对任何程序，都存在一个规模的问题，起初我们使用函数来组织不同的模块，但是随着应用规模的不断变大，简单的重构函数并不能顺利的解决问题。尤其对JavaScript程序而言，模块化有助于解决我们在前端开发中面临的越来越复杂的需求。
为什么需要模块化
对开发者而言，有很多理由去将程序拆分为小的代码块。这种模块拆分的过程有助于开发者更清晰的阅读和编写代码，并且能够让编程的过程更多的集中在模块的功能实现上，和算法一样，分而治之的思想有助于提高编程生产率。
在本文中，我们将集中讨论JavaScript的模块化开发，并实现一个简单的module loader。对于模块化的基础知识，可以参考阅读这篇文章。
实现模块化
使用函数作为命名空间
在JavaScript中，函数是唯一的可以用来创建新的作用域的途径。考虑到一个最简单的需求，我们通过数字来获得星期值，例如通过数字0得到星期日，通过数字1得到星期一。我们可以编写如下的程序：
var names = ["Sunday", "Monday", "Tuesday", "Wednesday", "Thursday", "Friday", "Saturday"];
function dayName(number) {
return names[number];
}
console.log(dayName(1));
上面的程序，我们创建了一个函数dayName()来获取星期值。但问题是，names变量被暴露在全局作用域中。更多的时候，我们希望能够构造私有变量，而暴露公共函数作为接口。
对JavaScript中的函数而言，我们可以通过创建立即调用的函数表达式来达到这个效果，我们可以通过如下的方式重构上面的代码，使得私有作用域成为可能：
var dayName = function() {
var names = ["Sunday", "Monday", "Tuesday", "Wednesday", "Thursday", "Friday", "Saturday"];
return {
name: function(number) {
return names[number];
},
number: function(name) {
return names.indexOf(name);
}
};
}();
console.log(dayName.name(3));
console.log(dayName.number("Sunday"));
上面的程序中，我们通过将变量包括在一个函数中，这个函数会立即执行，并返回一个包含两个属性的对象，返回的对象会被赋值给dayName变量。在后面，我们可以通过dayName变量来访问暴露的两个函数接口name和number。
对代码进一步改进，我们可以利用一个exports对象来达到暴露公共接口的目的，这种方法可以通过如下方法实现，代码如下：
var weekDay = {};
(function(exports) {
var names = ["Sunday", "Monday", "Tuesday", "Wednesday", "Thursday", "Friday", "Saturday"];
exports.name = function(number) {
return names[number];
};
exports.number = function(name) {
return names.indexOf(name);
};
})(weekDay); // outside of a function, this refers to the global scope object
console.log(weekDay.name(weekDay.number("Saturday")));
上面的这种模块构造方式在以浏览器为核心的前端编码中非常常见，通过暴露一个全局变量的方式来将代码包裹在私有的函数作用域中。但这种方法依然会存在问题，在复杂应用中，你依然无法避免同名变量。
从全局作用域中分离，实现require方法
更进一步的，为了实现模块化，我们可以通过构造一个系统，使得一个函数可以require另一个函数的方式来实现模块化编程。所以我们的目标是，实现一个require方法，通过传入模块名来取得该模块的调用。这种实现方式要比前面的方法更为优雅的体现模块化的理念。对require方法而言，我们需要完成两件事。
- 我们需要实现一个
readFile方法，它能通过给定字符串返回文件的内容。 - 我们需要能够将返回的字符串作为代码进行执行。
我们假设已经存在了readFile这个方法，我们更加关注的是如何能够将字符串作为可执行的程序代码。通常我们有好几种方法来实现这个需求，最常见的方法是eval操作符，但我们常常在刚学习JavaScript的时候被告知，使用eval是一个非常不明智的决策，因为使用它会导致潜在的安全问题，因此我们放弃这个方法。
一个更好的方法是使用Function构造器，它需要两个参数：使用逗号分隔的参数列表字符串，和函数体字符串。例如：
var plusOne = new Function("n", "return n+1");
console.log(plusOne(5)); // 6
下面我们可以来实现require方法了：
// module.js
function require(name) {
// 调用一个模块，首先检查这个模块是否已被调用
if(name in require.cache) {
return require.cache[name];
}
var code = new Function("exports, module", readFile(name));
var exports = {},
module = {exports: exports};
code(exports, module);
require.cache[name] = module.exports;
return module.exports;
}
// 缓存对象，为了应对重复调用的问题
require.cache = Object.create(null);
// todo:
function readFile(fileName) { ... }
在页面中使用require函数：
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<title>demo</title>
<script src="module.js"></script>
</head>
<body>
<script>
var weekDay = require("weekDay");
