【 js 模块加载 】【源码学习】深入学习模块化加载（node.js 模块源码）

文章提纲：

　　第一部分：介绍模块规范及之间区别

　　第二部分：以 node.js 实现模块化规范 源码，深入学习。

一、模块规范

说到模块化加载，就不得先说一说模块规范。模块规范是用来约束每个模块，让其必须按照一定的格式编写。AMD,CMD,CommonJS 是目前最常用的三种模块化书写规范。 

1、AMD（Asynchronous Module Definition）：异步模块定义，所谓异步是指模块和模块的依赖可以被异步加载，他们的加载不会影响它后面语句的运行。有效避免了采用同步加载方式中导致的页面假死现象。AMD代表：RequireJS。

 

它主要有两个接口：define 和 require。define 是模块开发者关注的方法，而 require 则是模块使用者关注的方法。 

      1.1、define() 函数：

define(id?, dependencies?, factory);
//id ：可选参数，它指的是模块的名字。
//dependencies：可选参数，定义中模块所依赖模块的数组。
//factory：模块初始化要执行的函数或对象

需要注意的是，dependencies有多少个元素，factory就有多少个传参，位置一一对应。

使用栗子：

define("alpha", ["require", "exports", "beta"], function (require, exports, beta) {  
    exports.verb = function() {            
        return beta.verb();            
        //Or:
        //return require("beta").verb();        
    }    
});

      1.2、require() 函数

require([module], callback);
//module：一个数组，里面的成员就是要加载的模块.
//callback：模块加载成功之后的回调函数。

需要注意的是 ，module 有多少个元素，callback 就有多少个传参，位置一一对应。

使用的栗子:

require(["a","b","c"],function(a,b,c){
    //code here
});

具体的使用详细,大家可以去官网学习：https://github.com/amdjs/amdjs-api/wiki/AMD-(%E4%B8%AD%E6%96%87%E7%89%88)

 

2、CMD（Common Module Definition）：通用模块定义，本质上也是异步的加载模块，采用的是懒加载方式即按需加载。CMD代表：SeaJS。

 

它主要有一个接口：define 是模块开发者关注的方法。

define(factory);
//factory：模块初始化要执行的函数或对象，为函数时，表示是模块的构造方法。
//执行该构造方法，可以得到模块向外提供的接口。
//factory 方法在执行时，默认会传入三个参数：require、exports 和 module。
//其中require用来获取其他模块提供的接口，exports用来向外提供模块接口，module是一个对象，上面存储了与当前模块相关联的一些属性和方法。

使用的栗子： 

define(function(require, exports, module) {
    var a = require('./a')
    a.doSomething()
    // 此处略去 100 行
    var b = require('./b') // 依赖可以就近书写
    b.doSomething()
    // …
    // 对外提供 doSomething 方法
    exports.doSomething = function() {};
});

而调用CMD编写的模块的方法是:

seajs.use("a")//调用a模块
//这里就设计到SeaJS的使用了：
//- 引入sea.js的库
//- 如何变成模块？
//      - define
//- 如何调用模块？
//      -sea.js.use
//- 如何依赖模块？
//      -require

具体的使用详细，建议大家可以去官网学习：https://github.com/seajs/seajs/issues/242

 

 

3、CommonJS ：采用同步加载模块的方式，也就是说只有加载完成，才能执行后面的操作。CommonJS 代表：Node 应用中的模块，通俗的说就是你用 npm 安装的模块。

它使用 require 引用和加载模块，exports 定义和导出模块，module 标识模块。使用 require 时需要去读取并执行该文件，然后返回 exports 导出的内容。

 //定义模块 math.js
 var random=Math.random()*10;
 function printRandom(){
     console.log(random)
 }

 function printIntRandom(){
     console.log(Math.floor(random))
 }
 //模块输出
 module.exports={
     printRandom:printRandom,
     printIntRandom:printIntRandom
 }
 //加载模块 math.js
 var math=require('math')
 //调用模块提供的方法
 math.printIntRandom()
 math.printRandom()

4、模块规范之间的区别

     A、首先说一下 CommonJS与其它两种的区别：CommonJS采用的就是同步加载方式，而其它两种都是异步的。

　　　举个栗子：

commonJS中：

var math = require('math');
math.add(2, 3);

第二行 math.add(2, 3)，在第一行 require('math') 之后运行，因此必须等 math.js 加载完成。也就是说，如果加载时间很长，整个应用就会停在那里等。

AMD中：

require(['math'], function (math) {
　　math.add(2, 3);
});

console.log("222");

这个是不会阻遏后面语句的执行的，等到什么时候 math 模块加载出来进行回调函数就可以了。

PS：由于 Node.js 主要用于服务器编程，模块文件一般都已经存在于本地硬盘，所以加载起来比较快，不用考虑非同步加载的方式，所以 CommonJS 规范比较适用。但是，如果是浏览器环境，要从服务器端加载模块，这时就必须采用非同步模式，因此浏览器端一般采用 AMD 规范。 

