Standardi modulov v JavaScriptu: Poglobljen pregled skladnosti in razvoja ECMAScript

V svetu sodobnega razvoja programske opreme organizacija ni le prednost, temveč nuja. Ko aplikacije postajajo vse bolj kompleksne, postane upravljanje monolitne stene kode nevzdržno. Tu nastopijo moduli – temeljni koncept, ki razvijalcem omogoča razgradnjo velikih kodnih baz na manjše, obvladljive in ponovno uporabne dele. Za JavaScript je bila pot do standardiziranega sistema modulov dolga in zanimiva, kar odraža evolucijo samega jezika iz preprostega skriptnega orodja v gonilno silo spleta in širše.

Ta celovit vodnik vas bo popeljal skozi celotno zgodovino in trenutno stanje standardov za JavaScript module. Raziskali bomo zgodnje vzorce, ki so poskušali ukrotiti kaos, standarde, ki jih je poganjala skupnost in so omogočili strežniško revolucijo, ter končno uradni standard ECMAScript Modules (ESM), ki danes poenoti ekosistem. Ne glede na to, ali ste mlajši razvijalec, ki se šele uči o import in export, ali izkušen arhitekt, ki se spopada s kompleksnostjo hibridnih kodnih baz, vam bo ta članek ponudil jasnost in poglobljen vpogled v eno najpomembnejših značilnosti JavaScripta.

Predmodularna doba: Divji zahod globalnega obsega

Preden so obstajali formalni sistemi modulov, je bil razvoj v JavaScriptu negotov podvig. Koda je bila običajno vključena v spletno stran prek več oznak <script>. Ta preprost pristop je imel ogromen, nevaren stranski učinek: onesnaženje globalnega obsega.

Vsaka spremenljivka, funkcija ali objekt, deklariran na najvišji ravni skriptne datoteke, je bil dodan globalnemu objektu (window v brskalnikih). To je ustvarilo krhko okolje, kjer so se pojavljale težave:

• Konflikti v poimenovanju: Dve različni skripti sta lahko po nesreči uporabili isto ime spremenljivke, kar je vodilo v to, da je ena prepisala drugo. Odpravljanje teh napak je bilo pogosto nočna mora.
• Implicitne odvisnosti: Vrstni red oznak <script> je bil ključen. Skripta, ki je bila odvisna od spremenljivke iz druge skripte, je morala biti naložena po svoji odvisnosti. To ročno urejanje je bilo krhko in težko za vzdrževanje.
• Pomanjkanje enkapsulacije: Ni bilo načina za ustvarjanje zasebnih spremenljivk ali funkcij. Vse je bilo izpostavljeno, kar je oteževalo gradnjo robustnih in varnih komponent.

Vzorec IIFE: Žarek upanja

Za boj proti tem težavam so pametni razvijalci zasnovali vzorce za simulacijo modularnosti. Najvidnejši med njimi je bil Takoj priklican funkcijski izraz (IIFE). IIFE je funkcija, ki je definirana in takoj izvršena.

Tukaj je klasičen primer:

            (function() {
  // All the code inside this function is in a private scope.
  var privateVariable = 'I am safe here';

  function privateFunction() {
    console.log('This function cannot be called from outside.');
  }

  // We can choose what to expose to the global scope.
  window.myModule = {
    publicMethod: function() {
      console.log('Hello from the public method!');
      privateFunction();
    }
  };
})();

// Usage:
myModule.publicMethod(); // Works
console.log(typeof privateVariable); // undefined
privateFunction(); // Throws an error
            

              
                Copy
              
            
          

Vzorec IIFE je zagotovil ključno lastnost: enkapsulacijo obsega. Z ovijanjem kode v funkcijo je ustvaril zasebni obseg, s čimer je preprečil, da bi spremenljivke uhajale v globalni imenski prostor. Razvijalci so lahko nato eksplicitno pripeli dele, ki so jih želeli izpostaviti (svoj javni API), na globalni objekt window. Čeprav je bil to ogromen napredek, je bila to še vedno ročna konvencija, ne pa pravi sistem modulov z upravljanjem odvisnosti.

Vzpon standardov skupnosti: CommonJS (CJS)

Ko se je uporabnost JavaScripta razširila izven brskalnika, zlasti s prihodom Node.js leta 2009, je postala nujna potreba po bolj robustnem, strežniškem sistemu modulov. Strežniške aplikacije so morale zanesljivo in sinhrono nalagati module iz datotečnega sistema. To je vodilo do nastanka CommonJS (CJS).