var today = require("today");
console.log(weekDay.name(today.dayNumber()));
</script>
</body>
</html>
通过这种方式实现的模块化系统通常被称为是CommonJS模块风格的，Node.js正式使用了这种风格的模块化系统。这里只是提供了一个最简单的实现方法，在真实应用中会有更加精致的实现方法。
慢载入模块和AMD
对浏览器编程而言，通常不会使用CommonJS风格的模块化系统，因为对于Web而言，加载一个资源远没有在服务端来的快，这收到网络性能的影响，尤其一个模块如果过大的话，可能会中断方法的执行。Browserify是解决这个问题的一个比较出名的模块化方案。
这个过程大概是这样的：首先检查模块中是否存在require其他模块的语句，如果有，就解析所有相关的模块，然后组装为一个大模块。网站本身为简单的加载这个组装后的大模块。
模块化的另一个解决方案是使用AMD，即异步模块定义，AMD允许通过异步的方式加载模块内容，这种就不会阻塞代码的执行。关于AMD的相关背景知识，可以参考这篇文章。
我们想要实现的功能大概是这个样子的：
// index.html 中的部分代码
define(["weekDay.js", "today.js"], function (weekDay, today) {
console.log(weekDay.name(today.dayNumber()));
document.write(weekDay.name(today.dayNumber()));
});
问题的核心是实现define方法，它的第一个参数是定义该模块说需要的依赖列表，参数而是该模块的具体工作函数。一旦所依赖的模块都被加载后，define便会执行参数2所定义的工作函数。weekDay模块的内容大概是下面的内容：
// weekDay.js
define([], function() {
var names = ["Sunday", "Monday", "Tuesday", "Wednesday", "Thursday", "Friday", "Saturday"];
return {
name: function(number) { return names[number]},
number: function(name) { return names.indexOf(name)}
}
});
下面我们来关注如何实现define()方法。为了实现这个方法，我们需要定义一个backgroundReadFile()方法来异步的获取文件内容。此外我们需要能够监视模块的加载状态，当模块加载完后能够告诉函数去执行具体的工作函数（回调）。
// 通过Ajax来异步加载模块
function backgroundReadFile(url, callback) {
var req = new XMLHttpRequest();
req.open("GET", url, true);
req.addEventListener("load", function () {
if (req.status < 400)
callback(req.responseText);
});
req.send(null);
}
通过实现一个getModule函数，通过给定的模块名进行模块的调度运行工作。同样，我们需要通过缓存的方式避免同一个模块被重复的载入。实现代码如下：
// module.js 的部分内容
var defineCache = Object.create(null);
var currentMod = null;
function getModule(name) {
if (name in defineCache) {
return defineCache[name];
}
var module = {
exports: null,
loaded: false,
onLoad: []
};
defineCache[name] = module;
backgroundReadFile(name, function(code) {
currentMod = module;
new Function("", code)();
});
return module;
}
有了getModule()了函数之后，define方法可以借助该方法来为当前模块的依赖列表获取或创建模块对象。define方法的简单实现如下：
// module.js 的部分内容
function define(depNames, moduleFunction) {
var myMod = currentMod;
var deps = depNames.map(getModule);
deps.forEach(function(mod) {
if(!mod.loaded) {
mod.onLoad.push(whenDepsLoaded);
}
});
// 用于检查是否所有的依赖模块都被成功加载了
function whenDepsLoaded() {
if(!deps.every(function(m) { return m.loaded; })) {
return;
}
var args = deps.map(function(m) { return m.exports; });
var exports = moduleFunction.apply(null, args);
if (myMod) {
myMod.exports = exports;
myMod.loaded = true;
myMod.onLoad.forEach(function(f) { f(); });
}
}
whenDepsLoaded();
}
关于AMD的更加常见的实现是RequireJS，它提供了AMD风格的更加流行的实现方式。
小结
模块通过将代码分离为不同的文件和命名空间，为大型程序提供了清晰的结构。通过构建良好的接口可以使得开发者更加建议的阅读、使用、扩展代码。尤其对JavaScript语言而言，由于天生的缺陷，使得模块化更加有助于程序的组织。在JavaScript的世界，有两种流行的模块化实现方式，一种称为CommonJS，通常是服务端的模块化实现方案，另一种称为AMD，通常针对浏览器环境。其他关于模块化的知识，你可以参考这篇文章。
References
- Eloquent JavaScript, chapter 10, Modules
- Browserify运行原理分析
- Why AMD?
- JavaScript模块化知识点小结