 

     B、再说一下 AMD 和 CMD 的区别：

最主要的区别就是执行模块的机制大不一样：

SeaJS(CMD) 对模块的态度是懒执行, 而 RequireJS(AMD) 对模块的态度是预执行。

SeaJS 只会在真正需要使用(依赖)模块时才执行该模块。执行模块的顺序也是严格按照模块在代码中出现(require)的顺序。

而 RequireJS 会先尽早地执行(依赖)模块, 相当于所有的 require 都被提前了, 而且模块执行的顺序也不一定100%按照顺序。 

　　

如果大家没有明白，可以参考文章：https://www.douban.com/note/283566440/  有栗子，更形象。 

 

二、深入学习模块化加载

 

下面从源码深入了解一下所谓的模块加载系统到底是如何运作的。

因为现在工作中用的大部分模块都是 node_modules 也就是 CommonJS 模块规范，所以我就以 node.js 实现模块的源码来分析：

 

前提知识：

      知识点一：主入口文件 即主模块。在 require 方法中引用的 Module._load(path,parent,isMain)，第三个参数 isMain 表示是不是主入口文件。对于 foo.js 文件，如果通过 node foo.js 运行则为 true，但如果通过 require('./foo') 运行则为 false。

     知识点二：涉及到的模块类型:

　　　　　1、核心模块：指的 lib 目录下排除 lib/internal 文件下的模块。是那些被编译进 Node 的二进制模块，它们被预置在 Node 中，提供 Node 的基本功能，如fs、http、https等。核心模块使用 C/C++ 实现，外部使用 JS 封装。要加载核心模块，直接在代码文件中使用 require() 方法即可，参数为模块名称，Node 将自动从核心模块文件夹中进行加载。注意加载核心模块只能用模块名。核心模块拥有最高的加载优先级，即使已经有了一个同名的第三方模块，核心模块也会被优先加载。

　　　　　2、内部模块：指的是 lib/internal 文件夹下的模块，这些模块仅仅供 Node.js 核心的内部使用，不能被外部使用。

 

  

通常我们在使用一个模块的时候在 js 中都是这样引用的：

var math = require('math');
math.add(2, 3);

从 require 方法本身是如何实现的入手，一步一步看：（代码全部来自 node.js [https://github.com/nodejs/node] 源码）

require 方法封装在 node 源码中的 lib 文件夹里的 module.js 中

// Loads a module at the given file path. Returns that module's
// `exports` property.
// 给定一个模块目录，返回该模块的 exports 属性
Module.prototype.require = function(path) {
  // assert() 头部引入，主要用于断言，如果表达式不符合预期，就抛出一个错误。
  // assert方法接受两个参数，当第一个参数对应的布尔值为true时，不会有任何提示，返回undefined。
  // 当第一个参数对应的布尔值为false时，会抛出一个错误，该错误的提示信息就是第二个参数设定的字符串。
  assert(path, 'missing path');  //断言是否有path
  assert(typeof path === 'string', 'path must be a string'); //断言 path是否是个字符串

  return Module._load(path, this, /* isMain */ false);  //require方法主要是为了引出_load方法。
  //_load函数三个参数： path 当前加载的模块名称,parent 父亲模块，其实是谁导入了该模块，
  // /* isMain */ false  是不是主入口文件
};

require 中调用了 Module._load()方法：

// Check the cache for the requested file.
// 1. If a module already exists in the cache: return its exports object.
// 2. If the module is native: call `NativeModule.require()` with the
//    filename and return the result.
// 3. Otherwise, create a new module for the file and save it to the cache.
//    Then have it load  the file contents before returning its exports
//    object.
// 从缓存中查找所要加载的模块
// 1. 如果一个模块已经存在于缓存中：直接返回它的exports对象
// 2. 如果模块是一个本地模块，调用'NativeModule.require()'方法，filename作为参数，并返回结果
// 3. 否则，使用这个文件创建一个新模块并把它加入缓存中。在加载它只会返回exports对象。
// _load函数三个参数： path 当前加载的模块名称,parent 父亲模块，/* isMain */ false  是不是主入口文件
Module._load = function(request, parent, isMain) { 
  if (parent) {
      //头部引入了 Module._debug = util.debuglog('module');const debug = Module._debug;
    // 这个方法用来打印出调试信息,具体可以看 https://chyingp.gitbooks.io/nodejs/%E6%A8%A1%E5%9D%97/util.html
    debug('Module._load REQUEST %s parent: %s', request, parent.id); 

  }

  // 找到当前的需要解析的文件名
  var filename = Module._resolveFilename(request, parent, isMain);

