模块标准：为什么 ESM 是前端模块化的未来？

2002 年 AJAX 诞生至今，前端从刀耕火种的年代，经历了一系列的发展，各种标准和工具百花齐放。下图中我们可以看到，自 2009 年 Node.js 诞生，前端先后出现了 CommonJS、AMD、CMD、UMD和ES Module等模块规范，底层规范的发展催生出了一系列工具链的创新，比如 AMD 规范提出时社区诞生的模块加载工具requireJS，基于CommonJS规范的模块打包工具browserify，还有能让用户提前用上 ES Module 语法的 JS 编译器Babel、兼容各种模块规范的重量级打包工具Webpack以及基于浏览器原生 ES Module 支持而实现的 no-bundle 构建工具 Vite 等等。

Modules

总体而言，业界经历了一系列由规范、标准引领工程化改革的过程。构建工具作为前端工程化的核心要素，与底层的前端模块化规范和标准息息相关。接下来的时间，我就带你梳理一下前端模块化是如何演进的。这样你能更清楚地了解到各种模块化标准诞生的背景和意义，也能更好地理解 ES Module 为什么能够成为现今最主流的前端模块化标准。

无模块化标准阶段

早在模块化标准还没有诞生的时候，前端界已经产生了一些模块化的开发手段，如文件划分、命名空间和 IIFE 私有作用域。下面，我来简单介绍一下它们的实现以及背后存在的问题。

1. 文件划分

文件划分方式是最原始的模块化实现，简单来说就是将应用的状态和逻辑分散到不同的文件中，然后通过 HTML 中的 script 来一一引入。下面是一个通过文件划分实现模块化的具体例子:

index.htmlmodule-a.jsmodule-b.js

html

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
  <head>
    <meta charset="UTF-8" />
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge" />
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0" />
    <title>Document</title>
  </head>
  <body>
    <script src="./module-a.js"></script>
    <script src="./module-b.js"></script>
    <script>
      console.log(data);
      method();
    </script>
  </body>
</html>

let data = "data";

function method() {
  console.log("execute method");
}

从中可以看到module-a和module-b为两个不同的模块，通过两个 script 标签分别引入到 HTML 中，这么做看似是分散了不同模块的状态和运行逻辑，但实际上也隐藏着一些风险因素:

模块变量相当于在全局声明和定义，会有变量名冲突的问题。比如 module-b 可能也存在data变量，这就会与 module-a 中的变量冲突。
由于变量都在全局定义，我们很难知道某个变量到底属于哪些模块，因此也给调试带来了困难。
无法清晰地管理模块之间的依赖关系和加载顺序。假如module-a依赖module-b，那么上述 HTML 的 script 执行顺序需要手动调整，不然可能会产生运行时错误。

2. 命名空间

命名空间是模块化的另一种实现手段，它可以解决上述文件划分方式中全局变量定义所带来的一系列问题。下面是一个简单的例子:

module-a.jsmodule-b.jsindex.html

window.moduleA = {
  data: "moduleA",
  method: function () {
    console.log("execute A's method");
  },
};

window.moduleB = {
  data: "moduleB",
  method: function () {
    console.log("execute B's method");
  },
};

html

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
  <head>
    <meta charset="UTF-8" />
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge" />
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0" />
    <title>Document</title>
  </head>
  <body>
    <script src="./module-a.js"></script>
    <script src="./module-b.js"></script>
    <script>
      // 此时 window 上已经绑定了 moduleA 和 moduleB
      console.log(moduleA.data);
      moduleB.method();
    </script>
  </body>
</html>

这样一来，每个变量都有自己专属的命名空间，我们可以清楚地知道某个变量到底属于哪个模块，同时也避免全局变量命名的问题。

3. IIFE(立即执行函数)

不过，相比于命名空间的模块化手段，IIFE实现的模块化安全性要更高，对于模块作用域的区分更加彻底。你可以参考如下IIFE 实现模块化的例子:

module-a.jsmodule-b.jsindex.html

(function () {
  let data = "moduleA";

  function method() {
    console.log(data + "execute");
  }

  window.moduleA = {
    method: method,
  };
})();

(function () {
  let data = "moduleB";

  function method() {
    console.log(data + "execute");
  }

  window.moduleB = {
    method: method,
  };
})();

html

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
  <head>
    <meta charset="UTF-8" />
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge" />
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0" />
    <title>Document</title>
  </head>
  <body>
    <script src="./module-a.js"></script>
    <script src="./module-b.js"></script>
    <script>
      // 此时 window 上已经绑定了 moduleA 和 moduleB
      console.log(moduleA.data);
      moduleB.method();
    </script>
  </body>
</html>

我们知道，每个IIFE 即立即执行函数都会创建一个私有的作用域，在私有作用域中的变量外界是无法访问的，只有模块内部的方法才能访问。拿上述的module-a来说:

// module-a.js
(function () {
  let data = "moduleA";

  function method() {
    console.log(data + "execute");
  }

  window.moduleA = {
    method: method,
  };
})();

对于其中的 data变量，我们只能在模块内部的 method 函数中通过闭包访问，而在其它模块中无法直接访问。这就是模块私有成员功能，避免模块私有成员被其他模块非法篡改，相比于命名空间的实现方式更加安全。

但实际上，无论是命令空间还是IIFE，都是为了解决全局变量所带来的命名冲突及作用域不明确的问题，也就是在文件划分方式中所总结的问题 1 和问题 2，而并没有真正解决另外一个问题——模块加载。如果模块间存在依赖关系，那么 script 标签的加载顺序就需要受到严格的控制，一旦顺序不对，则很有可能产生运行时 Bug。

而随着前端工程的日益庞大，各个模块之间相互依赖已经是非常常见的事情，模块加载的需求已经成为了业界刚需，而以上的几种非标准模块化手段不能满足这个需求，因此我们需要指定一个行业标准去统一前端代码的模块化。

不过前端的模块化规范统一也经历了漫长的发展阶段，即便是到现在也没有实现完全的统一。接下来，我们就来熟悉一下业界主流的三大模块规范: CommonJS、AMD 和 ES Module。

CommonJS 规范

CommonJS 是业界最早正式提出的 JavaScript 模块规范，主要用于服务端，随着 Node.js 越来越普及，这个规范也被业界广泛应用。对于模块规范而言，一般会包含 2 方面内容:

统一的模块化代码规范
实现自动加载模块的加载器(也称loader)

对于 CommonJS 模块规范本身，相信有 Node.js 使用经验的同学都不陌生了，为了方便你理解，我举一个使用 CommonJS 的简单例子:

// module-a.js
var data = "hello world";
function getData() {
  return data;
}
module.exports = {
  getData,
};

// index.js
const { getData } = require("./module-a.js");
console.log(getData());

代码中使用 require 来导入一个模块，用module.exports来导出一个模块。实际上 Node.js 内部会有相应的 loader 转译模块代码，最后模块代码会被处理成下面这样:

(function (exports, require, module, __filename, __dirname) {
  // 执行模块代码
  // 返回 exports 对象
});

对 CommonJS 而言，一方面它定义了一套完整的模块化代码规范，另一方面 Node.js 为之实现了自动加载模块的loader，看上去是一个很不错的模块规范，但也存在一些问题:

模块加载器由 Node.js 提供，依赖了 Node.js 本身的功能实现，比如文件系统，如果 CommonJS 模块直接放到浏览器中是无法执行的。当然, 业界也产生了 browserify 这种打包工具来支持打包 CommonJS 模块，从而顺利在浏览器中执行，相当于社区实现了一个第三方的 loader。
CommonJS 本身约定以同步的方式进行模块加载，这种加载机制放在服务端是没问题的，一来模块都在本地，不需要进行网络 IO，二来只有服务启动时才会加载模块，而服务通常启动后会一直运行，所以对服务的性能并没有太大的影响。但如果这种加载机制放到浏览器端，会带来明显的性能问题。它会产生大量同步的模块请求，浏览器要等待响应返回后才能继续解析模块。也就是说，模块请求会造成浏览器 JS 解析过程的阻塞，导致页面加载速度缓慢。

总之，CommonJS 是一个不太适合在浏览器中运行的模块规范。因此，业界也设计出了全新的规范来作为浏览器端的模块标准，最知名的要数 AMD 了。

AMD规范

AMD全称为Asynchronous Module Definition，即异步模块定义规范。模块根据这个规范，在浏览器环境中会被异步加载，而不会像 CommonJS 规范进行同步加载，也就不会产生同步请求导致的浏览器解析过程阻塞的问题了。我们先来看看这个模块规范是如何来使用的:

main.jsprint.js

define(["./print"], function (printModule) {
  printModule.print("main");
});

define(function () {
  return {
    print: function (msg) {
      console.log("print " + msg);
    },
  };
});

在 AMD 规范当中，我们可以通过 define 去定义或加载一个模块，比如上面的 main 模块和print模块，如果模块需要导出一些成员需要通过在定义模块的函数中 return 出去(参考 print 模块)，如果当前模块依赖了一些其它的模块则可以通过 define 的第一个参数来声明依赖(参考main模块)，这样模块的代码执行之前浏览器会先加载依赖模块。

当然，你也可以使用 require 关键字来加载一个模块，如:

// module-a.js
require(["./print.js"], function (printModule) {
  printModule.print("module-a");
});

不过 require 与 define 的区别在于前者只能加载模块，而不能定义一个模块。

WARNING

由于没有得到浏览器的原生支持，AMD 规范需要由第三方的 loader 来实现，最经典的就是 requireJS 库了，它完整实现了 AMD 规范，至今仍然有不少项目在使用。

