JavaScript之模块化编程

前言

模块是任何大型应用程序架构中不可缺少的一部分，模块可以使我们清晰地分离和组织项目中的代码单元。在项目开发中，通过移除依赖，松耦合可以使应用程序的可维护性更强。与其他传统编程语言不同，在当前JavaScript里，并没有提供原生的、有组织性的引入模块方式。本文就来探讨一下目前的常见几种模块化解决方案。

1.对象字面量表示法

对象字面量可以认为是包含一组键值对的对象，每一对键和值由冒号分隔。对象字面量不需要使用new运算符进行实例化，在对象的外部也可以给对象添加属性和方法。示例如下：

var myModule = {
    myProperty: "jeri",

    // 对象字面量可以包含属性和方法
    // 例如，可以声明模块的配置对象
    myConfig: {
        useCaching: true,
        language: "en"
    },

    // 基本方法
    myMethod1: function () {
        console.log("method1");
    },

    // 根据当前配置输出信息
    myMethod2: function () {
        console.log("Caching is:" + '(this.myConfig.useCaching) ? "enabled" : "disabled"');
    },

    // 根据当前配置输出信息
    myMethod3: function (newConfig) {
        
        if (typeof newConfig === "object") {
            this.myConfig = newConfig;
            console.log(this.myConfig.language);
        }
    }
}

 如上所述，使用对象字面量有助于封装和组织代码，然后不同的对象字面量模块再构成复杂的项目。

2.Module模式

Module模式最初定义在传统的软件工程中，为类提供私有和公有封装的方法。在JavaScript中，并不能可以直接声明类，但我们可以使用闭包来封装私有的属性和方法，进而模拟类的概念，在JavaScript中实现Module模式。通过这种方式，我们就使得一个单独的对象拥有公有/私有方法和变量，从而屏蔽来自全局作用域的特殊部分，也就大大降低了变量声明之间和函数声明之间冲突的可能性。

var myModule = (function () {

    // 私有变量
    var privateVar = 0;

    // 私有函数
    var privateFun = function (foo) {
        console.log(foo);
    };

    return {
        // 私有变量
        publicVar: "foo",

        // 公有函数
        publicFun: function (arg) {

            // 修改私有变量
            privateVar ++;

            // 传入bar调用私有方法
            privateFun(arg);
        }
    };
}) ();

如上所示，通过使用闭包我们封装了私有变量和方法，而只暴露了一个接口供其他部分调用。私有变量（privateVar）和方法（privateFun）被局限于模块的闭包之中，只有通过公有方法才能访问。该模式除了返回的是一个对象而不是一个函数之外，非常类似于一个立即调用函数表达式，我们可以为返回的对象添加新的属性和方法，这些新增的属性和方法对外部调用者来说都是可用的。

Module模式的这种JavaScript实现对于具有面向对象开发经验的人来说非常简洁，但其也有自身的缺点和劣势。

由于我们访问公有和私有成员的方式不同，当我们想改变可见性时，我们需要修改每一个曾经使用该成员的地方，并不利于维护和升级，耦合度并不理想。而且，在之后新添加的方法里，我们并不能访问以前声明的私有方法和变量，因为闭包只在创建时完成绑定。我们也无法为私有方法创建自动化单元测试，修正私有方法也是极其困难的，我们需要复写所有与私有方法交互的公有方法，bug修正时工作量会很大。另外，我们也不能轻易的扩展私有方法。

关于脚本加载器

要讨论 AMD 和 CommonJS 模块，我们必然会谈及一个显而易见的话题——脚本加载器。目前，脚本加载是为了让我们能在现今的各种应用中都能使用模块化的 JavaScript 这个目标而服务的。有很多加载器用于 AMD 和 CommonJS方式中的模块加载，比较出名的有RequireJS 和 curl.js。关于脚本加载器的使用方式和运行机制，大家可以自行了解一下。

3.AMD模块

AMD全称是Asynchronous Module Definition，即异步模块加载机制。它诞生于使用XHR+eval的Dojo开发经验，其整体目标是提供模块化的JavaScript解决方案，避免未来的任何解决方案受到过去解决方案缺点的影响。AMD模块格式本身就是对定义模块的建议，其模块和依赖都可以进行异步加载，而且具有高度的灵活性，清除了代码和模块之间可能惯有的紧耦合。

关于AMD有两个非常重要的概念，那就是用于模块定义的define方法和用于处理依赖加载的require方法。

作为一个规范，只需定义其语法API，而不关心其实现。define函数定义如下：

define(
    [module-name?] /*可选*/, 
    [array-of-dependencies?] /*可选*/, 
    [module-factory-or-object]
);

其中：

• module-name: 模块标识，可以省略。如果没有这个属性，则称为匿名模块。
• array-of-dependencies: 所依赖的模块，可以省略。
• module-factory-or-object: 模块的实现，或者一个JavaScript对象。

具体示例如下：

define(
    "myModule",
    ["foo", "bar"],

    // 模块定义函数，依赖(foo,bar)作为参数映射到函数上
    function (foo, bar) {
        // 创建模块
        var myModule = {
            myFun: function () {
                console.log("Jeri");
            }
        }

        // 返回定义的模块
        return myModule;
    }
);

require用于加载JavaScript文件或模块的代码，获取依赖。示例如下：

// foo,bar为外部模块，加载以后的输出作为回调函数的参数传入，以便访问
requrie(["foo", "bar"], function (foo, bar) {

    // 其他代码
    foo.doSomething();
});

下面是一个动态加载依赖的示例：

define(
    function (requrie) {
        var isReady = false,
        foobar;

        requrie(["foo", "bar"], function (foo, bar) {
            isReady = true,
            foobar = foo() + bar();
        });