  //如果已经有的缓存，直接返回缓存的exports
  var cachedModule = Module._cache[filename];
  if (cachedModule) {
    return cachedModule.exports;
  }

  //如果模块是一个内部模块，调用内部方法'NativeModule.require()'方法，filename作为参数，并返回结果
  if (NativeModule.nonInternalExists(filename)) {
    debug('load native module %s', request);
    return NativeModule.require(filename);
  }

  //创建一个新模块
  var module = new Module(filename, parent);

  //是否为主模块，
  if (isMain) {
    //主模块的话，需要将当前的module赋值给process.mainModule
    process.mainModule = module;
    //主模块的id特殊的赋值为"."
    module.id = '.';
  }

  //并把新模块加入缓存中
  Module._cache[filename] = module;

  //尝试导入模块的操作
  tryModuleLoad(module, filename);

  // 返回新创建模块中的exports,也就是暴露在外面的方法属性等。
  return module.exports;
};

Module._load 中调用了 Module._resolveFilename() 方法

// 负责具体filename的文件查找
// 参数 request 当前加载的模块名称,parent 父亲模块，/* isMain */ false  是不是主入口文件
Module._resolveFilename = function(request, parent, isMain) { 

  //NativeModule用于管理js模块，头部引入的。
  //NativeModule.nonInternalExists()用来判断是否是原生模块且不是内部模块，
  //所谓内部模块就是指 lib/internal 文件目录下的模块，像fs等。
  //满足 是原生模块且不是内部模块,则直接返回 当前加载的模块名称request。
  if (NativeModule.nonInternalExists(request)) {
    return request;
  }

  // Module._resolveLookupPaths()函数返回一个数组[id , paths], 
  // paths是一个 可能 包含这个模块的文件夹路径(绝对路径)数组
  var paths = Module._resolveLookupPaths(request, parent, true);

  // look up the filename first, since that's the cache key.
  // 确定哪一个路径为真，并且添加到缓存中
  var filename = Module._findPath(request, paths, isMain);

  // 如果没有找到模块，报错
  if (!filename) {
    var err = new Error(`Cannot find module '${request}'`);
    err.code = 'MODULE_NOT_FOUND';
    throw err;
  }

  // 找到模块则直接返回
  return filename;
};

Module._resolveFilename 调用了 Module._resolveLookupPaths() 方法 和 Module._findPath() 方法。

这两个方法主要是对模块路径的查找，这里要说一下 node 模块路径解析，方便对下面两个函数的理解，大家可以对照着理解。

根据require函数的参数形式的不同，比如说直接引一个文件名 require("moduleA")，或者是路径require("./moduleA")等,查找方式会有一些变化：

从 Y 路径的模块 require(X) 
1. 如果 X 是一个核心模块，    
    a. 返回核心模块 //核心模块是指node.js下lib的内容    
    b. 结束 
2. 如果 X 是以 './' 或 '/' 或 '../' 开头    
    a. 加载文件(Y + X)    
    b. 加载目录(Y + X) 
3. 加载Node模块(X, dirname(Y)) // 导入一个NODE_MODULE，返回 
4. 抛出 "未找到" // 上述都没找到，直接排出没找到的异常。 

加载文件(X) 
1. 如果 X 是一个文件，加载 X 作为 JavaScript 文本。结束 
2. 如果 X.js 是一个文件，加载 X.js 作为 JavaScript 文本。结束 
3. 如果 X.json 是一个文件，解析 X.json 成一个 JavaScript 对象。结束 
4. 如果 X.node 是一个文件，加载 X.node 作为二进制插件。结束 

加载目录(X) 
1. 如果 X/package.json 是一个文件，    
    a. 解析 X/package.json，查找 "main" 字段    
    b. let M = X + (json main 字段)    
    c. 加载文件(M) 
2. 如果 X/index.js 是一个文件，加载  X/index.js 作为 JavaScript 文本。结束 
3. 如果 X/index.json 是一个文件，解析 X/index.json 成一个 JavaScript 对象。结束 
4. 如果 X/index.node 是一个文件，加载  X/index.node 作为二进制插件。结束 

加载Node模块(X, START) 
1. let DIRS=NODE_MODULES_PATHS(START) //得到 node_module 文件目录 
2. for each DIR in DIRS: // 遍历所有的路径 直到找到 x ，x 可能是 文件或者是目录    
    a. 加载文件(DIR/X)    
    b. 加载目录(DIR/X) 

NODE_MODULES_PATHS(START) //具体NODE_MODULES文件目录算法 
1. let PARTS = path split(START) 
2. let I = count of PARTS - 1 
3. let DIRS = [] 
4. while I >= 0,    
    a. if PARTS[I] = "node_modules" CONTINUE    
    b. DIR = path join(PARTS[0 .. I] + "node_modules")    
    c. DIRS = DIRS + DIR    
    d. let I = I - 1 5. return DIRS

