。

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import('./myModule.js')
.then(myModule => {
  console.log(myModule.default);
});

上面的代码也可以使用具名输入的形式。

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import('./myModule.js')
.then(({default: theDefault}) => {
  console.log(theDefault);
});

如果想同时加载多个模块，可以采用下面的写法。

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Promise.all([
  import('./module1.js'),
  import('./module2.js'),
  import('./module3.js'),
])
.then(([module1, module2, module3]) => {
   ···
});

import()也可以用在 async 函数之中。

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async function main() {
  const myModule = await import('./myModule.js');
  const {export1, export2} = await import('./myModule.js');
  const [module1, module2, module3] =
    await Promise.all([
      import('./module1.js'),
      import('./module2.js'),
      import('./module3.js'),
    ]);
}
main();

Module 的加载实现

浏览器加载

传统方法

HTML 网页中，浏览器通过<script>标签加载 JavaScript 脚本。

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<!-- 页面内嵌的脚本 -->
<script type="application/javascript">
  // module code
</script>

<!-- 外部脚本 -->
<script type="application/javascript" src="path/to/myModule.js">
</script>

上面代码中，由于浏览器脚本的默认语言是 JavaScript，因此type="application/javascript"可以省略。

默认情况下，浏览器是同步加载 JavaScript 脚本，即渲染引擎遇到<script>标签就会停下来，等到执行完脚本，再继续向下渲染。如果是外部脚本，还必须加入脚本下载的时间。

如果脚本体积很大，下载和执行的时间就会很长，因此造成浏览器堵塞，用户会感觉到浏览器“卡死”了，没有任何响应。这显然是很不好的体验，所以浏览器允许脚本异步加载，下面就是两种异步加载的语法。

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<script src="path/to/myModule.js" defer></script>
<script src="path/to/myModule.js" async></script>

上面代码中，<script>标签打开defer或async属性，脚本就会异步加载。渲染引擎遇到这一行命令，就会开始下载外部脚本，但不会等它下载和执行，而是直接执行后面的命令。

defer与async的区别是：defer要等到整个页面在内存中正常渲染结束（DOM 结构完全生成，以及其他脚本执行完成），才会执行；async一旦下载完，渲染引擎就会中断渲染，执行这个脚本以后，再继续渲染。一句话，defer是“渲染完再执行”，async是“下载完就执行”。另外，如果有多个defer脚本，会按照它们在页面出现的顺序加载，而多个async脚本是不能保证加载顺序的。

加载规则

浏览器加载 ES6 模块，也使用<script>标签，但是要加入type="module"属性。

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<script type="module" src="./foo.js"></script>

上面代码在网页中插入一个模块foo.js，由于type属性设为module，所以浏览器知道这是一个 ES6 模块。

浏览器对于带有type="module“的<script>，都是异步加载，不会造成堵塞浏览器，即等到整个页面渲染完，再执行模块脚本，等同于打开了<script>标签的defer属性。

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<script type="module" src="./foo.js"></script>
<!-- 等同于 -->
<script type="module" src="./foo.js" defer></script>

如果网页有多个<script type="module">，它们会按照在页面出现的顺序依次执行。

<script>标签的async属性也可以打开，这时只要加载完成，渲染引擎就会中断渲染立即执行。执行完成后，再恢复渲染。

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<script type="module" src="./foo.js" async></script>

一旦使用了async属性，<script type="module">就不会按照在页面出现的顺序执行，而是只要该模块加载完成，就执行该模块。

ES6 模块也允许内嵌在网页中，语法行为与加载外部脚本完全一致。

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<script type="module">
  import utils from "./utils.js";

  // other code
</script>

举例来说，jQuery 就支持模块加载。

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<script type="module">
  import $ from "./jquery/src/jquery.js";
  $('#message').text('Hi from jQuery!');
</script>

对于外部的模块脚本（上例是foo.js），有几点需要注意。

  • 代码是在模块作用域之中运行，而不是在全局作用域运行。模块内部的顶层变量，外部不可见。
  • 模块脚本自动采用严格模式，不管有没有声明use strict。
  • 模块之中，可以使用import命令加载其他模块（.js后缀不可省略，需要提供绝对 URL 或相对 URL），也可以使用export命令输出对外接口。
  • 模块之中，顶层的this关键字返回undefined，而不是指向window。也就是说，在模块顶层使用this关键字，是无意义的。
  • 同一个模块如果加载多次，将只执行一次。

