Фази завантаження модулів JavaScript: Розв'язання імпортів та виконання

Модулі JavaScript є фундаментальним будівельним блоком сучасної веб-розробки. Вони дозволяють розробникам організовувати код у блоки, що можна використовувати повторно, покращувати підтримку та підвищувати продуктивність застосунків. Розуміння тонкощів завантаження модулів, зокрема фаз розв'язання імпортів та виконання, є ключовим для написання надійних та ефективних застосунків на JavaScript. Цей посібник надає вичерпний огляд цих фаз, охоплюючи різні системи модулів та практичні приклади.

Вступ до модулів JavaScript

Перш ніж заглиблюватися в деталі розв'язання імпортів та виконання, важливо зрозуміти концепцію модулів JavaScript та чому вони важливі. Модулі вирішують кілька проблем, пов'язаних із традиційною розробкою на JavaScript, таких як забруднення глобального простору імен, організація коду та керування залежностями.

Переваги використання модулів

• Керування простором імен: Модулі інкапсулюють код у власному скоупі, запобігаючи конфліктам змінних і функцій з тими, що знаходяться в інших модулях або глобальному просторі імен. Це зменшує ризик конфліктів імен та покращує підтримку коду.
• Повторне використання коду: Модулі можна легко імпортувати та повторно використовувати в різних частинах застосунку або навіть у кількох проєктах. Це сприяє модульності коду та зменшує надлишковість.
• Керування залежностями: Модулі явно оголошують свої залежності від інших модулів, що полегшує розуміння зв'язків між різними частинами кодової бази. Це спрощує керування залежностями та зменшує ризик помилок, спричинених відсутніми або неправильними залежностями.
• Покращена організація: Модулі дозволяють розробникам організовувати код у логічні блоки, що полегшує його розуміння, навігацію та підтримку. Це особливо важливо для великих та складних застосунків.
• Оптимізація продуктивності: Бандлери модулів можуть аналізувати граф залежностей застосунку та оптимізувати завантаження модулів, зменшуючи кількість HTTP-запитів та покращуючи загальну продуктивність.

Системи модулів у JavaScript

Протягом років у JavaScript з'явилося кілька систем модулів, кожна зі своїм синтаксисом, можливостями та обмеженнями. Розуміння цих різних систем модулів є важливим для роботи з існуючими кодовими базами та вибору правильного підходу для нових проєктів.

CommonJS (CJS)

CommonJS — це система модулів, що переважно використовується в серверних середовищах JavaScript, таких як Node.js. Вона використовує функцію require() для імпорту модулів та об'єкт module.exports для їх експорту.

            
// math.js
function add(a, b) {
  return a + b;
}

module.exports = {
  add: add
};

// app.js
const math = require('./math');
console.log(math.add(2, 3)); // Output: 5

            

              
                Copy
              
            
          

CommonJS є синхронною системою, що означає, що модулі завантажуються та виконуються в тому порядку, в якому вони викликаються. Це добре працює в серверних середовищах, де доступ до файлової системи є швидким і надійним.

Асинхронне визначення модулів (AMD)

AMD — це система модулів, розроблена для асинхронного завантаження модулів у веб-браузерах. Вона використовує функцію define() для визначення модулів та їхніх залежностей.

            
// math.js
define(function() {
  function add(a, b) {
    return a + b;
  }

  return {
    add: add
  };
});

// app.js
require(['./math'], function(math) {
  console.log(math.add(2, 3)); // Output: 5
});

            

              
                Copy
              
            
          

AMD є асинхронною системою, що означає, що модулі можуть завантажуватися паралельно, покращуючи продуктивність у веб-браузерах, де затримка мережі може бути значним фактором.

Універсальне визначення модулів (UMD)

UMD — це патерн, який дозволяє використовувати модулі як у середовищах CommonJS, так і AMD. Зазвичай він передбачає перевірку наявності require() або define() та відповідну адаптацію визначення модуля.