1、Module._resolveLookupPaths() 方法

// 'index.' character codes
var indexChars = [ 105, 110, 100, 101, 120, 46 ];
var indexLen = indexChars.length;
//_resolveLookupPaths() 方法用来查找模块，返回一个数组，数组第一项为模块名称即request，数组第二项返回一个可能包含这个模块的文件夹路径数组
//
//处理了如下几种情况：
// 1、是原生模块且不是内部模块
// 2、如果路径不以"./" 或者'..'开头或者只有一个字符串，即是引用模块名的方式，即require('moduleA');
//   2.1以 '/' 为前缀的模块是文件的绝对路径。 例如，require('/home/marco/foo.js') 会加载 /home/marco/foo.js 文件。
//   2.2以 './' 为前缀的模块是相对于调用 require() 的文件的。 也就是说，circle.js 必须和 foo.js 在同一目录下以便于 require('./circle') 找到它。
//   2.3当没有以 '/'、'./' 或 '../' 开头来表示文件时，这个模块必须是一个核心模块或加载自 node_modules 目录。
Module._resolveLookupPaths = function(request, parent, newReturn) { //request 当前加载的模块名称,parent 父亲模块

  //NativeModule用于管理js模块，头部引入的。
  //NativeModule.nonInternalExists()用来判断是否是原生模块且不是内部模块，所谓内部模块就是指 lib/internal 文件目录下的模块，像fs等。
  if (NativeModule.nonInternalExists(request)) {
    debug('looking for %j in []', request);

    //满足 是原生模块且不是内部模块，也就是说是node.js下lib文件夹下的模块，
    //但不包含lib/internal 文件目录下的模块，并且newReturn 为true，则返回null ，
    //如果newReturn 为false 则返回［request, []］。
    return (newReturn ? null : [request, []]);
  }

  // Check for relative path
  // 检查相关路径
  // 如果路径不以"./"或者'..'开头或者只有一个字符串，即是引用模块名的方式，即require('moduleA');
  if (request.length < 2 ||
      request.charCodeAt(0) !== 46/*.*/ ||
      (request.charCodeAt(1) !== 46/*.*/ &&
       request.charCodeAt(1) !== 47/*/*/)) {
      //全局变量,在Module._initPaths 函数中赋值的变量,modulePaths记录了全局加载依赖的根目录
    var paths = modulePaths; 

    // 设置一下父亲的路径，其实就是谁导入了当前模块
    if (parent) {
      if (!parent.paths)
        paths = parent.paths = [];
      else
        paths = parent.paths.concat(paths);
    }

    // Maintain backwards compat with certain broken uses of require('.')
    // by putting the module's directory in front of the lookup paths.
    // 如果只有一个字符串，且是 .
    if (request === '.') {
      if (parent && parent.filename) {
        paths.unshift(path.dirname(parent.filename));
      } else {
        paths.unshift(path.resolve(request));
      }
    }

    debug('looking for %j in %j', request, paths);

    //直接返回
    return (newReturn ? (paths.length > 0 ? paths : null) : [request, paths]);
  }

  // with --eval, parent.id is not set and parent.filename is null
  // 处理父亲模块为空的情况
  if (!parent || !parent.id || !parent.filename) {
    // make require('./path/to/foo') work - normally the path is taken
    // from realpath(__filename) but with eval there is no filename
    // 生成新的目录， 在系统目录 modulePaths，当前目录 和 "node_modules" 作为候选的路径
    var mainPaths = ['.'].concat(Module._nodeModulePaths('.'), modulePaths);

    debug('looking for %j in %j', request, mainPaths);
    //直接返回
    return (newReturn ? mainPaths : [request, mainPaths]);
  }

  // Is the parent an index module?
  // We can assume the parent has a valid extension,
  // as it already has been accepted as a module.
  // 处理父亲模块是否为index模块，即 path/index.js 或者 X/index.json等 带有index字样的module
  const base = path.basename(parent.filename); // path.basename()返回路径中的最后一部分
  var parentIdPath;
  if (base.length > indexLen) {
    var i = 0;

    //检查 引入的模块名中是否有 "index." 字段，如果有, i === indexLen。
    for (; i < indexLen; ++i) {
      if (indexChars[i] !== base.charCodeAt(i))
        break;
    }

    // 匹配 "index." 成功，查看是否有多余字段以及剩余部分的匹配情况
    if (i === indexLen) {
      // We matched 'index.', let's validate the rest
      for (; i < base.length; ++i) {
        const code = base.charCodeAt(i);

