JavaScript-modulsystem: CommonJS kontra ES6-moduler jämförda

I det vidsträckta och ständigt utvecklande landskapet av modern JavaScript är effektiv kodhantering avgörande. Allt eftersom applikationer växer i komplexitet och skala blir behovet av robust, underhållbar och återanvändbar kod allt viktigare. Det är här modulsystem kommer in i bilden och tillhandahåller nödvändiga mekanismer för att organisera kod i diskreta, hanterbara enheter. För utvecklare som arbetar över hela världen är förståelse för dessa system inte bara en teknisk detalj; det är en grundläggande färdighet som påverkar allt från projektarkitektur till teamarbete och driftsättningseffektivitet.

Historiskt sett saknade JavaScript ett eget modulsystem, vilket ledde till olika ad hoc-mönster och förorening av det globala scopet. Med tillkomsten av Node.js och senare standardiseringsinsatserna i ECMAScript uppstod dock två dominerande modulsystem: CommonJS (CJS) och ES6-moduler (ESM). Även om båda tjänar det grundläggande syftet att modularisera kod, skiljer de sig markant i sitt angreppssätt, syntax och underliggande mekanismer. Denna omfattande guide kommer att djupdyka i båda systemen och erbjuda en detaljerad jämförelse för att hjälpa dig att navigera komplexiteten och fatta informerade beslut i dina JavaScript-projekt, oavsett om du bygger en webbapplikation för en publik i Asien, en server-sidig API för kunder i Europa eller ett plattformsoberoende verktyg som används av utvecklare över hela världen.

Modulsystemens väsentliga roll i modern JavaScript-utveckling

Innan vi dyker ner i detaljerna kring CommonJS och ES6-moduler, låt oss fastställa varför modulsystem är oumbärliga för alla moderna JavaScript-projekt:

• Inkapsling och isolering: Moduler förhindrar förorening av det globala scopet och säkerställer att variabler och funktioner som deklareras inom en modul inte oavsiktligt stör de i en annan. Denna isolering är avgörande för att undvika namnkollisioner och bibehålla kodintegritet, särskilt i stora, samarbetsprojekt.
• Återanvändbarhet: Moduler främjar skapandet av fristående, oberoende kodavsnitt som enkelt kan importeras och återanvändas i olika delar av en applikation eller till och med i helt separata projekt. Detta minskar betydligt redundant kod och påskyndar utvecklingen.
• Underhållbarhet: Genom att dela upp en applikation i mindre, fokuserade moduler kan utvecklare lättare förstå, felsöka och underhålla specifika delar av kodbasen. Ändringar i en modul är mindre sannolika att introducera oavsiktliga sidoeffekter i andra.
• Beroendehantering: Modulsystem tillhandahåller tydliga mekanismer för att deklarera och hantera beroenden mellan olika delar av din kod. Denna explicita deklaration gör det lättare att spåra dataflödet, förstå relationer och hantera komplexa projektstrukturer.
• Prestandaoptimering: Moderna modulsystem, särskilt ES6-moduler, möjliggör avancerade byggnadsoptimeringar som tree shaking, vilket hjälper till att eliminera oanvänd kod från din slutliga paketering, vilket leder till mindre filstorlekar och snabbare laddningstider.

Att förstå dessa fördelar understryker vikten av att välja och effektivt använda ett modulsystem. Nu ska vi utforska CommonJS.

Förstå CommonJS (CJS)

CommonJS är ett modulsystem som uppstod ur behovet att föra in modularitet i server-sidig JavaScript-utveckling. Det dök upp runt 2009, långt innan JavaScript hade en egen lösning för moduler, och blev de facto-standarden för Node.js. Dess designfilosofi passade den synkrona naturen hos filsystemoperationer som var vanliga i servermiljöer.

Historia och ursprung

CommonJS-projektet initierades av Kevin Dangoor 2009, ursprungligen under namnet "ServerJS". Huvudmålet var att definiera en standard för moduler, fil-I/O och andra server-sidiga funktioner som JavaScript saknade vid den tiden. Även om CommonJS i sig är en specifikation, är dess mest framträdande och framgångsrika implementering i Node.js. Node.js adopterade och populariserade CommonJS, vilket gjorde det synonymt med server-sidig JavaScript-utveckling under många år. Verktyg som npm (Node Package Manager) byggdes kring detta modulsystem och skapade ett livaktigt och expansivt ekosystem.

