Node.js模块加载详解

在 Node.js 中，模块是组织代码的基本单位，它可以通过 require 函数进行加载。本篇文章将详细讲解 Node.js 模块加载的过程和实现原理。

CommonJS 规范

Node.js 使用了 CommonJS 规范来组织模块。在 CommonJS 规范中，一个文件就是一个模块，每一个模块都是一个单独的作用域，各自拥有自己的局部变量。模块内部可以使用 module.exports 对外导出变量或函数。

模块的加载过程

当使用 require 加载一个模块时，Node.js 会按照以下步骤查找和加载模块：

1. 路径分析
   Node.js 根据模块标识符（可以是相对路径或绝对路径）来查找并确定要加载的模块。如果是相对路径，则相对路径是相对于当前模块的，否则就是从模块查找路径中查找。
2. 文件定位
   确定要加载的模块后，Node.js 会试图根据标识符查找到对应的文件。Node.js 支持的文件扩展名有 .js、.json 和 .node。
3. 编译执行
   当找到相应的文件后，Node.js 会将其读入内存，并对文件内容进行头尾包装，然后编译成可执行的代码。在头部加入了如下代码：

(function(exports, require, module, __filename, __dirname) {
  // 模块的代码实际上在这里运行
});

1. 模块缓存
   当模块编译成功后，其会被保存在 Node.js 的缓存中，之后再次使用 require 加载该模块时，就可以直接从缓存中读取，而不是再次执行上述步骤。

示例一

例如，我们有如下两个文件：

add.js

function add(a, b) {
  return a + b;
}

module.exports = add;

main.js

const add = require('./add');
console.log(add(1, 2)); // 3

其中，add.js defines 了一个简单的函数并导出，而 main.js 则通过 require 函数加载此模块并使用函数。执行 node main.js 会输出 3。

示例二

接下来看一个更复杂的示例，使用了第三方模块。我们使用 express 模块创建一个简单的 Web 服务器。

执行 npm install express 安装 express 模块。

app.js

const express = require('express');
const app = express();

app.get('/', function(req, res) {
  res.send('Hello World!');
});

app.listen(3000, function() {
  console.log('Server listening on port 3000!');
});

执行 node app.js 启动服务器，然后在浏览器中打开 http://localhost:3000/ 就可以看到输出的 Hello World!。
这个示例中使用了 require 加载了 express 模块，并将其绑定到变量 express 上使用。同时，使用 app.get 函数创建一个 GET 路由并处理请求。

至此，我们对 Node.js 模块加载的过程和实现原理有了一个详尽的认识。