            
(function (root, factory) {
  if (typeof define === 'function' && define.amd) {
    // AMD
    define([], factory);
  } else if (typeof module === 'object' && module.exports) {
    // CommonJS
    module.exports = factory();
  } else {
    // Browser global (root is window)
    root.myModule = factory();
  }
}(typeof self !== 'undefined' ? self : this, function () {

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

  return {
    add: add
  };
}));

            

              
                Copy
              
            
          

UMD надає спосіб написання модулів, які можна використовувати в різних середовищах, але це також може ускладнити визначення модуля.

Модулі ECMAScript (ESM)

ESM — це стандартна система модулів для JavaScript, представлена в ECMAScript 2015 (ES6). Вона використовує ключові слова import та export для визначення модулів та їхніх залежностей.

            
// math.js
export function add(a, b) {
  return a + b;
}

// app.js
import { add } from './math.js';
console.log(add(2, 3)); // Output: 5

            

              
                Copy
              
            
          

ESM розроблено так, щоб бути як синхронною, так і асинхронною, залежно від середовища. У веб-браузерах модулі ESM завантажуються асинхронно за замовчуванням, тоді як у Node.js їх можна завантажувати синхронно або асинхронно за допомогою прапора --experimental-modules. ESM також підтримує такі функції, як "живі" прив'язки та циклічні залежності.

Фази завантаження модулів: Розв'язання імпортів та виконання

Процес завантаження та виконання модулів JavaScript можна розділити на дві основні фази: розв'язання імпортів та виконання. Розуміння цих фаз є ключовим для розуміння того, як модулі взаємодіють між собою та як керуються залежності.

Розв'язання імпортів

Розв'язання імпортів — це процес пошуку та завантаження модулів, які імпортуються даним модулем. Це включає перетворення специфікаторів модулів (наприклад, './math.js', 'lodash') у фактичні шляхи до файлів або URL-адреси. Процес розв'язання імпортів залежить від системи модулів та середовища.

Розв'язання імпортів в ESM

В ESM процес розв'язання імпортів визначається специфікацією ECMAScript та реалізується рушіями JavaScript. Процес зазвичай включає наступні кроки:

1. Парсинг специфікатора модуля: Рушій JavaScript аналізує специфікатор модуля в інструкції import (наприклад, import { add } from './math.js';).
2. Розв'язання специфікатора модуля: Рушій перетворює специфікатор модуля у повну URL-адресу або шлях до файлу. Це може включати пошук модуля в карті модулів, пошук модуля в попередньо визначеному наборі каталогів або використання спеціального алгоритму розв'язання.
3. Отримання модуля: Рушій отримує модуль за розв'язаною URL-адресою або шляхом до файлу. Це може включати виконання HTTP-запиту, читання файлу з файлової системи або отримання модуля з кешу.
4. Парсинг коду модуля: Рушій аналізує код модуля та створює запис модуля, який містить інформацію про експорти, імпорти та контекст виконання модуля.

Конкретні деталі процесу розв'язання імпортів можуть відрізнятися залежно від середовища. Наприклад, у веб-браузерах процес розв'язання імпортів може включати використання карт імпортів (import maps) для зіставлення специфікаторів модулів з URL-адресами, тоді як у Node.js він може включати пошук модулів у каталозі node_modules.

Розв'язання імпортів в CommonJS

У CommonJS процес розв'язання імпортів простіший, ніж в ESM. Коли викликається функція require(), Node.js використовує наступні кроки для розв'язання специфікатора модуля:

1. Відносні шляхи: Якщо специфікатор модуля починається з ./ або ../, Node.js інтерпретує його як відносний шлях до каталогу поточного модуля.
2. Абсолютні шляхи: Якщо специфікатор модуля починається з /, Node.js інтерпретує його як абсолютний шлях у файловій системі.
3. Імена модулів: Якщо специфікатор модуля є простою назвою (наприклад, 'lodash'), Node.js шукає каталог з назвою node_modules у каталозі поточного модуля та його батьківських каталогах, доки не знайде відповідний модуль.