Synkron laddning

Ett av de mest definierande kännetecknen för CommonJS är dess synkrona laddningsmekanism. När du require() en modul, pausar Node.js exekveringen av det aktuella skriptet, laddar den nödvändiga modulen, exekverar den och returnerar sedan dess export. Först efter att den nödvändiga modulen har laddats och exekverats färdigt återupptas huvudskriptet. Detta synkrona beteende är generellt acceptabelt i servermiljöer där moduler laddas från det lokala filsystemet och nätverkslatens inte är en primär oro. Det är dock en betydande nackdel för webbläsarmiljöer, där synkron laddning skulle blockera huvudtråden och frysa användargränssnittet.

Syntax: require() och module.exports / exports

CommonJS använder specifika nyckelord för att importera och exportera moduler:

• require(module_path): Denna funktion används för att importera moduler. Den tar sökvägen till modulen som argument och returnerar modulens exports-objekt.
• module.exports: Detta objekt används för att definiera vad en modul exporterar. Vad som än tilldelas module.exports blir modulens export.
• exports: Detta är en bekvämlighetsreferens till module.exports. Du kan koppla egenskaper till exports för att exponera flera värden. Om du dock vill exportera ett enda värde (t.ex. en funktion eller en klass) måste du använda module.exports = ..., eftersom omallokering av exports i sig bryter referensen till module.exports.

Hur CommonJS fungerar

När Node.js laddar en CommonJS-modul, slår den in modulens kod i en funktion. Denna omslutningsfunktion tillhandahåller modulspecifika variabler, inklusive exports, require, module, __filename och __dirname, vilket säkerställer modulisolering. Här är en förenklad vy av omslutningen:

            (function(exports, require, module, __filename, __dirname) {
  // Din modulkod kommer här
});
            

              
                Copy
              
            
          

När require() anropas, utför Node.js följande steg:

1. Upplösning: Den löser upp modulens sökväg. Om det är en kärnmodul, en filsökväg eller ett installerat paket, hittar den rätt fil.
2. Laddning: Den läser filens innehåll.
3. Omslutning: Den slår in innehållet i funktionen som visas ovan.
4. Exekvering: Den exekverar den omslutna funktionen i ett nytt scope.
5. Cachelagring: Modulens exports-objekt cachas. Efterföljande require()-anrop för samma modul kommer att returnera den cachade versionen utan att exekvera om modulen. Detta förhindrar redundant arbete och potentiella sidoeffekter.

Praktiska CommonJS-exempel (Node.js)

Låt oss illustrera CommonJS med några kodavsnitt.

Exempel 1: Exportera en enskild funktion

mathUtils.js:

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

module.exports = add; // Exporterar 'add'-funktionen som modulens enda export
            

              
                Copy
              
            
          

app.js:

            const add = require('./mathUtils'); // Importerar 'add'-funktionen

console.log(add(5, 3)); // Utdata: 8
            

              
                Copy
              
            
          

Exempel 2: Exportera flera värden (objektegenskaper)

stringUtils.js:

            exports.capitalize = function(str) {
  if (!str) return '';
  return str.charAt(0).toUpperCase() + str.slice(1);
};

exports.reverse = function(str) {
  if (!str) return '';
  return str.split('').reverse().join('');
};

            

              
                Copy
              
            
          

app.js:

            const { capitalize, reverse } = require('./stringUtils'); // Destrukturerande import
// Alternativt: const stringUtils = require('./stringUtils');
//                 console.log(stringUtils.capitalize('hello'));

console.log(capitalize('world')); // Utdata: World
console.log(reverse('developer')); // Utdata: repoleved
            

              
                Copy
              
            
          

Fördelar med CommonJS

• Mognad och ekosystem: CommonJS har varit ryggraden i Node.js i över ett decennium. Detta innebär att en stor majoritet av npm-paket publiceras i CommonJS-format, vilket säkerställer ett rikt ekosystem och omfattande community-stöd.
• Enkelhet: API:et require() och module.exports är relativt okomplicerat och lätt att greppa för många utvecklare.
• Synkron natur för server-sidan: I servermiljöer är synkron laddning från det lokala filsystemet ofta acceptabel och förenklar vissa utvecklingsmönster.

Nackdelar med CommonJS

• Synkron laddning i webbläsare: Som nämnts, dess synkrona natur gör den olämplig för inhemska webbläsarmiljöer, där den skulle blockera huvudtråden och leda till dålig användarupplevelse. Paketeringsverktyg (som Webpack, Rollup) behövs för att få CommonJS-moduler att fungera i webbläsare.
• Utmaningar med statisk analys: Eftersom require()-anrop är dynamiska (de kan vara villkorliga eller baserade på körtidsvärden) finner statiska analysverktyg det svårt att bestämma beroenden före exekvering. Detta begränsar optimeringsmöjligheter som tree shaking.
• Värdekopiering: CommonJS-moduler exporterar kopior av värden. Om en modul exporterar en variabel och den variabeln muteras inom den exporterande modulen efter att den har importerats, kommer den importerande modulen inte att se det uppdaterade värdet.
• Stark koppling till Node.js: Även om CommonJS är en specifikation, är den praktiskt taget synonym med Node.js, vilket gör den mindre universell jämfört med en standardspecifikation på språknivå.

Utforska ES6-moduler (ESM)

ES6-moduler, även kända som ECMAScript-moduler, representerar det officiella, standardiserade modulsystemet för JavaScript. De introducerades i ECMAScript 2015 (ES6) och syftar till att tillhandahålla ett universellt modulsystem som fungerar sömlöst i både webbläsar- och servermiljöer, och erbjuder ett mer robust och framtidssäkert angreppssätt för modularitet.

Historia och ursprung

Strävan efter ett eget JavaScript-modulsystem fick betydande fart när JavaScript-applikationer blev mer komplexa och gick bortom enkla skript. Efter år av diskussioner och olika förslag formaliserades ES6-moduler som en del av ECMAScript 2015-specifikationen. Målet var att tillhandahålla en standard som kunde implementeras av JavaScript-motorer, både i webbläsare och i Node.js, vilket eliminerade behovet av paketeringsverktyg eller transpilatorer enbart för modulhantering. Inbyggt stöd i webbläsare för ES-moduler började rullas ut runt 2017-2018, och Node.js introducerade stabilt stöd med version 12.0.0 2019.

Asynkron och statisk laddning

ES6-moduler använder en asynkron och statisk laddningsmekanism. Detta innebär:

• Asynkron: Moduler laddas asynkront, vilket är särskilt viktigt för webbläsare där nätverksanrop kan ta tid. Detta icke-blockerande beteende säkerställer en smidig användarupplevelse.
• Statisk: Beroendena för en ES-modul bestäms vid parsning (eller kompileringstid), inte vid körning. import- och export-uttrycken är deklarativa, vilket innebär att de måste finnas på toppnivån i en modul och inte kan vara villkorliga. Denna statiska natur är en grundläggande fördel för verktyg och optimeringar.

Syntax: import och export

ES6-moduler använder specifika nyckelord som nu är en del av JavaScript-språket:

• export: Används för att exponera värden från en modul. Det finns flera sätt att exportera:
• Namngivna export: export const myVar = 'value';, export function myFunction() {}. En modul kan ha flera namngivna export.
• Standardexport: export default myValue;. En modul kan bara ha en standardexport. Detta används ofta för den primära enhet som en modul tillhandahåller.
• Aggregerade export (re-exporting): export { name1, name2 } from './another-module';. Detta tillåter re-export av export från andra moduler, användbart för att skapa indexfiler eller publika API:er.
• import: Används för att hämta exporterade värden till den aktuella modulen.
• Namngivna import: import { myVar, myFunction } from './myModule';. Måste använda de exakta namnen som exporterats.
• Standardimport: import MyValue from './myModule';. Det importerade namnet för en standardexport kan vara vad som helst.
• Namnutrymmesimport: import * as MyModule from './myModule';. Importerar alla namngivna export som egenskaper i ett enda objekt.
• Import för sidoeffekt: import './myModule';. Exekverar modulen men importerar inga specifika värden. Användbart för polyfills eller globala konfigurationer.
• Dynamiska import: import('./myModule').then(...). En funktionsliknande syntax som returnerar en Promise, vilket tillåter moduler att laddas villkorligt eller vid behov vid körning. Detta blandar den statiska naturen med körtidsflexibilitet.

Hur ES6-moduler fungerar

ES-moduler fungerar på en mer sofistikerad modell än CommonJS. När JavaScript-motorn stöter på en import-sats, går den igenom en flerstegsprocess:

1. Konstruktionsfas: Motorn bestämmer alla beroenden rekursivt och parsning varje modulfil för att identifiera dess import och export. Detta skapar en "modulpost" för varje modul, i princip en karta över dess export.
2. Initialiseringsfas: Motorn kopplar ihop export och import av alla moduler. Det är här levande bindningar etableras. Till skillnad från CommonJS, som exporterar kopior, skapar ES-moduler levande referenser till de faktiska variablerna i den exporterande modulen. Om värdet av en exporterad variabel ändras i källmodulen, återspeglas den ändringen omedelbart i den importerande modulen.
3. Utvärderingsfas: Koden inom varje modul exekveras i en djup-först-ordning. Beroenden exekveras före de moduler som är beroende av dem.

En viktig skillnad här är hoisting. Alla import och export hissas till toppen av modulen, vilket innebär att de löses upp innan någon kod i modulen exekveras. Det är därför import och export-uttryck måste finnas på toppnivån.

Praktiska ES6-modul-exempel (Webbläsare/Node.js)

Låt oss titta på ES-modulsyntax.

Exempel 1: Namngivna export och import

calculator.js:

            export const PI = 3.14159;

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

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

            

              
                Copy
              
            
          

app.js:

            import { PI, add } from './calculator.js'; // Notera .js-tillägget för native upplösning i webbläsare/Node.js

console.log(PI);    // Utdata: 3.14159
console.log(add(10, 5)); // Utdata: 15
            

              
                Copy
              
            
          

Exempel 2: Standardexport och import

logger.js:

            function logMessage(message) {
  console.log(`[LOG]: ${message}`);
}

export default logMessage; // Exporterar 'logMessage'-funktionen som standard
            

              
                Copy
              
            
          

app.js:

            import myLogger from './logger.js'; // 'myLogger' kan vara vilket namn som helst

myLogger('Applikationen startades framgångsrikt!'); // Utdata: [LOG]: Applikationen startades framgångsrikt!
            

              
                Copy
              
            
          

Exempel 3: Blandade export och re-export

utils/math.js:

            export const square = n => n * n;
export const cube = n => n * n * n;

            

              
                Copy
              
            
          

utils/string.js:

            export default function toUpperCase(str) {
  return str.toUpperCase();
}

            

              
                Copy
              
            
          

utils/index.js (Aggregerings-/Barrel-fil):

            export * from './math.js'; // Re-exporterar alla namngivna export från math.js
export { default as toUpper } from './string.js'; // Re-exporterar standardexporten från string.js som 'toUpper'

            

              
                Copy
              
            
          

app.js:

            import { square, cube, toUpper } from './utils/index.js';

console.log(square(4)); // Utdata: 16
console.log(cube(3));   // Utdata: 27
console.log(toUpper('hello')); // Utdata: HELLO
            

              
                Copy
              
            
          