        // 如果模块名中有  除了 _, 0-9,A-Z,a-z 的字符 则跳出，继续下一次循环
        if (code !== 95/*_*/ &&
            (code < 48/*0*/ || code > 57/*9*/) &&
            (code < 65/*A*/ || code > 90/*Z*/) &&
            (code < 97/*a*/ || code > 122/*z*/))
          break;
      }


      if (i === base.length) {
        // Is an index module
        parentIdPath = parent.id;
      } else {
        // Not an index module
        parentIdPath = path.dirname(parent.id); //path.dirname() 返回路径中代表文件夹的部分
      }
    } else {
      // Not an index module
      parentIdPath = path.dirname(parent.id);
    }
  } else {
    // Not an index module
    parentIdPath = path.dirname(parent.id);
  }

  //拼出绝对路径
  //path.resolve([from ...], to) 将 to 参数解析为绝对路径。
  //eg:path.resolve('/foo/bar', './baz') 输出'/foo/bar/baz'
  var id = path.resolve(parentIdPath, request);  

  // make sure require('./path') and require('path') get distinct ids, even
  // when called from the toplevel js file
  // 确保require('./path')和require('path')两种形式的，获得不同的 ids
  if (parentIdPath === '.' && id.indexOf('/') === -1) {
    id = './' + id;
  }

  debug('RELATIVE: requested: %s set ID to: %s from %s', request, id,
        parent.id);
  //path.dirname() 返回路径中代表文件夹的部分
  var parentDir = [path.dirname(parent.filename)]; 

  debug('looking for %j in %j', id, parentDir);

  // 当我们以"./" 等方式require时，都是以当前引用他的模块，也就是父亲模块为对象路径的
  return (newReturn ? parentDir : [id, parentDir]);
};

2、Module._findPath() 方法

var warned = false;
//_findPath用于从可能的路径中确定哪一个路径为真，并且添加到缓存中
//参数request 当前加载的模块名称,
//paths ，Module._resolveLookupPaths()函数返回一个数组[id , paths],即模块可能在的所有路径，
// /* isMain */ false  是不是主入口文件
Module._findPath = function(request, paths, isMain) {

  //path.isAbsolute()判断参数 path 是否是绝对路径。
  if (path.isAbsolute(request)) {  
    paths = [''];
  } else if (!paths || paths.length === 0) {
    return false;
  }


  var cacheKey = request + '\x00' +
                (paths.length === 1 ? paths[0] : paths.join('\x00'));
  var entry = Module._pathCache[cacheKey];

  //判断是否在缓存中，如果有则直接返回
  if (entry)
    return entry;

  //如果不在缓存中，则开始查找
  var exts;
  // 当前加载的模块名称大于0位并且最后一位是 ／ ，即是否有后缀的目录斜杠
  var trailingSlash = request.length > 0 &&
                      request.charCodeAt(request.length - 1) === 47/*/*/;

  // For each path
  // 循环每一个可能的路径paths
  for (var i = 0; i < paths.length; i++) {

    // Don't search further if path doesn't exist
    // 如果路径存在就继续执行，不存在就继续检验下一个路径 stat 获取路径状态
    const curPath = paths[i];
    if (curPath && stat(curPath) < 1) continue;
    var basePath = path.resolve(curPath, request); //生成绝对路径
    var filename;

    //stat 头部定义的函数，用来获取路径状态，判断路径类型，是文件还是文件夹
    var rc = stat(basePath);
    //如果没有后缀的目录斜杠，那么就有可能是文件或者是文件夹名
    if (!trailingSlash) {
      // 若是文件
      if (rc === 0) {  // File.

        // 如果是使用模块的符号路径而不是真实路径，并且不是主入口文件
        if (preserveSymlinks && !isMain) {  
          filename = path.resolve(basePath);
        } else {
          filename = toRealPath(basePath); //获取当前执行文件的真实路径
        }

      // 若是目录
      } else if (rc === 1) {  // Directory.
        if (exts === undefined)
          //目录中是否存在 package.json
          //通过package.json文件,返回相应路径
          exts = Object.keys(Module._extensions);
        filename = tryPackage(basePath, exts, isMain);
      }

      // 如果尝试了上面都没有得到filename 匹配所有扩展名进行尝试，是否存在
      if (!filename) {
        // try it with each of the extensions
        if (exts === undefined)
          exts = Object.keys(Module._extensions);
        // 该模块文件加上后缀名js .json .node进行尝试，是否存在
        filename = tryExtensions(basePath, exts, isMain);
      }
    }

    // 如果仍然没有得到filename，并且路径类型是文件夹
    if (!filename && rc === 1) {  // Directory.
      if (exts === undefined)
        // 目录中是否存在 package.json
        // 通过package.json文件,返回相应路径
        exts = Object.keys(Module._extensions);
      filename = tryPackage(basePath, exts, isMain);
    }

    // 如果仍然没有得到filename，并且路径类型是文件夹
    if (!filename && rc === 1) {  // Directory.
      // try it with each of the extensions at "index"
      // 是否存在目录名 + index + 后缀名
      // 尝试 index.js index.json index.node
      if (exts === undefined)
        exts = Object.keys(Module._extensions);

