史上最全的 JavaScript 模块化方案和工具

模块化是大型前端项目的必备要素。JavaScript 从诞生至今，出现过各种各样的模块化方案，让我们一起来盘点下吧。

IIFE 模块

默认情况下，在浏览器宿主环境里定义的变量都是全局变量，如果页面引用了多个这样的 JavaScript 文件，很容易造成命名冲突。

// 定义全局变量
let count = 0;
const increase = () => ++count;
const reset = () => {
    count = 0;
    console.log("Count is reset.");
};

// 使用全局变量
increase();
reset();

为了避免全局污染，可以用匿名函数包裹起来，这就是最简单的 IIFE 模块（立即执行的函数表达式）：

// 定义 IIFE 模块
const iifeCounterModule = (() => {
    let count = 0;
    return {
        increase: () => ++count,
        reset: () => {
            count = 0;
            console.log("Count is reset.");
        }
    };
})();

// 使用 IIFE 模块
iifeCounterModule.increase();
iifeCounterModule.reset();

IIFE 只暴露了一个全局的模块名，内部都是局部变量，大大减少了全局命名冲突。

每个 IIFE 模块都是一个全局变量，这些模块通常有自己的依赖。可以在模块内部直接使用依赖的全局变量，也可以把依赖作为参数传给 IIFE：

// 定义带有依赖的 IIFE 模块
const iifeCounterModule = ((dependencyModule1, dependencyModule2) => {
    let count = 0;
    return {
        increase: () => ++count,
        reset: () => {
            count = 0;
            console.log("Count is reset.");
        }
    };
})(dependencyModule1, dependencyModule2);

一些流行的库在早期版本都采用这模式，比如大名鼎鼎的 jQuery（最新版本也开始用 UMD 模块了，后面会介绍）。

还有一种 IIFE，在 API 声明上遵循了一种格式，就是在模块内部提前定义了这些 API 对应的变量，方便 API 之间互相调用：

// Define revealing module.
const revealingCounterModule = (() => {
    let count = 0;
    const increase = () => ++count;
    const reset = () => {
        count = 0;
        console.log("Count is reset.");
    };

    return {
        increase,
        reset
    };
})();

// Use revealing module.
revealingCounterModule.increase();
revealingCounterModule.reset();

CommonJS 模块（Node.js 模块）

CommonJS 最初叫 ServerJS，是由 Node.js 实现的模块化方案。默认情况下，每个 .js 文件就是一个模块，模块内部提供了一个module和exports变量，用于暴露模块的 API。使用 require 加载和使用模块。下面这段代码定义了一个计数器模块：

// 定义 CommonJS 模块: commonJSCounterModule.js.
const dependencyModule1 = require("./dependencyModule1");
const dependencyModule2 = require("./dependencyModule2");

let count = 0;
const increase = () => ++count;
const reset = () => {
    count = 0;
    console.log("Count is reset.");
};

exports.increase = increase;
exports.reset = reset;
// 或者这样：
module.exports = {
    increase,
    reset
};

使用这个模块：

// 使用 CommonJS 模块
const { increase, reset } = require("./commonJSCounterModule");
increase();
reset();
// 或者这样：
const commonJSCounterModule = require("./commonJSCounterModule");
commonJSCounterModule.increase();
commonJSCounterModule.reset();

在运行时，Node.js 会将文件内的代码包裹在一个函数内，然后通过参数传递exports、module变量和require函数。

// Define CommonJS module: wrapped commonJSCounterModule.js.
(function (exports, require, module, __filename, __dirname) {
    const dependencyModule1 = require("./dependencyModule1");
    const dependencyModule2 = require("./dependencyModule2");

    let count = 0;
    const increase = () => ++count;
    const reset = () => {
        count = 0;
        console.log("Count is reset.");
    };

    module.exports = {
        increase,
        reset
    };

    return module.exports;
}).call(thisValue, exports, require, module, filename, dirname);