CommonJS je postal de facto standard za Node.js in ostaja temelj njegovega ekosistema. Njegova filozofija oblikovanja je preprosta, sinhrona in pragmatična.

Ključni koncepti CommonJS

• Funkcija `require`: Uporablja se za uvoz modula. Prebere datoteko modula, jo izvrši in vrne objekt `exports`. Postopek je sinhron, kar pomeni, da se izvajanje zaustavi, dokler se modul ne naloži.
• Objekt `module.exports`: Poseben objekt, ki vsebuje vse, kar modul želi javno izpostaviti. Privzeto je prazen objekt. Nanj lahko pripnete lastnosti ali ga v celoti zamenjate.
• Spremenljivka `exports`: Bližnjica, ki se sklicuje na `module.exports`. Uporabite jo lahko za dodajanje lastnosti (npr. `exports.myFunction = ...`), ne morete pa je ponovno dodeliti (npr. `exports = ...`), saj bi to prekinilo referenco na `module.exports`.
• Moduli, ki temeljijo na datotekah: V CJS je vsaka datoteka svoj modul z lastnim zasebnim obsegom.

CommonJS v praksi

Poglejmo si tipičen primer v Node.js.

`math.js` (Modul)

            // A private function, not exported
const logOperation = (op, a, b) => {
  console.log(`Performing operation: ${op} on ${a} and ${b}`);
};

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

function subtract(a, b) {
  logOperation('subtract', a, b);
  return a - b;
}

// Exporting the public functions
module.exports = {
  add: add,
  subtract: subtract
};
            

              
                Copy
              
            
          

`app.js` (Porabnik)

            // Importing the math module
const math = require('./math.js');

const sum = math.add(10, 5); // 15
const difference = math.subtract(10, 5); // 5

console.log(`The sum is ${sum}`);
console.log(`The difference is ${difference}`);
            

              
                Copy
              
            
          

Sinhrona narava funkcije `require` je bila popolna za strežnik. Ko se strežnik zažene, lahko hitro in predvidljivo naloži vse svoje odvisnosti z lokalnega diska. Vendar pa je bilo to isto sinhrono obnašanje velika težava za brskalnike, kjer bi nalaganje skripte prek počasnega omrežja lahko zamrznilo celoten uporabniški vmesnik.

Rešitev za brskalnik: Asynchronous Module Definition (AMD)

Za reševanje izzivov modulov v brskalniku se je pojavil drugačen standard: Asynchronous Module Definition (AMD). Osnovno načelo AMD je asinhrono nalaganje modulov, brez blokiranja glavne niti brskalnika.

Najbolj priljubljena implementacija AMD je bila knjižnica RequireJS. Sintaksa AMD je bolj eksplicitna glede odvisnosti in uporablja obliko z ovojno funkcijo.

Ključni koncepti AMD

• Funkcija `define`: Uporablja se za definiranje modula. Sprejme polje odvisnosti in "tovarniško" funkcijo (factory function).
• Asinhrono nalaganje: Nalagalnik modulov (kot je RequireJS) v ozadju pridobi vse navedene odvisnostne skripte.
• Tovarniška funkcija: Ko so vse odvisnosti naložene, se izvrši tovarniška funkcija, pri čemer so ji naloženi moduli posredovani kot argumenti. Vrnjena vrednost te funkcije postane izvožena vrednost modula.

AMD v praksi

Tukaj je primer, kako bi naš matematični primer izgledal z uporabo AMD in RequireJS.

`math.js` (Modul)

            define(function() {
  // This module has no dependencies

  const logOperation = (op, a, b) => {
    console.log(`Performing operation: ${op} on ${a} and ${b}`);
  };

  // Return the public API
  return {
    add: function(a, b) {
      logOperation('add', a, b);
      return a + b;
    },
    subtract: function(a, b) {
      logOperation('subtract', a, b);
      return a - b;
    }
  };
});
            

              
                Copy
              
            
          

`app.js` (Porabnik)

            define(['./math'], function(math) {
  // This code runs only after 'math.js' has been loaded

  const sum = math.add(10, 5);
  const difference = math.subtract(10, 5);

  console.log(`The sum is ${sum}`);
  console.log(`The difference is ${difference}`);

  // Typically you would use this to bootstrap your application
  document.getElementById('result').innerText = `Sum: ${sum}`;
});
            

              
                Copy
              
            
          

Čeprav je AMD rešil problem blokiranja, je bila njegova sintaksa pogosto kritizirana kot preveč zgovorna in manj intuitivna kot pri CommonJS. Potreba po polju odvisnosti in povratni funkciji je dodala odvečno kodo, ki se je mnogim razvijalcem zdela okorna.