      //tryExtensions()头部定义方法，用来检查文件加上js node json后缀是否存在
      filename = tryExtensions(path.resolve(basePath, 'index'), exts, isMain);
    }


    if (filename) {
      // Warn once if '.' resolved outside the module dir
      if (request === '.' && i > 0) {
        if (!warned) {
          warned = true;
          process.emitWarning(
            'warning: require(\'.\') resolved outside the package ' +
            'directory. This functionality is deprecated and will be removed ' +
            'soon.',
            'DeprecationWarning', 'DEP0019');
        }
      }

      // 将找到的文件路径存入返回缓存，然后返回
      Module._pathCache[cacheKey] = filename;
      return filename;
    }
  }

  // 所以从这里可以看出，对于具体的文件的优先级：
  // 1. 具体文件。
  // 2. 加上后缀。
  // 3. package.json
  // 4  index加上后缀
  // 可能的路径以当前文件夹，nodejs系统文件夹和node_module中的文件夹为候选，以上述顺序找到任意一个，
  // 就直接返回

  // 没有找到文件，返回false
  return false;
};

Module._load 中还调用了 tryModuleLoad() 方法

function tryModuleLoad(module, filename) {
  var threw = true;

  //try catch一下，如果装载失败，就会从cache中将这个模块删除。
  try {

    //做真正的导入模块的操作
    module.load(filename);
    threw = false;
  } finally {
    if (threw) {
      delete Module._cache[filename];
    }
  }
}

tryModuleLoad() 中调用了 Module.prototype.load() 方法

// Given a file name, pass it to the proper extension handler.
// 指定一个文件名，导入模块，调用适当扩展处理函数，当前主要是js，json，和node
Module.prototype.load = function(filename) {
  debug('load %j for module %j', filename, this.id);

  assert(!this.loaded); //断言 确保当前模块没有被载入
  this.filename = filename; // 赋值当前模块的文件名

  // Module._nodeModulePaths主要决定paths参数的值的方法。获取node_modules文件夹所在路径。
  // path.dirname() 方法返回一个 path 的目录名 path.dirname('/foo/bar/baz/asdf/quux')
  // 返回: '/foo/bar/baz/asdf'
  this.paths = Module._nodeModulePaths(path.dirname(filename));

  //当前文件的后缀
  var extension = path.extname(filename) || '.js';

  //如果没有后缀，默认为 .js
  if (!Module._extensions[extension]) extension = '.js';

  //根据不同的后缀，执行不同的函数
  Module._extensions[extension](this, filename);
  this.loaded = true;
};

Module.prototype.load() 中调用了 Module._nodeModulePaths() 和 Module._extensions 方法

1、Module._nodeModulePaths() 根据操作系统的不同，返回不同的函数

//path 模块的默认操作会根据 Node.js 应用程序运行的操作系统的不同而变化。 
//比如，当运行在 Windows 操作系统上时，path 模块会认为使用的是 Windows 风格的路径。
//例如，对 Windows 文件路径 C:\temp\myfile.html 使用 path.basename() 函数，
//运行在 POSIX 上与运行在 Windows 上会产生不同的结果：
//在 POSIX 上:
//path.basename('C:\\temp\\myfile.html');
// 返回: 'C:\\temp\\myfile.html'
//
// 在 Windows 上:
//path.basename('C:\\temp\\myfile.html');
// 返回: 'myfile.html'
//
// 以下就是根据不同的操作系统返回不同的路径格式 ，具体可以了解http://nodejs.cn/api/path.html
//
//
// Module._nodeModulePaths主要决定paths参数的值的方法。获取node_modules文件夹所在路径。
// 'node_modules' character codes reversed
var nmChars = [ 115, 101, 108, 117, 100, 111, 109, 95, 101, 100, 111, 110 ];
var nmLen = nmChars.length;
if (process.platform === 'win32') {
  // 'from' is the __dirname of the module.
  Module._nodeModulePaths = function(from) {
    // guarantee that 'from' is absolute.
    from = path.resolve(from);

    // note: this approach *only* works when the path is guaranteed
    // to be absolute.  Doing a fully-edge-case-correct path.split
    // that works on both Windows and Posix is non-trivial.