Після знаходження модуля Node.js читає його код, виконує його та повертає значення module.exports.

Бандлери модулів

Бандлери модулів, такі як Webpack, Parcel та Rollup, спрощують процес розв'язання імпортів, аналізуючи граф залежностей застосунку та об'єднуючи всі модулі в один файл або невелику кількість файлів. Це зменшує кількість HTTP-запитів та покращує загальну продуктивність.

Бандлери модулів зазвичай використовують конфігураційний файл для визначення точки входу застосунку, правил розв'язання модулів та вихідного формату. Вони також надають такі функції, як розділення коду (code splitting), струшування дерева (tree shaking) та гаряча заміна модулів (hot module replacement).

Виконання

Після того, як модулі були розв'язані та завантажені, починається фаза виконання. Це включає виконання коду в кожному модулі та встановлення зв'язків між модулями. Порядок виконання модулів визначається графом залежностей.

Виконання в ESM

В ESM порядок виконання визначається інструкціями import. Модулі виконуються в порядку обходу графа залежностей у глибину (depth-first, post-order traversal). Це означає, що залежності модуля виконуються перед самим модулем, а модулі виконуються в тому порядку, в якому вони імпортуються.

ESM також підтримує такі функції, як "живі" прив'язки, які дозволяють модулям обмінюватися змінними та функціями за посиланням. Це означає, що зміни змінної в одному модулі будуть відображені у всіх інших модулях, які її імпортують.

Виконання в CommonJS

У CommonJS модулі виконуються синхронно в тому порядку, в якому вони викликаються. Коли викликається функція require(), Node.js негайно виконує код модуля та повертає значення module.exports. Це означає, що циклічні залежності можуть спричинити проблеми, якщо їх не обробляти обережно.

Циклічні залежності

Циклічні залежності виникають, коли два або більше модулів залежать один від одного. Наприклад, модуль А може імпортувати модуль Б, а модуль Б може імпортувати модуль А. Циклічні залежності можуть спричиняти проблеми як в ESM, так і в CommonJS, але вони обробляються по-різному.

В ESM циклічні залежності підтримуються за допомогою "живих" прив'язок. Коли виявляється циклічна залежність, рушій JavaScript створює тимчасове значення для модуля, який ще не повністю ініціалізований. Це дозволяє імпортувати та виконувати модулі, не викликаючи нескінченного циклу.

У CommonJS циклічні залежності можуть спричиняти проблеми, оскільки модулі виконуються синхронно. Якщо виявлено циклічну залежність, функція require() може повернути неповне або неініціалізоване значення для модуля. Це може призвести до помилок або неочікуваної поведінки.

Щоб уникнути проблем із циклічними залежностями, найкраще провести рефакторинг коду, щоб усунути циклічну залежність, або використати техніку, таку як впровадження залежностей (dependency injection), щоб розірвати цикл.

Практичні приклади

Щоб проілюструвати обговорені вище концепції, розглянемо кілька практичних прикладів завантаження модулів у JavaScript.

Приклад 1: Використання ESM у веб-браузері

Цей приклад показує, як використовувати модулі ESM у веб-браузері.

            
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
  <title>ESM Example</title>
</head>
<body>
  <script type="module" src="./app.js"></script>
</body>
</html>

            

              
                Copy
              
            
          

            
// math.js
export function add(a, b) {
  return a + b;
}

// app.js
import { add } from './math.js';
console.log(add(2, 3)); // Output: 5

            

              
                Copy
              
            
          

У цьому прикладі тег <script type="module"> вказує браузеру завантажити файл app.js як модуль ESM. Інструкція import у файлі app.js імпортує функцію add з модуля math.js.