Poenotitelj: Universal Module Definition (UMD)

Z dvema priljubljenima, a nezdružljivima sistemoma modulov (CJS za strežnik, AMD za brskalnik) se je pojavil nov problem. Kako napisati knjižnico, ki bi delovala v obeh okoljih? Odgovor je bil vzorec Universal Module Definition (UMD).

UMD ni nov sistem modulov, ampak prebrisan vzorec, ki ovije modul, da preveri prisotnost različnih nalagalnikov modulov. V bistvu pravi: "Če je prisoten nalagalnik AMD, ga uporabi. Sicer, če je prisotno okolje CommonJS, uporabi to. V skrajnem primeru pa modul preprosto dodeli globalni spremenljivki."

Ovojnica UMD je kos prednastavljene kode, ki izgleda nekako takole:

            (function (root, factory) {
    if (typeof define === 'function' && define.amd) {
        // AMD. Register as an anonymous module.
        define([], factory);
    } else if (typeof module === 'object' && module.exports) {
        // Node. CJS-like environments that support module.exports.
        module.exports = factory();
    } else {
        // Browser globals (root is window).
        root.myModuleName = factory();
    }
}(typeof self !== 'undefined' ? self : this, function () {
    // The actual module code goes here.
    const myApi = {};
    myApi.doSomething = function() { /* ... */ };
    return myApi;
}));
            

              
                Copy
              
            
          

UMD je bil praktična rešitev za svoj čas, ki je avtorjem knjižnic omogočila objavo ene same datoteke, ki je delovala povsod. Vendar pa je dodal še eno plast kompleksnosti in bil jasen znak, da skupnost JavaScripta nujno potrebuje enoten, nativen, uradni standard za module.

Uradni standard: ECMAScript Modules (ESM)

Končno je z izdajo ECMAScript 2015 (ES6) JavaScript dobil svoj lasten nativni sistem modulov. ECMAScript Modules (ESM) so bili zasnovani tako, da bi združili najboljše iz obeh svetov: čisto, deklarativno sintakso, podobno CommonJS, v kombinaciji s podporo za asinhrono nalaganje, primerno za brskalnike. Potrebno je bilo več let, da je ESM dobil polno podporo v brskalnikih in Node.js, danes pa je to uraden, standarden način pisanja modularnega JavaScripta.

Ključni koncepti ECMAScript modulov

• Ključna beseda `export`: Uporablja se za deklariranje vrednosti, funkcij ali razredov, ki naj bi bili dostopni izven modula.
• Ključna beseda `import`: Uporablja se za uvoz izvoženih članov iz drugega modula v trenutni obseg.
• Statična struktura: ESM je statično analizabilen. To pomeni, da je mogoče uvoze in izvoze določiti v času prevajanja, samo s pregledom izvorne kode, brez njenega izvajanja. To je ključna lastnost, ki omogoča zmogljiva orodja, kot je tree-shaking.
• Privzeto asinhrono: Nalaganje in izvajanje ESM upravlja JavaScript pogon in je zasnovano tako, da ne blokira izvajanja.
• Obseg modula: Tako kot pri CJS je vsaka datoteka svoj modul z zasebnim obsegom.

Sintaksa ESM: Poimenovani in privzeti izvozi

ESM ponuja dva glavna načina za izvoz iz modula: poimenovane izvoze in privzeti izvoz.

Poimenovani izvozi

Modul lahko izvozi več vrednosti po imenu. To je uporabno za knjižnice z pripomočki, ki ponujajo več različnih funkcij.

`utils.js`

            export const PI = 3.14159;

export function formatDate(date) {
  return date.toLocaleDateString('en-US');
}

export class Logger {
  constructor(name) {
    this.name = name;
  }
  log(message) {
    console.log(`[${this.name}] ${message}`);
  }
}
            

              
                Copy
              
            
          

Za uvoz teh vrednosti uporabite zavite oklepaje, da določite, katere člane želite.