下面是一个示例模块。

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import utils from 'https://example.com/js/utils.js';

const x = 1;

console.log(x === window.x); //false
console.log(this === undefined); // true

利用顶层的this等于undefined这个语法点，可以侦测当前代码是否在 ES6 模块之中。

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const isNotModuleScript = this !== undefined;

ES6 模块与 CommonJS 模块的差异

讨论 Node.js 加载 ES6 模块之前，必须了解 ES6 模块与 CommonJS 模块完全不同。

它们有三个重大差异。

  • CommonJS 模块输出的是一个值的拷贝，ES6 模块输出的是值的引用。
  • CommonJS 模块是运行时加载，ES6 模块是编译时输出接口。
  • CommonJS 模块的require()是同步加载模块，ES6 模块的import命令是异步加载，有一个独立的模块依赖的解析阶段。

第二个差异是因为 CommonJS 加载的是一个对象（即module.exports属性），该对象只有在脚本运行完才会生成。而 ES6 模块不是对象，它的对外接口只是一种静态定义，在代码静态解析阶段就会生成。

下面重点解释第一个差异。

CommonJS 模块输出的是值的拷贝，也就是说，一旦输出一个值，模块内部的变化就影响不到这个值。请看下面这个模块文件lib.js的例子。

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// lib.js
var counter = 3;
function incCounter() {
  counter++;
}
module.exports = {
  counter: counter,
  incCounter: incCounter,
};

上面代码输出内部变量counter和改写这个变量的内部方法incCounter。然后，在main.js里面加载这个模块。

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// main.js
var mod = require('./lib');

console.log(mod.counter);  // 3
mod.incCounter();
console.log(mod.counter); // 3

上面代码说明，lib.js模块加载以后，它的内部变化就影响不到输出的mod.counter了。这是因为mod.counter是一个原始类型的值，会被缓存。除非写成一个函数，才能得到内部变动后的值。

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// lib.js
var counter = 3;
function incCounter() {
  counter++;
}
module.exports = {
  get counter() {
    return counter
  },
  incCounter: incCounter,
};

上面代码中，输出的counter属性实际上是一个取值器函数。现在再执行main.js，就可以正确读取内部变量counter的变动了。

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$ node main.js
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ES6 模块的运行机制与 CommonJS 不一样。JS 引擎对脚本静态分析的时候，遇到模块加载命令import，就会生成一个只读引用。等到脚本真正执行时，再根据这个只读引用，到被加载的那个模块里面去取值。换句话说，ES6 的import有点像 Unix 系统的“符号连接”，原始值变了，import加载的值也会跟着变。因此，ES6 模块是动态引用，并且不会缓存值，模块里面的变量绑定其所在的模块。

还是举上面的例子。

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// lib.js
export let counter = 3;
export function incCounter() {
  counter++;
}

// main.js
import { counter, incCounter } from './lib';
console.log(counter); // 3
incCounter();
console.log(counter); // 4

上面代码说明，ES6 模块输入的变量counter是活的，完全反应其所在模块lib.js内部的变化。

再举一个出现在export一节中的例子。

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// 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);

上面代码中，m1.js的变量foo，在刚加载时等于bar，过了 500 毫秒，又变为等于baz。

让我们看看，m2.js能否正确读取这个变化。

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$ babel-node m2.js

bar
baz

上面代码表明，ES6 模块不会缓存运行结果，而是动态地去被加载的模块取值，并且变量总是绑定其所在的模块。

由于 ES6 输入的模块变量，只是一个“符号连接”，所以这个变量是只读的，对它进行重新赋值会报错。

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// lib.js
export let obj = {};

// main.js
import { obj } from './lib';

obj.prop = 123; // OK
obj = {}; // TypeError

上面代码中，main.js从lib.js输入变量obj，可以对obj添加属性，但是重新赋值就会报错。因为变量obj指向的地址是只读的，不能重新赋值，这就好比main.js创造了一个名为obj的const变量。

最后，export通过接口，输出的是同一个值。不同的脚本加载这个接口，得到的都是同样的实例。

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// mod.js
function C() {
  this.sum = 0;
  this.add = function () {
    this.sum += 1;
  };
  this.show = function () {
    console.log(this.sum);
  };
}

export let c = new C();