Приклад 2: Використання CommonJS у Node.js

Цей приклад показує, як використовувати модулі CommonJS у Node.js.

            
// math.js
function add(a, b) {
  return a + b;
}

module.exports = {
  add: add
};

// app.js
const math = require('./math');
console.log(math.add(2, 3)); // Output: 5

            

              
                Copy
              
            
          

У цьому прикладі функція require() використовується для імпорту модуля math.js, а об'єкт module.exports — для експорту функції add.

Приклад 3: Використання бандлера модулів (Webpack)

Цей приклад показує, як використовувати бандлер модулів (Webpack) для об'єднання модулів ESM для використання у веб-браузері.

            
// webpack.config.js
const path = require('path');

module.exports = {
  entry: './src/app.js',
  output: {
    path: path.resolve(__dirname, 'dist'),
    filename: 'bundle.js'
  },
  module: {
    rules: [
      {
        test: /\.js$/,
        exclude: /node_modules/,
        use: {
          loader: 'babel-loader',
          options: {
            presets: ['@babel/preset-env']
          }
        }
      }
    ]
  },
  mode: 'development'
};

            

              
                Copy
              
            
          

            
// src/math.js
export function add(a, b) {
  return a + b;
}

// src/app.js
import { add } from './math.js';
console.log(add(2, 3)); // Output: 5

            

              
                Copy
              
            
          

            
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
  <title>Webpack Example</title>
</head>
<body>
  <script src="./dist/bundle.js"></script>
</body>
</html>

            

              
                Copy
              
            
          

У цьому прикладі Webpack використовується для об'єднання модулів src/app.js та src/math.js в один файл з назвою bundle.js. Тег <script> в HTML-файлі завантажує файл bundle.js.

Практичні поради та найкращі практики

Ось кілька практичних порад та найкращих практик для роботи з модулями JavaScript:

• Використовуйте модулі ESM: ESM є стандартною системою модулів для JavaScript і пропонує кілька переваг над іншими системами. Використовуйте модулі ESM, коли це можливо.
• Використовуйте бандлер модулів: Бандлери, такі як Webpack, Parcel та Rollup, можуть спростити процес розробки та покращити продуктивність, об'єднуючи модулі в один файл або невелику кількість файлів.
• Уникайте циклічних залежностей: Циклічні залежності можуть спричиняти проблеми як в ESM, так і в CommonJS. Проведіть рефакторинг коду, щоб усунути циклічні залежності, або використайте техніку, таку як впровадження залежностей, щоб розірвати цикл.
• Використовуйте описові специфікатори модулів: Використовуйте чіткі та описові специфікатори модулів, які полегшують розуміння зв'язків між модулями.
• Зберігайте модулі невеликими та сфокусованими: Зберігайте модулі невеликими та зосередженими на одній відповідальності. Це полегшить розуміння, підтримку та повторне використання коду.
• Пишіть юніт-тести: Пишіть юніт-тести для кожного модуля, щоб переконатися, що він працює коректно. Це допоможе запобігти помилкам та покращити загальну якість коду.
• Використовуйте лінтери та форматери коду: Використовуйте лінтери та форматери коду для забезпечення узгодженого стилю кодування та запобігання поширеним помилкам.

Висновок

Розуміння фаз завантаження модулів — розв'язання імпортів та виконання — є ключовим для написання надійних та ефективних застосунків на JavaScript. Розуміючи різні системи модулів, процес розв'язання імпортів та порядок виконання, розробники можуть писати код, який легше розуміти, підтримувати та повторно використовувати. Дотримуючись найкращих практик, викладених у цьому посібнику, розробники можуть уникнути поширених пасток та покращити загальну якість свого коду.

Від керування залежностями до покращення організації коду, опанування модулів JavaScript є важливим для будь-якого сучасного веб-розробника. Скористайтеся силою модульності та підніміть свої проєкти на JavaScript на новий рівень.

Додаткові матеріали для читання

• