深入浅出Node.js学习笔记（二）

模块机制

Web1.0时代，JavaScript脚本语言的两个主要功能：

1. 表单验证；
2. 网页特效；

Web2.0时代，前端工程师利用JavaScript大大提升了网页的用户体验，经历了工具类库、组件库、前端框架、前端应用的变迁。

JavaScript的先天缺陷：模块。

高级语言的模块化机制：

1. Java-类文件；
2. Python-import机制；
3. Ruby-require;
4. PHP-include和require;

1.CommonJS规范

commonJS的愿景：希望JavaScript能够在任何地方运行。

1.1CommonJS的出发点

JavaScript规范的缺陷：

1. 没有模块系统；
2. 标准库较少；
3. 没有标准接口；
4. 缺乏包管理系统；

CommonJS规范中，CommonJSAPI可以编写的应用：

1. 服务端JavaScript应用程序；
2. 命令行工具；
3. 桌面图形界面应用程序；
4. 混合应用；

1.2CommonJS的模块规范

1. 模块引用

   采用require()方法；

   var math = require('math');

2. 模块定义

   require():用来引入外部模块；

   exports:导出模块的方法或变量，唯一导出的出口；

   module:代表模块自身；

   // math.js
   exports.add = function (){
       var sum = 0,
       i = 0,
       args = arguments,
       l = args.lenght;
       while(i<l){
           sum += args[i++];
       }
       return sum;
   }
   
   //program.js
   var math = require("math");
   exports.increment = function (val){
       return math.add(val,1);
   }

3. 模块标识

   模块标识：

   就是传递给require()方法的参数，符合小驼峰命名的字符串，或者以.、..开头的相对路径或绝对路径，可以没有后缀.js。

2.Node的模块实现

Node中引入模块经历的三个步骤:

1. 路径分析；
2. 文件定位；
3. 编译执行；

Node中，模块分为两种：

1. 核心模块(Node提供的模块)；

   核心模块部分在Node源代码的编译过程中，编译了二进制执行文件。在Node进程启动时，部分核心模块被直接加载进内存中，所以这部分核心模块引入时，文件定位和编译执行两个步骤可以省略掉，并且在路径分析中优先判断，它的加载速度是最快的。

2. 文件模块(用户编写的模块)；

   文件模块在运行时动态加载，需要完整的路径分析、文件定位、编译执行过程，速度比核心模块慢。

2.1优先从缓存加载

与前端浏览器会缓存静态脚本文件以提高性能一样，Node对引入过的模块都会进行缓存，以减少二次引入的开销。不同的是，浏览器仅缓存文件，而Node缓存的是编译和执行后的对象。

不论是核心模块还是文件模块，require()方法对相同模块的二次加载都一律采用缓存优先的方式，这是第一优先级的。不同之处在于核心模块的缓存检查先于文件模块的缓存检查。

2.2路径分析和文件定位

1. 模块标识符分析

   模块标识符在Node中的分类：

   1. 核心模块，如http、fs、path等；
   2. .或..开始的相对路径文件模块；
   3. 以/开始的绝对文件模块；
   4. 非路径形式的文件模块，如自定义的connect模块；

核心模块

核心模块的优先级仅次于缓存加载，在Node的源代码编译过程中，已经编译为二进制代码了，其加载过程最快。

路径形式的文件模块

在分析路径模块时，require()将路径转化为真实路径，以真实路径作为索引，将编译执行后的结果放在缓存中，以使二次加载更快，其加载速度慢于核心模块。

自定义模块

这类模块的查找最费时，也是所有方式最慢的一种。

模块路径：

Node在定位文件模块的具体文件时制定的查找策略，具体表现为一个路径组成的数组。

1. 文件定位

   从缓存加载的优化策略使得二次引入时不需要路径分析、文件定位和编译执行的过程，大大提高了再次加载模块时的效率。

   文件定位过程中，需要注意的细节,包括文件扩展名的分析、目录和包的处理。

   文件扩展名分析

   require()在分析标识符的过程中，出现标识符中不包含文件扩展名的情况，Node会按.js、.json、.node的次序补足扩展名，依次尝试。

   在尝试的过程中，需要调用fs模块同步阻塞式低判断文件是否存在。

   目录分析和包

   在分析标识的过程中，require()通过分析文件扩展名之后，可能没有查找到对应的文件，但却得到一个目录，此时Node会将目录当做一个包来处理。

2.3模块编译

在Node中，每个文件模块都是一个对象。

编译和执行时引入文件模块的最后一个阶段。定位到具体的文件后，Node会新建一个模块对象，然后根据路径载入并编译。对于不同的文件扩展名，载入方法也有所不同。

• .js文件；通过fs模块同步读取文件后编译执行。
• .node文件；这是用C/C++编写的扩展文件，通过dlopen()方法加载最后编译生成的文件。
• .json文件；通过fs模块同步读取文件后，用JSON.parse()解析返回结果。
• 其余扩展名文件；都被当做.js文件载入。

3.核心模块

核心模块分为两部分：

1. C/C++编写的部分；
2. JavaScript编写的部分；

3.1JavaScript核心模块的编译过程

JavaScript核心模块的编译过程：

1. 转存为C/C++代码；

   在此过程中，JavaScript代码已字符串的形式存储在Node的命名空间中，是不可直接执行的。在启动Node进程时，JavaScript代码直接加载进内存中。在加载的过程中，JavaScript核心模块经历标识符分析后，直接定位到内存中，比普通的文件模块从磁盘中一处一处查找要快得多。

2. 编译JavaScript核心模块；

   在引入JavaScript核心模块的过程中，也经历了头尾包装的过程，然后才执行和导出exports对象。与文件模块区别的地方在于：获取源码的方式(核心模块从内存中加载)以及缓存执行结果的位置。

3.2C/C++核心模块的编译过程

C/C++模块主内完成核心，JavaScript主外实现封装的模式是Node能够提高性能的常见方式。

1. 内建模块的组织形式；

   内建模块的优势：

   1. C/C++编写，性能优于脚本语言；
   2. 在进行文件编译时，被编译二进制文件。一旦Node开始执行，直接被加载进内存，无须再次做标识定位，文件定位，编译等过程，直接可执行。
2. 内建模块的导出；

   在Node的所有模块类型中，存在一种依赖层级关系：

   文件模块可能依赖核心模块，核心模块可能依赖内建模块。

3.3核心模块的引入流程

核心模块的引入流程经历了C/C++层面的内建模块的定义，(JavaScript)核心模块的定义和引入以及(JavaScript)文件模块层面的引入。

3.4编写核心模块

核心模块被编译进二进制文件需要遵循一定规则。作为Node的使用者，几乎没有机会参与核心模块的开发。

4.C/C++扩展模块

JavaScript的一个典型的弱点就是位运算。

在JavaScript应用中，会频繁出现位运算的需求，包括转换、编码等过程，通过JavaScript实现，CPU资源会耗费很多。

4.1前提条件

1. GYP项目生成工具；
2. V8引擎C++库；
3. libux库；
4. Node内部库；
5. 其他库；

4.2C/C++扩展模块的编写

普通的扩展模块与内建模块的区别在于无须将源代码编译进Node，而是通过dlopen()方式动态加载。

4.3C/C++扩展模块的编译

通过GYP工具实现。

4.4C/C++扩展模块的加载

require()方法通过解析标识符、路径分析、文件定位，然后加载执行即可。

C/C++扩展模块与JavaScript模块的区别在于加载之后不需要编译，子类执行之后就可以被外部调用了，其加载速度比JavaScript模块速度略快。

使用C/C++扩展模块的一个好处在于可以更加灵活和动态地加载它们，保持Node模块自身简单性的同时，给予Node五=无限的可能性。

5.模块调用栈

C/C++内建模块：属于最底层的模块，属于核心模块，主要通过API给JavaScript核心模块和第三方JavaScript文件模块的调用。

JavaScript核心模块的两个职责：

1. 作为C/C++内建模块的封装层和桥接层，供文件模块调用；
2. 纯粹的功能模块，不需要和底层打交道；

文件模块：通常由第三方编写，包括普通JavaScript模块的C/C++扩展模块，主要调用方向为普通JavaScript模块调用扩展模块。

6.包与NPM

包和NPM是将模块联系起来的一种机制。

包组织模块示意图：

CommonJS包的定义：

由包结构和包描述文件两个部分组成，前者用于组织包中的各种文件，后者用于描述包的相关信息，以供外部读取分析。

6.1包结构

包实际是一个存档文件，即一个目录直接打包为.zip和tar.gz格式的文件，安装后解压还原为目录。

包目录包含的文件：

1. package.json:包描述文件；
2. bin:用于存放可执行二进制文件的目录；
3. lib:用于存放JavaScript代码的目录；
4. doc:用于存放文档的目录；
5. test:用于存放单元测试用例的代码；