上面的脚本mod.js，输出的是一个C的实例。不同的脚本加载这个模块，得到的都是同一个实例。

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// x.js
import {c} from './mod';
c.add();

// y.js
import {c} from './mod';
c.show();

// main.js
import './x';
import './y';

现在执行main.js，输出的是1。

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$ babel-node main.js
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这就证明了x.js和y.js加载的都是C的同一个实例。

Node.js 的模块加载方法

JavaScript 现在有两种模块。一种是 ES6 模块，简称 ESM；另一种是 CommonJS 模块，简称 CJS。

CommonJS 模块是 Node.js 专用的，与 ES6 模块不兼容。语法上面，两者最明显的差异是，CommonJS 模块使用require()和module.exports，ES6 模块使用import和export。

它们采用不同的加载方案。从 Node.js v13.2 版本开始，Node.js 已经默认打开了 ES6 模块支持。

Node.js 要求 ES6 模块采用.mjs后缀文件名。也就是说，只要脚本文件里面使用import或者export命令，那么就必须采用.mjs后缀名。Node.js 遇到.mjs文件，就认为它是 ES6 模块，默认启用严格模式，不必在每个模块文件顶部指定"use strict"。

如果不希望将后缀名改成.mjs，可以在项目的package.json文件中，指定type字段为module。

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{
   "type": "module"
}

一旦设置了以后，该项目的 JS 脚本，就被解释成 ES6 模块。

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# 解释成 ES6 模块
$ node my-app.js

如果这时还要使用 CommonJS 模块，那么需要将 CommonJS 脚本的后缀名都改成.cjs。如果没有type字段，或者type字段为commonjs，则.js脚本会被解释成 CommonJS 模块。

总结为一句话：.mjs文件总是以 ES6 模块加载，.cjs文件总是以 CommonJS 模块加载，.js文件的加载取决于package.json里面type字段的设置。

注意，ES6 模块与 CommonJS 模块尽量不要混用。require命令不能加载.mjs文件，会报错，只有import命令才可以加载.mjs文件。反过来，.mjs文件里面也不能使用require命令，必须使用import。

package.json 的 main 字段

package.json文件有两个字段可以指定模块的入口文件：main和exports。比较简单的模块，可以只使用main字段，指定模块加载的入口文件。

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// ./node_modules/es-module-package/package.json
{
  "type": "module",
  "main": "./src/index.js"
}

上面代码指定项目的入口脚本为./src/index.js，它的格式为 ES6 模块。如果没有type字段，index.js就会被解释为 CommonJS 模块。

然后，import命令就可以加载这个模块。

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// ./my-app.mjs

import { something } from 'es-module-package';
// 实际加载的是 ./node_modules/es-module-package/src/index.js

上面代码中，运行该脚本以后，Node.js 就会到./node_modules目录下面，寻找es-module-package模块，然后根据该模块package.json的main字段去执行入口文件。

这时，如果用 CommonJS 模块的require()命令去加载es-module-package模块会报错，因为 CommonJS 模块不能处理export命令。

package.json 的 exports 字段

exports字段的优先级高于main字段。它有多种用法。

  1. 子目录别名
    package.json文件的exports字段可以指定脚本或子目录的别名。
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    // ./node_modules/es-module-package/package.json
    {
      "exports": {
        "./submodule": "./src/submodule.js"
      }
    }
    上面的代码指定src/submodule.js别名为submodule，然后就可以从别名加载这个文件。
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    import submodule from 'es-module-package/submodule';
    // 加载 ./node_modules/es-module-package/src/submodule.js
    下面是子目录别名的例子。
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    // ./node_modules/es-module-package/package.json
    {
      "exports": {
        "./features/": "./src/features/"
      }
    }

    import feature from 'es-module-package/features/x.js';
    // 加载 ./node_modules/es-module-package/src/features/x.js
    如果没有指定别名，就不能用“模块+脚本名”这种形式加载脚本。
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    // 报错
    import submodule from 'es-module-package/private-module.js';

    // 不报错
    import submodule from './node_modules/es-module-package/private-module.js';
  2. main 的别名
    exports字段的别名如果是.，就代表模块的主入口，优先级高于main字段，并且可以直接简写成exports字段的值。
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    {
      "exports": {
        ".": "./main.js"
      }
    }