        // 返回定义的模块
        return {
            isReady: isReady,
            foobar: foobar
        };
    }
);

AMD模块可以使用插件，也就是说当我们加载依赖时，可以加载任意格式的文件。AMD对于如何完成灵活模块的定义提供了明确的建议，使用AMD编写模块化的JS代码，比现有的全局命名空间和<script>标签解决方案更加简洁，没有全局命名空间污染，在需要的时候也可以延迟加载脚本。

4.CommonJS模块

CommonJS规范建议指定一个简单的API来声明在浏览器外部工作的模块。与AMD不同，它试图包含更广泛的引人关注的问题，如IO、文件系统等。

从结构来看，CommonJS模块是JS中可以复用的部分，导出特定对象，以便可以用于任何依赖代码。与AMD表现形式不同的是，CommonJS模块并不使用define进行定义。CommonJS模块由两部分组成：变量exports和require函数。exports包含了一个模块希望其他模块能够使用的对象，require函数用来导入其他模块的导出，也就是用来加载其他模块依赖。示例如下：

lib.js

// 新定义的模块方法
function log(arg) {
    console.log(arg);
}

// 把方法暴露给其他模块
exports.log = log;

app.js

// ./lib是我们需要的一个依赖
var lib = requrie("./lib");

// 新定义的模块方法
function foo() {
    lib.log("jeri");
}

// 把方法暴露给其他模块
exports.foo = foo;

虽然在浏览器端可以使用CommonJS组织模块，但有不少开发者认为CommonJS更适合于服务器端开发，因为很多CommonJS API具有面向服务器的特性，如io、system等。NodeJs使用的就是CommonJS规范。当一个模块可能用于服务器端时，一些开发人员倾向于选择CommonJS，其他情况下使用AMD。

AMD模块可以使用插件，也就是说当我们加载依赖时，可以加载任意格式的文件，并且可以定义更细粒度的东西，如构造函数和函数，但CommonJS模块仅能定义不易使用的对象。在模块的定义和引入方面，二者也有很大的不同。AMD和CommonJS都是非常优秀的模块模式，各自有不同的目标。

• AMD采用采用浏览器优先的开发方法，选择异步行为和简化的后向兼容性，但没有任何的文件I/O概念。支持对象、函数、构造函数以及其他类型的对象，在浏览器中原生运行。
• CommonJS采用服务器优先的方法，假定同步行为，没有全局概念负担，仅将对象作为模块给予支持。CommonJS支持非包装模块，更接近下一代ES Harmony规范。

5.ES Harmony模块

TC39——负责制定 ECMAScript 语法和语义以及其未来迭代的标准团体，在近几年一直在密切关注 JavaScript 在大规模开发中的使用情况的演进，而且也敏感地意识到了需要有更好的语言特性来编写更加模块化的 JS。基于这个原因，目前有提案已经提出了一系列令人振奋的对语言的补充。虽然Harmony还处于建议阶段，但我们可以先一览新的接口特性。

Imports和Exports模块

在ES.next中，已经为模块依赖和模块导出提供了更加简洁的方式，那就是import和export。

• import声明绑定一个模块，作为局部变量导出，并能被重命名，以避免名称冲突。
• export声明一个外部可见模块的本地绑定，其它模块能够读取这些导出，但无法进行修改。模块可以导出子模块，但不能导出再其他地方定义的模块。导出也是可以重命名的。

cakes.js

module staff {
    // 指定导出
    export var baker = {
        bake: function(item) {
            console.log('Woo! I just baked ' + item);
        }
    }
};

module skills {
    export var specialty = "baking";
    export var experience = "5 years";
};

module cakeFactory {
    // 指定依赖项
    import baker from staff;

    // 通过通配符导入所有东西
    import * from skills;

    export var oven = {
        makeCupcake: function(toppings) {
            baker.bake('cupcake', toppings);
        },
        makeMuffin: function(mSize) {
            baker.bake('muffin', size);
        }
    }
};

远程加载模块

在ES.next里还建议支持远程模块加载，示例如下：

module cakeFactory from 'http://****/cakes.js';

cakeFactory.oven.makeCupcake('sprinkles');

cakeFactory.oven.makeMuffin('large');

模块加载器 API

模块加载器建议一个动态的API在严格控制的上下问中加载模块。加载器支持的特征包括用来加载模块的load( url, moduleInstance, error)，以及createModule( object, globalModuleReferences)等等。

用于服务器的类 CommonJS 模块

对于面向服务器的开发者来说，在 ES.next 中提出的模块系统并非局限于对浏览器端模块的关注。例如下面是一个在服务器端使用的类CommonJS模块：

File.js

// io/File.js
export function open(path) {
    // ...
};
export function close(hnd) {
    // ...
};

LexicalHandler.js

// compiler/LexicalHandler.js
module file from 'io/File';

import {open, close} from file;
export function scan( in ) {
    try {
        var h = open( in )...
    } finally {
        close(h)
    }
}

app.js

module lexer from 'compiler/LexicalHandler';
module stdlib from '@std';
 
// ... scan(cmdline[0]) ...

ES Harmony有了很多令人振奋的新功能加入，以求简化应用程序的开发，并处理依赖管理等问题。然而，至今为止，还没有形成新的规范，并不能得到众多浏览器的支持。目前，要想使用Harmony语法的最佳选择是通过transpiler，如谷歌的Traceur或Esprima。在新规范发布之前，我们还是选择AMD和CommonJS较为稳妥。

写在最后

本文论述了几种模块化编程的方式，它们各有优劣，各有适用场景。希望在以后的编程实践中，选择合适的模式，不断提高代码的可读性、可维护性和可扩展性。