`main.js`

            import { PI, formatDate, Logger } from './utils.js';
// You can also rename imports
// import { PI as piValue } from './utils.js';

console.log(PI);
const logger = new Logger('App');
logger.log(`Today is ${formatDate(new Date())}`);
            

              
                Copy
              
            
          

Privzeti izvoz

Modul ima lahko tudi enega in samo enega privzetega izvoza. To se pogosto uporablja, kadar je glavni namen modula izvoz enega samega razreda ali funkcije.

`Calculator.js`

            export default class Calculator {
  add(a, b) {
    return a + b;
  }
  subtract(a, b) {
    return a - b;
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Uvoz privzetega izvoza ne uporablja zavitih oklepajev in mu lahko med uvozom dodelite poljubno ime.

`main.js`

            import MyCalc from './Calculator.js';
// The name 'MyCalc' is arbitrary; `import Calc from ...` would also work.

const calculator = new MyCalc();
console.log(calculator.add(5, 3)); // 8
            

              
                Copy
              
            
          

Uporaba ESM v brskalnikih

Za uporabo ESM v spletnem brskalniku preprosto dodajte `type="module"` v svojo oznako `<script>`.

            <!-- index.html -->
<script type="module" src="./main.js"></script>
            

              
                Copy
              
            
          

Skripte z `type="module"` so samodejno odložene (deferred), kar pomeni, da se pridobivajo vzporedno z razčlenjevanjem HTML-ja in se izvršijo šele, ko je dokument v celoti razčlenjen. Prav tako se privzeto izvajajo v strogem načinu (strict mode).

ESM v Node.js: Nov standard

Integracija ESM v Node.js je bila velik izziv zaradi globokih korenin ekosistema v CommonJS. Danes ima Node.js robustno podporo za ESM. Da bi Node.js sporočili, naj datoteko obravnava kot ES modul, lahko storite eno od dveh stvari:

1. Poimenujte datoteko s končnico `.mjs`.
2. V datoteko `package.json` dodajte polje `"type": "module"`. To Node.js sporoči, naj vse datoteke `.js` v tem projektu obravnava kot ES module. Če to storite, lahko datoteke CommonJS obravnavate tako, da jih poimenujete s končnico `.cjs`.

Ta eksplicitna konfiguracija je potrebna, da izvajalsko okolje Node.js ve, kako interpretirati datoteko, saj se sintaksa za uvoz med obema sistemoma bistveno razlikuje.

Velika ločnica: CJS proti ESM v praksi

Čeprav je ESM prihodnost, je CommonJS še vedno globoko zakoreninjen v ekosistemu Node.js. Razvijalci bodo še leta morali razumeti oba sistema in njuno medsebojno delovanje. To se pogosto imenuje "nevarnost dvojnega paketa" (dual package hazard).

Tukaj je pregled ključnih praktičnih razlik:

Interoperabilnost: Most med svetovoma

Ali lahko uporabite CJS module v ESM datoteki ali obratno? Da, vendar z nekaj pomembnimi opozorili.

• Uvažanje CJS v ESM: CommonJS modul lahko uvozite v ES modul. Node.js bo ovil CJS modul, do njegovih izvozov pa lahko običajno dostopate prek privzetega uvoza.

            // in an ESM file (e.g., index.mjs)
import legacyLib from './legacy-lib.cjs'; // CJS file

legacyLib.doSomething();

            

              
                Copy
              
            
          

• Uporaba ESM iz CJS: To je bolj zapleteno. Ne morete uporabiti `require()` za uvoz ES modula. Sinhrona narava `require()` je temeljno nezdružljiva z asinhrono naravo ESM. Namesto tega morate uporabiti dinamično funkcijo `import()`, ki vrne Promise.

            // in a CJS file (e.g., index.js)
async function loadEsModule() {
  const esModule = await import('./my-module.mjs');
  esModule.default.doSomething();
}

loadEsModule();

            

              
                Copy
              
            
          

Prihodnost JavaScript modulov: Kaj sledi?

Standardizacija ESM je ustvarila stabilen temelj, vendar se evolucija še ni končala. Več sodobnih funkcij in predlogov oblikuje prihodnost modulov.