    // 等同于
    {
      "exports": "./main.js"
    }
    由于exports字段只有支持 ES6 的 Node.js 才认识，所以可以用来兼容旧版本的 Node.js。
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    {
      "main": "./main-legacy.cjs",
      "exports": {
        ".": "./main-modern.cjs"
      }
    }
    上面代码中，老版本的 Node.js （不支持 ES6 模块）的入口文件是main-legacy.cjs，新版本的 Node.js 的入口文件是main-modern.cjs。
  3. 条件加载
    利用.这个别名，可以为 ES6 模块和 CommonJS 指定不同的入口。目前，这个功能需要在 Node.js 运行的时候，打开--experimental-conditional-exports标志。
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    {
      "type": "module",
      "exports": {
        ".": {
          "require": "./main.cjs",
          "default": "./main.js"
        }
      }
    }
    上面代码中，别名.的require条件指定require()命令的入口文件（即 CommonJS 的入口），default条件指定其他情况的入口（即 ES6 的入口）。
    上面的写法可以简写如下。
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    {
      "exports": {
        "require": "./main.cjs",
        "default": "./main.js"
      }
    }
    注意，如果同时还有其他别名，就不能采用简写，否则会报错。
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    {
      // 报错
      "exports": {
        "./feature": "./lib/feature.js",
        "require": "./main.cjs",
        "default": "./main.js"
      }
    }

CommonJS 模块加载 ES6 模块

CommonJS 的require()命令不能加载 ES6 模块，会报错，只能使用import()这个方法加载。

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(async () => {
  await import('./my-app.mjs');
})();

上面代码可以在 CommonJS 模块中运行。

require()不支持 ES6 模块的一个原因是，它是同步加载，而 ES6 模块内部可以使用顶层await命令，导致无法被同步加载。

ES6 模块加载 CommonJS 模块

ES6 模块的import命令可以加载 CommonJS 模块，但是只能整体加载，不能只加载单一的输出项。

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// 正确
import packageMain from 'commonjs-package';

// 报错
import { method } from 'commonjs-package';

这是因为 ES6 模块需要支持静态代码分析，而 CommonJS 模块的输出接口是module.exports，是一个对象，无法被静态分析，所以只能整体加载。

加载单一的输出项，可以写成下面这样。

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import packageMain from 'commonjs-package';
const { method } = packageMain;

还有一种变通的加载方法，就是使用 Node.js 内置的module.createRequire()方法。

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// cjs.cjs
module.exports = 'cjs';

// esm.mjs
import { createRequire } from 'module';

const require = createRequire(import.meta.url);

const cjs = require('./cjs.cjs');
cjs === 'cjs'; // true

上面代码中，ES6 模块通过module.createRequire()方法可以加载 CommonJS 模块。但是，这种写法等于将 ES6 和 CommonJS 混在一起了，所以不建议使用。

同时支持两种格式的模块

一个模块同时要支持 CommonJS 和 ES6 两种格式，也很容易。

如果原始模块是 ES6 格式，那么需要给出一个整体输出接口，比如export default obj，使得 CommonJS 可以用import()进行加载。

如果原始模块是 CommonJS 格式，那么可以加一个包装层。

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import cjsModule from '../index.js';
export const foo = cjsModule.foo;

上面代码先整体输入 CommonJS 模块，然后再根据需要输出具名接口。

你可以把这个文件的后缀名改为.mjs，或者将它放在一个子目录，再在这个子目录里面放一个单独的package.json文件，指明{ type: "module" }。

另一种做法是在package.json文件的exports字段，指明两种格式模块各自的加载入口。

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"exports"：{
  "require": "./index.js"，
  "import": "./esm/wrapper.js"
}

上面代码指定require()和import，加载该模块会自动切换到不一样的入口文件。

Node.js 的内置模块

Node.js 的内置模块可以整体加载，也可以加载指定的输出项。

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// 整体加载
import EventEmitter from 'events';
const e = new EventEmitter();

// 加载指定的输出项
import { readFile } from 'fs';
readFile('./foo.txt', (err, source) => {
  if (err) {
    console.error(err);
  } else {
    console.log(source);
  }
});