不过 AMD 规范使用起来稍显复杂，代码阅读和书写都比较困难。因此，这个规范并不能成为前端模块化的终极解决方案，仅仅是社区中提出的一个妥协性的方案，关于新的模块化规范的探索，业界从仍未停止脚步。

同期出现的规范当中也有 CMD 规范，这个规范是由淘宝出品的SeaJS实现的，解决的问题和 AMD 一样。不过随着社区的不断发展，SeaJS 已经被requireJS兼容了。

TIP

当然，你可能也听说过 UMD (Universal Module Definition)规范，其实它并不算一个新的规范，只是兼容 AMD 和 CommonJS 的一个模块化方案，可以同时运行在浏览器和 Node.js 环境。顺便提一句，后面将要介绍的 ES Module 也具备这种跨平台的能力。

ES Module

ES6 Module 也被称作 ES Module(或 ESM)，是由 ECMAScript 官方提出的模块化规范，作为一个官方提出的规范，ES Module 已经得到了现代浏览器的内置支持。在现代浏览器中，如果在 HTML 中加入含有type="module"属性的 script 标签，那么浏览器会按照 ES Module 规范来进行依赖加载和模块解析，这也是 Vite 在开发阶段实现 no-bundle 的原因，由于模块加载的任务交给了浏览器，即使不打包也可以顺利运行模块代码，具体的模块加载流程我们会在下一节进行详细的解释。

大家可能会担心 ES Module 的兼容性问题，其实 ES Module 的浏览器兼容性如今已经相当好了，覆盖了 90% 以上的浏览器份额，在 CanIUse 上的详情数据如下图所示:

ES Module

不仅如此，一直以 CommonJS 作为模块标准的 Node.js 也紧跟 ES Module 的发展步伐，从 12.20 版本开始正式支持原生 ES Module。也就是说，如今 ES Module 能够同时在浏览器与 Node.js 环境中执行，拥有天然的跨平台能力。

下面是一个使用 ES Module 的简单例子:

main.jsmodule-a.jsindex.html

import { methodA } from "./module-a.js";
methodA();

const methodA = () => {
  console.log("a");
};

export { methodA };

html

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
  <head>
    <meta charset="UTF-8" />
    <link rel="icon" type="image/svg+xml" href="/src/favicon.svg" />
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0" />
    <title>Vite App</title>
  </head>
  <body>
    <div id="root"></div>
    <script type="module" src="./main.js"></script>
  </body>
</html>

如果在 Node.js 环境中，你可以在package.json中声明type: "module"属性:

json

{
  "type": "module"
}

然后 Node.js 便会默认以 ES Module 规范去解析模块:

bash

node main.js
// 打印 a

TIP

顺便说一句，在 Node.js 中，即使是在 CommonJS 模块里面，也可以通过 import 方法顺利加载 ES 模块，如下所示:

async function func() {
  // 加载一个 ES 模块
  // 文件名后缀需要是 mjs
  const { a } = await import("./module-a.mjs");
  console.log(a);
}

func();

module.exports = {
  func,
};

ES Module 作为 ECMAScript 官方提出的规范，经过五年多的发展，不仅得到了众多浏览器的原生支持，也在 Node.js 中得到了原生支持，是一个能够跨平台的模块规范。同时，它也是社区各种生态库的发展趋势，尤其是被如今大火的构建工具 Vite 所深度应用。可以说，ES Module 前景一片光明，成为前端大一统的模块标准指日可待。

当然，这一讲我们只简单介绍了 ESM。至于高级特性，我们将在「高级应用篇」专门介绍。你可以先利用我这里给到的官方资料提前预习： MDN 官方解释、ECMAScript 内部提案细节。

小结

这一节，我们要重点掌握前端模块化的诞生意义、主流的模块化规范和 ESM 规范的优势。

由于前端构建工具的改革与底层模块化规范的发展息息相关，从一开始我就带你从头梳理了前端模块化的演进史，从无模块化标准的时代开始谈起，跟你介绍了文件划分的模块化方案，并分析了这个方案潜在的几个问题。随后又介绍了命名空间和IIFE两种方案，但这两种方式并没有解决模块自动加载的问题。由此展开对前端模块化规范的介绍，我主要给你分析了三个主流的模块化标准: CommonJS、AMD 以及 ES Module，针对每个规范从模块化代码标准、模块自动加载方案这两个维度给你进行了详细的拆解，最后得出 ES Module 即将成为主流前端模块化方案的结论。

本小节的内容就到这里了，希望能对你有所启发，也欢迎你把自己的学习心得打到评论区，我们下一节再见~

2023年02月10日14:36:27

无模块化标准阶段 ​

1. 文件划分 ​

2. 命名空间 ​

3. IIFE(立即执行函数) ​

CommonJS 规范 ​

AMD规范 ​

ES Module ​

小结 ​

无模块化标准阶段

1. 文件划分

2. 命名空间

3. IIFE(立即执行函数)

CommonJS 规范

AMD规范

ES Module

小结