    // return root node_modules when path is 'D:\\'.
    // path.resolve will make sure from.length >=3 in Windows.
    if (from.charCodeAt(from.length - 1) === 92/*\*/ &&
        from.charCodeAt(from.length - 2) === 58/*:*/)
      return [from + 'node_modules'];

    const paths = [];
    var p = 0;
    var last = from.length;
    for (var i = from.length - 1; i >= 0; --i) {
      const code = from.charCodeAt(i);
      // The path segment separator check ('\' and '/') was used to get
      // node_modules path for every path segment.
      // Use colon as an extra condition since we can get node_modules
      // path for dirver root like 'C:\node_modules' and don't need to
      // parse driver name.
      if (code === 92/*\*/ || code === 47/*/*/ || code === 58/*:*/) {
        if (p !== nmLen)
          paths.push(from.slice(0, last) + '\\node_modules');
        last = i;
        p = 0;
      } else if (p !== -1) {
        if (nmChars[p] === code) {
          ++p;
        } else {
          p = -1;
        }
      }
    }

    return paths;
  };
} else { // posix
  // 'from' is the __dirname of the module.
  Module._nodeModulePaths = function(from) {
    // guarantee that 'from' is absolute.
    from = path.resolve(from);
    // Return early not only to avoid unnecessary work, but to *avoid* returning
    // an array of two items for a root: [ '//node_modules', '/node_modules' ]
    if (from === '/')
      return ['/node_modules'];

    // note: this approach *only* works when the path is guaranteed
    // to be absolute.  Doing a fully-edge-case-correct path.split
    // that works on both Windows and Posix is non-trivial.
    const paths = [];
    var p = 0;
    var last = from.length;
    for (var i = from.length - 1; i >= 0; --i) {
      const code = from.charCodeAt(i);
      if (code === 47/*/*/) {
        if (p !== nmLen)
          paths.push(from.slice(0, last) + '/node_modules');
        last = i;
        p = 0;
      } else if (p !== -1) {
        if (nmChars[p] === code) {
          ++p;
        } else {
          p = -1;
        }
      }
    }

    // Append /node_modules to handle root paths.
    paths.push('/node_modules');

    return paths;
  };
}

2、Module._extensions 方法

// 根据不同的文件类型，三种后缀，Node.js会进行不同的处理和执行
// 对于.js的文件会，先同步读取文件，然后通过module._compile解释执行。
// 对于.json文件的处理，先同步的读入文件的内容，无异常的话直接将模块的exports赋值为json文件的内容
// 对于.node文件的打开处理，通常为C/C++文件。
// Native extension for .js
Module._extensions['.js'] = function(module, filename) {
  // 同步读取文件
  var content = fs.readFileSync(filename, 'utf8');

  // internalModule.stripBOM（）剥离 utf8 编码特有的BOM文件头，
  // 然后通过module._compile解释执行
  module._compile(internalModule.stripBOM(content), filename);
};


// Native extension for .json
Module._extensions['.json'] = function(module, filename) {
  // 同步的读入文件的内容
  var content = fs.readFileSync(filename, 'utf8');
  try {
    // internalModule.stripBOM（）剥离 utf8 编码特有的BOM文件头，
    // 然后将模块的exports赋值为json文件的内容
    module.exports = JSON.parse(internalModule.stripBOM(content));
  } catch (err) {
    // 异常处理
    err.message = filename + ': ' + err.message;
    throw err;
  }
};


//Native extension for .node
Module._extensions['.node'] = function(module, filename) {
  // 对于.node文件的打开处理，通常为C/C++文件。
  return process.dlopen(module, path._makeLong(filename));
};

针对 .js 后缀的，在 Module._extensions 还调用了 module._compile() 方法

// Resolved path to process.argv[1] will be lazily placed here
// (needed for setting breakpoint when called with --debug-brk)
var resolvedArgv;
// Run the file contents in the correct scope or sandbox. Expose
// the correct helper variables (require, module, exports) to
// the file.
// Returns exception, if any.
// 此方法用于模块的编译。
// 参数content 主要是模块js文件的主要内容,filename 是js文件的文件名
Module.prototype._compile = function(content, filename) {
  // Remove shebang
  // Shebang（也称为 Hashbang ）是一个由井号和叹号构成的字符序列 #!
  var contLen = content.length;
  if (contLen >= 2) {
    // 如果content 开头有Shebang
    if (content.charCodeAt(0) === 35/*#*/ &&
        content.charCodeAt(1) === 33/*!*/) {
      if (contLen === 2) {
        // Exact match
        content = '';
      } else {
        // Find end of shebang line and slice it off
        // 找到以shebang开头的句子的结尾，并将其分开,留下剩余部分 赋值给content
        var i = 2;
        for (; i < contLen; ++i) {
          var code = content.charCodeAt(i);
          if (code === 10/*\n*/ || code === 13/*\r*/)
            break;
        }
        if (i === contLen)
          content = '';
        else {
          // Note that this actually includes the newline character(s) in the
          // new output. This duplicates the behavior of the regular expression
          // that was previously used to replace the shebang line
          content = content.slice(i);
        }
      }
    }
  }

  // create wrapper function
  // Module.wrap头部引入，主要用来给content内容包装头尾，类似于
//   (function (exports, require, module, __filename, __dirname) {
//         －－－－－模块源码 content－－－－－
//    });
  var wrapper = Module.wrap(content);