加载路径

ES6 模块的加载路径必须给出脚本的完整路径，不能省略脚本的后缀名。import命令和package.json文件的main字段如果省略脚本的后缀名，会报错。

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// ES6 模块中将报错
import { something } from './index';

为了与浏览器的import加载规则相同，Node.js 的.mjs文件支持 URL 路径。

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import './foo.mjs?query=1'; // 加载 ./foo 传入参数 ?query=1

上面代码中，脚本路径带有参数?query=1，Node 会按 URL 规则解读。同一个脚本只要参数不同，就会被加载多次，并且保存成不同的缓存。由于这个原因，只要文件名中含有:、%、#、?等特殊字符，最好对这些字符进行转义。

目前，Node.js 的import命令只支持加载本地模块（file:协议）和data:协议，不支持加载远程模块。另外，脚本路径只支持相对路径，不支持绝对路径（即以/或//开头的路径）。

内部变量

ES6 模块应该是通用的，同一个模块不用修改，就可以用在浏览器环境和服务器环境。为了达到这个目标，Node.js 规定 ES6 模块之中不能使用 CommonJS 模块的特有的一些内部变量。

首先，就是this关键字。ES6 模块之中，顶层的this指向undefined；CommonJS 模块的顶层this指向当前模块，这是两者的一个重大差异。

其次，以下这些顶层变量在 ES6 模块之中都是不存在的。

  • arguments
  • require
  • module
  • exports
  • __filename
  • __dirname

循环加载

“循环加载”（circular dependency）指的是，a脚本的执行依赖b脚本，而b脚本的执行又依赖a脚本。

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

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

通常，“循环加载”表示存在强耦合，如果处理不好，还可能导致递归加载，使得程序无法执行，因此应该避免出现。

但是实际上，这是很难避免的，尤其是依赖关系复杂的大项目，很容易出现a依赖b，b依赖c，c又依赖a这样的情况。这意味着，模块加载机制必须考虑“循环加载”的情况。

对于 JavaScript 语言来说，目前最常见的两种模块格式 CommonJS 和 ES6，处理“循环加载”的方法是不一样的，返回的结果也不一样。

CommonJS 模块的加载原理

介绍 ES6 如何处理“循环加载”之前，先介绍目前最流行的 CommonJS 模块格式的加载原理。

CommonJS 的一个模块，就是一个脚本文件。require命令第一次加载该脚本，就会执行整个脚本，然后在内存生成一个对象。

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

上面代码就是 Node 内部加载模块后生成的一个对象。该对象的id属性是模块名，exports属性是模块输出的各个接口，loaded属性是一个布尔值，表示该模块的脚本是否执行完毕。其他还有很多属性，这里都省略了。

以后需要用到这个模块的时候，就会到exports属性上面取值。即使再次执行require命令，也不会再次执行该模块，而是到缓存之中取值。也就是说，CommonJS 模块无论加载多少次，都只会在第一次加载时运行一次，以后再加载，就返回第一次运行的结果，除非手动清除系统缓存。

CommonJS 模块的循环加载

CommonJS 模块的重要特性是加载时执行，即脚本代码在require的时候，就会全部执行。一旦出现某个模块被”循环加载”，就只输出已经执行的部分，还未执行的部分不会输出。

让我们来看，Node 官方文档里面的例子。脚本文件a.js代码如下。

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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 执行完毕');

上面代码之中，a.js脚本先输出一个done变量，然后加载另一个脚本文件b.js。注意，此时a.js代码就停在这里，等待b.js执行完毕，再往下执行。

再看b.js的代码。

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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 执行完毕');

上面代码之中，b.js执行到第二行，就会去加载a.js，这时，就发生了“循环加载”。系统会去a.js模块对应对象的exports属性取值，可是因为a.js还没有执行完，从exports属性只能取回已经执行的部分，而不是最后的值。

a.js已经执行的部分，只有一行。

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exports.done = false;

因此，对于b.js来说，它从a.js只输入一个变量done，值为false。

然后，b.js接着往下执行，等到全部执行完毕，再把执行权交还给a.js。于是，a.js接着往下执行，直到执行完毕。我们写一个脚本main.js，验证这个过程。

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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);

执行main.js，运行结果如下。

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$ node main.js

在 b.js 之中，a.done = false
b.js 执行完毕
在 a.js 之中，b.done = true
a.js 执行完毕
在 main.js 之中, a.done=true, b.done=true