Fördelar med ES6-moduler

• Standardiserade: ES-moduler är en standard på språknivå, vilket innebär att de är utformade för att fungera universellt i alla JavaScript-miljöer (webbläsare, Node.js, Deno, Web Workers, etc.).
• Inbyggt stöd i webbläsare: Inget behov av paketeringsverktyg bara för att köra moduler i moderna webbläsare. Du kan använda <script type="module"> direkt.
• Asynkron laddning: Perfekt för webbmiljöer, förhindrar frysning av användargränssnittet och möjliggör effektiv parallell laddning av beroenden.
• Vänliga för statisk analys: Den deklarativa import/export-syntaxen tillåter verktyg att statiskt analysera beroendegrafen. Detta är avgörande för optimeringar som tree shaking (död kodeliminering), vilket drastiskt minskar paketstorlekarna.
• Levande bindningar: Import är levande referenser till källmodulens faktiska export, vilket innebär att om ett exporterat värde ändras i källmodulen, återspeglas det importerade värdet omedelbart.
• Framtidssäkrade: Som den officiella standarden är ES-moduler framtiden för JavaScript-modularitet. Nya språkfunktioner och verktyg byggs alltmer kring ESM.

Nackdelar med ES6-moduler

• Utmaningar med interoperabilitet i Node.js: Även om Node.js nu stöder ESM, kan samexistensen med dess långvariga CommonJS-ekosystem ibland vara komplex och kräva noggrann konfiguration (t.ex. "type": "module" i package.json, filändelsen .mjs).
• Sökvägspecifikation: I webbläsare och native Node.js ESM behöver du ofta ange fullständiga filändelser (t.ex. .js, .mjs) i import sökvägar, vilket CommonJS implicit hanterar.
• Initial inlärningskurva: För utvecklare som är vana vid CommonJS kan skillnaderna mellan namngivna och standardexport, samt konceptet levande bindningar, kräva en liten anpassning.

Viktiga skillnader: CommonJS kontra ES6-moduler

För att sammanfatta, låt oss belysa de grundläggande skillnaderna mellan dessa två modulsystem:

Interoperabilitet och samexistens: Navigera i det dubbla modulandskapet

Med tanke på att CommonJS har dominerat Node.js-ekosystemet så länge, och ES-moduler är den nya standarden, stöter utvecklare ofta på scenarier där de behöver få dessa två system att fungera tillsammans. Denna samexistens är en av de mest betydande utmaningarna i modern JavaScript-utveckling, men olika strategier och verktyg har uppstått för att underlätta det.

Utmaningen med dubbla paket

Många npm-paket skrevs ursprungligen i CommonJS. Allt eftersom ekosystemet övergår till ES-moduler står biblioteksförfattare inför dilemmat att stödja båda, vilket kallas att skapa "dubbla paket". Ett paket kan behöva tillhandahålla en CommonJS-ingångspunkt för äldre Node.js-versioner eller vissa byggverktyg, och en ES-modulingångspunkt för nyare Node.js- eller webbläsarmiljöer som konsumerar native ESM. Detta innebär ofta:

• Transpilering av källkod till både CJS och ESM.
• Användning av villkorliga export i package.json (t.ex. "exports": {".": {"import": "./index.mjs", "require": "./index.cjs"}}) för att dirigera JavaScript-körningen till rätt modulformat baserat på importkontexten.
• Namngivningskonventioner (.mjs för ES-moduler, .cjs för CommonJS).

Node.js tillvägagångssätt för ESM och CJS

Node.js har implementerat ett sofistikerat tillvägagångssätt för att stödja båda modulsystemen:

• Standardmodulsystem: Som standard behandlar Node.js .js-filer som CommonJS-moduler.
• "type": "module" i package.json: Om du ställer in "type": "module" i din package.json, kommer alla .js-filer inom det paketet att behandlas som ES-moduler som standard.
• Filändelserna .mjs och .cjs: Du kan explicit ange filer som ES-moduler med filändelsen .mjs eller som CommonJS-moduler med filändelsen .cjs, oavsett "type"-fältet i package.json. Detta möjliggör paket i blandat läge.
• Interoperabilitetsregler:
  • En ES-modul kan importera en CommonJS-modul. När detta sker importeras CommonJS-modulens module.exports-objekt som standardexporten av ESM-modulen. Namngivna import stöds inte direkt från CJS.
  • En CommonJS-modul kan inte direkt require() en ES-modul. Detta är en grundläggande begränsning eftersom CommonJS är synkron, och ES-moduler är i grunden asynkrona i sin upplösning. För att överbrygga detta kan dynamisk import() användas inom en CJS-modul, men den returnerar en Promise och måste hanteras asynkront.