// Use CommonJS module.
(function (exports, require, module, __filename, __dirname) {
    const commonJSCounterModule = require("./commonJSCounterModule");
    commonJSCounterModule.increase();
    commonJSCounterModule.reset();
}).call(thisValue, exports, require, module, filename, dirname);

AMD 模块（RequireJS 模块）

AMD（异步模块定义）也是一种模块格式，由 RequireJS 这个库实现。它通过define函数定义模块，并接受模块名和依赖的模块名作为参数。

// 定义 AMD 模块
define("amdCounterModule", ["dependencyModule1", "dependencyModule2"], 
      (dependencyModule1, dependencyModule2) => {
    let count = 0;
    const increase = () => ++count;
    const reset = () => {
        count = 0;
        console.log("Count is reset.");
    };

    return {
        increase,
        reset
    };
});

也用 require加载和使用模块：

require(["amdCounterModule"], amdCounterModule => {
    amdCounterModule.increase();
    amdCounterModule.reset();
});

跟 CommonJS 不同，这里的 requrie接受一个回调函数，参数就是加载好的模块对象。

AMD 的define函数还可以动态加载模块，只要给它传一个回调函数，并带上 require参数：

// Use dynamic AMD module.
define(require => {
    const dynamicDependencyModule1 = require("dependencyModule1");
    const dynamicDependencyModule2 = require("dependencyModule2");

    let count = 0;
    const increase = () => ++count;
    const reset = () => {
        count = 0;
        console.log("Count is reset.");
    };

    return {
        increase,
        reset
    };
});

AMD 模块还可以给define传递module和exports，这样就可以在内部使用 CommonJS 代码：

// 定义带有 CommonJS 代码的 AMD 模块
define((require, exports, module) => {
    // CommonJS 代码
    const dependencyModule1 = require("dependencyModule1");
    const dependencyModule2 = require("dependencyModule2");

    let count = 0;
    const increase = () => ++count;
    const reset = () => {
        count = 0;
        console.log("Count is reset.");
    };

    exports.increase = increase;
    exports.reset = reset;
});

// 使用带有 CommonJS 代码的 AMD 模块
define(require => {
    // CommonJS 代码
    const counterModule = require("amdCounterModule");
    counterModule.increase();
    counterModule.reset();
});

UMD 模块

UMD（通用模块定义），是一种支持多种环境的模块化格式，可同时用于 AMD 和 浏览器（或者 Node.js）环境。

兼容 AMD 和浏览器全局引入：

((root, factory) => {
    // 检测是否存在 AMD/RequireJS 的 define 函数
    if (typeof define === "function" && define.amd) {
        // 如果是，在 define 函数内调用 factory
        define("umdCounterModule", ["deependencyModule1", "dependencyModule2"], factory);
    } else {
        // 否则为浏览器环境，直接调用 factory
        // 导入的依赖是全局变量（window 对象的属性）
        // 导出的模块也是全局变量（window 对象的属性）
        root.umdCounterModule = factory(root.deependencyModule1, root.dependencyModule2);
    }
})(typeof self !== "undefined" ? self : this, (deependencyModule1, dependencyModule2) => {
    // 具体的模块代码
    let count = 0;
    const increase = () => ++count;
    const reset = () => {
        count = 0;
        console.log("Count is reset.");
    };

    return {
        increase,
        reset
    };
});

看起来很复杂，其实就是个 IIFE。代码注释写得很清楚了，可以看看。
下面来看兼容 AMD 和 CommonJS（Node.js）模块的 UMD：

(define => define((require, exports, module) => {
    // 模块代码
    const dependencyModule1 = require("dependencyModule1");
    const dependencyModule2 = require("dependencyModule2");

    let count = 0;
    const increase = () => ++count;
    const reset = () => {
        count = 0;
        console.log("Count is reset.");
    };

    module.export = {
        increase,
        reset
    };
}))(// 判断 CommonJS 里的 module 变量和 exports 变量是否存在
    // 同时判断 AMD/RequireJS 的define 函数是否存在
    typeof module === "object" && module.exports && typeof define !== "function"
        ? // 如果是 CommonJS/Node.js，手动定义一个 define 函数
            factory => module.exports = factory(require, exports, module)
        : // 否则是 AMD/RequireJS，直接使用 define 函数
            define);