上面的代码证明了两件事。一是，在b.js之中，a.js没有执行完毕，只执行了第一行。二是，main.js执行到第二行时，不会再次执行b.js，而是输出缓存的b.js的执行结果，即它的第四行。

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exports.done = true;

总之，CommonJS 输入的是被输出值的拷贝，不是引用。

另外，由于 CommonJS 模块遇到循环加载时，返回的是当前已经执行的部分的值，而不是代码全部执行后的值，两者可能会有差异。所以，输入变量的时候，必须非常小心。

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var a = require('a'); // 安全的写法
var foo = require('a').foo; // 危险的写法

exports.good = function (arg) {
  return a.foo('good', arg); // 使用的是 a.foo 的最新值
};

exports.bad = function (arg) {
  return foo('bad', arg); // 使用的是一个部分加载时的值
};

上面代码中，如果发生循环加载，require('a').foo的值很可能后面会被改写，改用require('a')会更保险一点。

ES6 模块的循环加载

ES6 处理“循环加载”与 CommonJS 有本质的不同。ES6 模块是动态引用，如果使用import从一个模块加载变量（即import foo from 'foo'），那些变量不会被缓存，而是成为一个指向被加载模块的引用，需要开发者自己保证，真正取值的时候能够取到值。

请看下面这个例子。

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// a.mjs
import {bar} from './b';
console.log('a.mjs');
console.log(bar);
export let foo = 'foo';

// b.mjs
import {foo} from './a';
console.log('b.mjs');
console.log(foo);
export let bar = 'bar';

上面代码中，a.mjs加载b.mjs，b.mjs又加载a.mjs，构成循环加载。执行a.mjs，结果如下。

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$ node --experimental-modules a.mjs
b.mjs
ReferenceError: foo is not defined

上面代码中，执行a.mjs以后会报错，foo变量未定义，这是为什么？

让我们一行行来看，ES6 循环加载是怎么处理的。首先，执行a.mjs以后，引擎发现它加载了b.mjs，因此会优先执行b.mjs，然后再执行a.mjs。接着，执行b.mjs的时候，已知它从a.mjs输入了foo接口，这时不会去执行a.mjs，而是认为这个接口已经存在了，继续往下执行。执行到第三行console.log(foo)的时候，才发现这个接口根本没定义，因此报错。

解决这个问题的方法，就是让b.mjs运行的时候，foo已经有定义了。这可以通过将foo写成函数来解决。

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// a.mjs
import {bar} from './b';
console.log('a.mjs');
console.log(bar());
function foo() { return 'foo' }
export {foo};

// b.mjs
import {foo} from './a';
console.log('b.mjs');
console.log(foo());
function bar() { return 'bar' }
export {bar};

这时再执行a.mjs就可以得到预期结果。

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$ node --experimental-modules a.mjs
b.mjs
foo
a.mjs
bar

这是因为函数具有提升作用，在执行import {bar} from './b'时，函数foo就已经有定义了，所以b.mjs加载的时候不会报错。这也意味着，如果把函数foo改写成函数表达式，也会报错。

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// a.mjs
import {bar} from './b';
console.log('a.mjs');
console.log(bar());
const foo = () => 'foo';
export {foo};

上面代码的第四行，改成了函数表达式，就不具有提升作用，执行就会报错。

我们再来看 ES6 模块加载器 SystemJS 给出的一个例子。

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// 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);
}

上面代码中，even.js里面的函数even有一个参数n，只要不等于 0，就会减去 1，传入加载的odd()。odd.js也会做类似操作。

运行上面这段代码，结果如下。

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

上面代码中，参数n从 10 变为 0 的过程中，even()一共会执行 6 次，所以变量counter等于 6。第二次调用even()时，参数n从 20 变为 0，even()一共会执行 11 次，加上前面的 6 次，所以变量counter等于 17。

这个例子要是改写成 CommonJS，就根本无法执行，会报错。

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// 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);
}

上面代码中，even.js加载odd.js，而odd.js又去加载even.js，形成“循环加载”。这时，执行引擎就会输出even.js已经执行的部分（不存在任何结果），所以在odd.js之中，变量even等于undefined，等到后面调用even(n - 1)就会报错。

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

参考链接