// 包装好的文本就可以送到vm中执行了，这部分就应该是v8引擎的事情,
// runInThisContext将被包装后的源字符串转成可执行函数,runInThisContext的作用，类似eval
  var compiledWrapper = vm.runInThisContext(wrapper, {
    filename: filename,
    lineOffset: 0,
    displayErrors: true
  });

  var inspectorWrapper = null;
  // 处理debug模式，
  if (process._debugWaitConnect && process._eval == null) {
    if (!resolvedArgv) {
      // we enter the repl if we're not given a filename argument.
      if (process.argv[1]) {
        resolvedArgv = Module._resolveFilename(process.argv[1], null, false);
      } else {
        resolvedArgv = 'repl';
      }
    }

    // Set breakpoint on module start
    if (filename === resolvedArgv) {
      delete process._debugWaitConnect;
      inspectorWrapper = getInspectorCallWrapper();
      if (!inspectorWrapper) {
        const Debug = vm.runInDebugContext('Debug');
        Debug.setBreakPoint(compiledWrapper, 0, 0);
      }
    }
  }

  // 获取当前的文件的路径
  var dirname = path.dirname(filename);

  //生成require方法
  var require = internalModule.makeRequireFunction(this);

  //依赖模块
  var depth = internalModule.requireDepth;
  if (depth === 0) stat.cache = new Map();
  var result;

  //直接调用content经过包装后的wrapper函数，将module模块中的exports，生成的require，
  //this也就是新创建的module，filename, dirname作为参数传递给模块
  //类似于
  //(function (exports, require, module, __filename, __dirname) {
//       －－－－－模块源码 content－－－－－
//  })( this.exports, require, this, filename, dirname);
  // 这就是为什么我们可以直接在module文件中，直接访问exports, module, require函数的原因
  if (inspectorWrapper) {
    result = inspectorWrapper(compiledWrapper, this.exports, this.exports,
                              require, this, filename, dirname);
  } else {
    result = compiledWrapper.call(this.exports, this.exports, require, this,
                                  filename, dirname);
  }
  if (depth === 0) stat.cache = null;
  return result;
};

Module.prototype._compile 中调用了 Module.wrap 这个方法就是用了给 content 包装的主要函数， 它来自头部的引用:

//Module.wrapper和Module.wrap的方法写在下面，
//给传入进去的script也就是咱们的content --js文件内容套了一个壳，使其最后变成类似于如下的样子：
//
//(function (exports, require, module, __filename, __dirname) {
//         －－－－－模块源码－－－－－
// });
//
// NativeModule.wrap = function(script) {
//     return NativeModule.wrapper[0] + script + NativeModule.wrapper[1];
// };

// NativeModule.wrapper = [
//     '(function (exports, require, module, __filename, __dirname) { ',
//     '\n});'
// ];
Module.wrapper = NativeModule.wrapper;
Module.wrap = NativeModule.wrap;

module.js 中还定义了一些其它的方法，在这里没有写出来，像 stat、readPackage、tryPackage、头部引入的一些方法等，大家可以 从我的github（https://github.com/JiayiLi/node.js-module）上 clone 下来，放到 IDE 里跟着调用顺序一步一步的看，都有详细的注释。

 

根据函数调用顺序，总体梳理一下

 

                                                                       （图一） 

现在咱们再看这个图，梳理一下刚才的代码，就清晰多了。 

 

                                                    （图二）

最后，还有个问题 lib 目录下的模块文件，像 module.js 也没有定义 require ，module，exports 这些变量，他们是如何使用的呢？

这是因为在引入核心模块的时候也进行了头尾包装的过程。这里就要提到 lib/internal 文件夹下的 bootstrap_node.js，属于 node 启动文件。

在 bootstrap_node.js 中定义了一个 NativeModule 对象，用于加载核心模块，如 module.js、http.js 等即 lib 文件夹下的 排除 lib/internal 目录下的 js 模块。

在这个 NativeModule 对象中也定义了 require 方法，compile 方法、wrap 方法(用于包装头尾)等 都和上面的 module.js 中的相应的方法意思是一样的，可以下载源码了解一下。

结论就是，node.js 通过 NativeModule 来对 module.js 、fs.js 等核心模块进行包装加载，所以它们里面也可以使用 require。 

 

最后还是建议从我的 github（https://github.com/JiayiLi/node.js-module）上 clone 下来 ，放到 ide 里，按照函数的调用一个一个看，看的过程中也对照着图一、图二理清思路。 

 

 

 

－－－－－－－－－－－－－ 学会的知识也要时常review －－－－－－－－－－－－

 

 

 

Node.js 中文文档

http://nodejs.cn/api/

 

学习并感谢

https://www.douban.com/note/283566440/

http://blog.csdn.net/leoleocs/article/details/50245677

http://www.ruanyifeng.com/blog/2012/10/asynchronous_module_definition.html