同样是个 IIFE，通过判断环境，选择执行对应的代码。

ES 模块（ES6 Module）

前面说到的几种模块格式，都是用到了各种技巧实现的，看起来眼花缭乱。终于，在 2015 年，ECMAScript 第 6 版（ES 2015，或者 ES6 ）横空出世！它引入了一种全新的模块格式，主要语法就是 import和epxort关键字。来看 ES6 怎么定义模块：

// 定义 ES 模块：esCounterModule.js 或 esCounterModule.mjs.
import dependencyModule1 from "./dependencyModule1.mjs";
import dependencyModule2 from "./dependencyModule2.mjs";

let count = 0;
// 具名导出：
export const increase = () => ++count;
export const reset = () => {
    count = 0;
    console.log("Count is reset.");
};
// 默认导出
export default {
    increase,
    reset
};

浏览器里使用该模块，在 script标签上加上type="module"，表明引入的是 ES 模块。在 Node.js 环境中使用时，把扩展名改成 .mjs。

// Use ES module.
//浏览器： <script type="module" src="esCounterModule.js"></script> or inline.

// 服务器：esCounterModule.mjs
import { increase, reset } from "./esCounterModule.mjs";
increase();
reset();
// Or import from default export:
import esCounterModule from "./esCounterModule.mjs";
esCounterModule.increase();
esCounterModule.reset();

浏览器如果不支持，可以加个兜底属性：

<script nomodule>
    alert("Not supported.");
</script>

ES 动态模块（ECMAScript 2020）

2020 年最新的 ESCMA 标准11版中引入了内置的 import函数，用于动态加载 ES 模块。import函数返回一个 Promise，在它的then回调里使用加载后的模块：

// 用 Promise API 加载动态 ES 模块
import("./esCounterModule.js").then(({ increase, reset }) => {
    increase();
    reset();
});

import("./esCounterModule.js").then(dynamicESCounterModule => {
    dynamicESCounterModule.increase();
    dynamicESCounterModule.reset();
});

由于返回的是 Promise，那肯定也支持await用法：

// 通过 async/await 使用 ES 动态模块
(async () => {
    // 具名导出的模块
    const { increase, reset } = await import("./esCounterModule.js");
    increase();
    reset();
    // 默认导出的模块
    const dynamicESCounterModule = await import("./esCounterModule.js");
    dynamicESCounterModule.increase();
    dynamicESCounterModule.reset();
})();

各平台对import、export和动态import的兼容情况如下：

System 模块

SystemJS 是一个 ES 模块语法转换库，以便支持低版本的 ES。例如，下面的模块是用 ES6 语法定义的：

// 定义 ES 模块
import dependencyModule1 from "./dependencyModule1.js";
import dependencyModule2 from "./dependencyModule2.js";
dependencyModule1.api1();
dependencyModule2.api2();

let count = 0;
// Named export:
export const increase = function () { return ++count };
export const reset = function () {
    count = 0;
    console.log("Count is reset.");
};
// Or default export:
export default {
    increase,
    reset
}

如果当前的运行环境（比如旧浏览器）不支持 ES6 语法，上面的代码就无法运行。一种方案是把上面的模块定义转换成 SystemJS 库的一个 API， System.register：