6.2包描述文件和NPM

包描述文件用于表达非代码相关的信息，是个JSON格式的文件-package.json，位于包的根目录下，是包的重要组成部分。

6.3NPM常用功能

对于Node而言，NPM帮助完成了第三方模块的发布、安装和依赖等。借助Node与第三方模块之间形成了很好的一个生态系统。

1. 查看帮助；

   查看当前NPM版本：

   $ npm -v

   查看帮助：

   $ npm

2. 安装依赖包

   安装依赖包是NPM最常见的用法，执行语句：

   $ npm install express

   1.全局模式安装

   $ npm install express -g

   2.从本地安装

   本地安装只需为NPM指明package.json文件的所在的位置即可。它可以是一个包含package.json的存档文件，也可以是个URL地址，也可以是个目录有package.json的目录的位置。

   3.从非官方源安装

   从非官方安装，可以通过镜像源安装。

   $ npm config set underscore --registry=http://registry.url

   镜像源安装指定默认源：

   $ npm config set registry http://registry.url

3. NPM钩子命令

   C/C++模块实际上是编译后才能使用的。package.json中script字段的提出就是让包在安装或者卸载等过程中提供钩子机制。

4. 发布包

   1. 编写模块；

   2. 初始化包描述文件；

      $ npm init

   3. 注册包仓库账号

      $ npm adduser

   4. 上传包

      $ npm publish .

   5. 安装包

      $ npm install hello_test_jackson --registy=http://npmjs.org

   6. 管理包权限

      多人进行发布

      $ npm owner ls eventproxy

5. 分析包

   在使用NPM的过程中，或许你不能确认当前目录下能否通过require()顺利引入想要的包，执行npm ls分析包。

   $ npm ls

6.4局域NPM

为了同时能够享受NPM上众多的包，同时对自己的包进行保密和限制，现有的解决方案就是企业搭建自己的NPM仓库。

企业混合使用官方仓库和局域仓库的示意图：

对于企业内部而言，私有的可重用模块可以打包到局域NPM仓库，这样可以保持更新的中心化，不至于让各个小项目各自维护相同功能的模块，杜绝通过复制粘贴实现代码共享的行为。

6.5NPM潜在问题

NPM的潜在问题：

1. 每个人都可以分享包平台上，鉴于开发人员水平不一，上面的包的质量也良莠不齐；
2. Node代码可以运行在服务器端，需要考虑安全问题；

对于包的使用者而言，包质量和安全问题需要作为是否采纳模块的一个判断条件。

如何评判一个包的安全和质量？

1. 开源社区内在的健康发展机制-口碑效应；
2. Github中，模块项目的观察者数量和分支数量；
3. 包中测试用例和文档的状况；

Kwalitee模块的考察点：

1. 具备良好的测试；
2. 具备良好的文档(README、API)；
3. 具备良好的测试覆盖率；
4. 具备良好的编码规范；
5. 更多条件；

7.前后端共用模块

7.1模块的侧重点

前后端JavaScript分别搁置在HTTP的两端，它们扮演的角色并不同。

浏览器端的JavaScript：

需要经历从同一个服务器端分发到多个客户端执行，瓶颈在于带宽，需要网络加载代码；

浏览器端的JavaScript：

相同的代码需要多次执行，瓶颈在于CPU和内存等资源，从磁盘中加载代码；

两者的加载的速度不在一个数量级别。

CommonJS为后端JavaScript制定的规范；

AMD为前端JavaScript制定的规范；

7.2AMD规范

AMD规范是CommonJS模块规范的一个延伸，定义如下;

define(id?,dependenceies?,factory)

模块的id和依赖是可选的，

与Node模块相似之处：

factory的内容就是实际代码的内容；

与Node模块不同之处：

1. AMD需要define定义一个模块,Node实现中是隐式包装的；
2. 内容需要通过返回的方式实现导出；

7.3CMD规范

CMD规范由国内的玉伯提出，与AMD规范的主要区别在于定义模块和依赖引入的部分。

AMD需要在声明模块的时候指定所有的依赖，通过形参传递到模块内容；

define(['dep1','dep2'],function (dep1,dep2){
    return function (){};
})

7.4兼容多种模块规范

为了让同一个模块可以运行在前后端，需要考虑兼容前端也实现了模块规范的环境。为了保持前后端的一致性，类库开发者需要将类库代码包装在一个闭包内。