Dinamični `import()`

Funkcija `import()`, ki je že standardni del jezika, omogoča nalaganje modulov na zahtevo. To je izjemno močno za razdeljevanje kode (code-splitting) v spletnih aplikacijah, kjer naložite samo kodo, potrebno za določeno pot ali uporabniško dejanje, kar izboljša začetne čase nalaganja.

            const button = document.getElementById('load-chart-btn');

button.addEventListener('click', async () => {
  // Load the charting library only when the user clicks the button
  const { Chart } = await import('./charting-library.js');
  const myChart = new Chart(/* ... */);
  myChart.render();
});
            

              
                Copy
              
            
          

Top-level `await`

Nedaven in močan dodatek, top-level `await`, omogoča uporabo ključne besede `await` izven `async` funkcije, vendar samo na najvišji ravni ES modula. To je uporabno za module, ki morajo pred uporabo izvesti asinhrono operacijo (kot je pridobivanje konfiguracijskih podatkov ali inicializacija povezave z bazo podatkov).

            // config.js
const response = await fetch('https://api.example.com/config');
const configData = await response.json();

export const config = configData;

// another-module.js
import { config } from './config.js'; // This module will wait for config.js to resolve

console.log(config.apiKey);

            

              
                Copy
              
            
          

Import Maps

Import Maps so funkcija brskalnika, ki vam omogoča nadzor nad obnašanjem uvozov JavaScripta. Omogočajo vam uporabo "golih specifikatorjev" (kot je `import moment from 'moment'`) neposredno v brskalniku, brez koraka gradnje, tako da ta specifikator preslikate na določen URL.

            <!-- index.html -->
<script type="importmap">
{
  "imports": {
    "moment": "/node_modules/moment/dist/moment.js",
    "lodash": "https://unpkg.com/lodash-es@4.17.21/lodash.js"
  }
}
</script>

<script type="module">
  import moment from 'moment';
  import { debounce } from 'lodash';
  // The browser now knows where to find 'moment' and 'lodash'
</script>
            

              
                Copy
              
            
          

Praktični nasveti in najboljše prakse za globalnega razvijalca

1. Sprejmite ESM za nove projekte: Za vsak nov spletni ali Node.js projekt bi moral biti ESM vaša privzeta izbira. Je jezikovni standard, ponuja boljšo podporo orodij (zlasti za tree-shaking) in predstavlja prihodnost jezika.
2. Razumejte svoje okolje: Vedite, kateri sistem modulov podpira vaše izvajalsko okolje. Sodobni brskalniki in novejše različice Node.js imajo odlično podporo za ESM. Za starejša okolja boste potrebovali prevajalnik, kot je Babel, in povezovalnik (bundler), kot je Webpack ali Rollup.
3. Bodite pozorni na interoperabilnost: Pri delu v mešani CJS/ESM kodni bazi (pogosto med migracijami) bodite premišljeni pri obravnavanju uvozov in izvozov med obema sistemoma. Ne pozabite: CJS lahko uporablja ESM samo prek dinamičnega `import()`.
4. Izkoristite sodobna orodja: Sodobna orodja za gradnjo, kot je Vite, so zasnovana od temeljev navzgor z mislijo na ESM in ponujajo izjemno hitre razvojne strežnike in optimizirane gradnje. Abstrahirajo številne zapletenosti razreševanja modulov in povezovanja.
5. Pri objavljanju knjižnice: Razmislite, kdo bo uporabljal vaš paket. Mnoge knjižnice danes objavljajo tako ESM kot CJS različico, da podpirajo celoten ekosistem. Polje `exports` v `package.json` vam omogoča definiranje pogojnih izvozov za različna okolja.

Zaključek: Enotna prihodnost

Potovanje JavaScript modulov je zgodba o inovacijah skupnosti, pragmatičnih rešitvah in končni standardizaciji. Od zgodnjega kaosa globalnega obsega, preko strežniške strogosti CommonJS in na brskalnik osredotočene asinhronosti AMD, do poenotujoče moči ECMAScript modulov, je bila pot dolga, a vredna truda.

Danes ste kot globalni razvijalec opremljeni z močnim, nativnim in standardiziranim sistemom modulov v ESM. Omogoča ustvarjanje čistih, vzdržljivih in visoko zmogljivih aplikacij za katerokoli okolje, od najmanjše spletne strani do največjega strežniškega sistema. Z razumevanjem te evolucije ne pridobite le globljega spoštovanja do orodij, ki jih uporabljate vsak dan, ampak postanete tudi bolje pripravljeni na krmarjenje po nenehno spreminjajoči se pokrajini sodobnega razvoja programske opreme.