// Define SystemJS module.
System.register(["./dependencyModule1.js", "./dependencyModule2.js"], 
                function (exports_1, context_1) {
    "use strict";
    var dependencyModule1_js_1, dependencyModule2_js_1, count, increase, reset;
    var __moduleName = context_1 && context_1.id;
    return {
        setters: [
            function (dependencyModule1_js_1_1) {
                dependencyModule1_js_1 = dependencyModule1_js_1_1;
            },
            function (dependencyModule2_js_1_1) {
                dependencyModule2_js_1 = dependencyModule2_js_1_1;
            }
        ],
        execute: function () {
            dependencyModule1_js_1.default.api1();
            dependencyModule2_js_1.default.api2();
            count = 0;
            // Named export:
            exports_1("increase", increase = function () { return ++count };
            exports_1("reset", reset = function () {
                count = 0;
                console.log("Count is reset.");
            };);
            // Or default export:
            exports_1("default", {
                increase,
                reset
            });
        }
    };
});

这样，import/export关键字就不见了。Webpack、TypeScript 等可以自动完成这样的转换（后面会讲）。

SystemJS 也支持动态加载模块：

// Use SystemJS module with promise APIs.
System.import("./esCounterModule.js").then(dynamicESCounterModule => {
    dynamicESCounterModule.increase();
    dynamicESCounterModule.reset();
});

Webpack 模块（打包 AMD，CJS，ESM）

Webpack 是个强大的模块打包工具，可以将 AMD、CommonJS 和 ES Module 格式的模块转换并打包到单个 JS 文件。

Babel 模块

Babel 是也个转换器，可将 ES6+ 代码转换成低版本的 ES。前面例子中的计数器模块用 Babel 转换后的代码是这样的：

// Babel.
Object.defineProperty(exports, "__esModule", {
    value: true
});
exports["default"] = void 0;
function _interopRequireDefault(obj) 
         { return obj && obj.__esModule ? obj : { "default": obj }; }

// Define ES module: esCounterModule.js.
var dependencyModule1 = _interopRequireDefault(require("./amdDependencyModule1"));
var dependencyModule2 = _interopRequireDefault(require("./commonJSDependencyModule2"));
dependencyModule1["default"].api1();
dependencyModule2["default"].api2();

var count = 0;
var increase = function () { return ++count; };
var reset = function () {
    count = 0;
    console.log("Count is reset.");
};

exports["default"] = {
    increase: increase,
    reset: reset
};

引入该模块的index.js将会转换成：

// Babel.
function _interopRequireDefault(obj) 
         { return obj && obj.__esModule ? obj : { "default": obj }; }

// Use ES module: index.js
var esCounterModule = _interopRequireDefault(require("./esCounterModule.js"));
esCounterModule["default"].increase();
esCounterModule["default"].reset();

以上是 Babel 的默认转换行为，它还可以结合其他插件使用，比如前面提到的 SystemJS。经过配置，Babel 可将 AMD、CJS、ES Module 转换成 System 模块格式。

TypeScript 模块

TypeScript 是 JavaScript 的超集，可以支持所有 JavaScript 语法，包括 ES6 模块语法。它在转换时，可以保留 ES6 语法，也可以转换成 AMD、CJS、UMD、SystemJS 等格式，取决于配置：

{
    "compilerOptions": {
        "module": "ES2020", // None, CommonJS, AMD, System, UMD, ES6, ES2015, ES2020, ESNext.
    }
}

TypeScript 还支持 module和namespace关键字，表示内部模块。

module Counter {
    let count = 0;
    export const increase = () => ++count;
    export const reset = () => {
        count = 0;
        console.log("Count is reset.");
    };
}

namespace Counter {
    let count = 0;
    export const increase = () => ++count;
    export const reset = () => {
        count = 0;
        console.log("Count is reset.");
    };
}

都可以转换成 JavaScript 对象：

var Counter;
(function (Counter) {
    var count = 0;
    Counter.increase = function () { return ++count; };
    Counter.reset = function () {
        count = 0;
        console.log("Count is reset.");
    };
})(Counter || (Counter = {}));

总结

以上提到的各种模块格式是在 JavaScript 语言演进过程中出现的模块化方案，各有其适用环境。随着标准化推进，Node.js 和最新的现代浏览器都开始支持 ES 模块格式。如果要在旧环境中使用模块化，可以通过 Webpack、Babel、TypeScript、SystemJS 等工具进行转换。

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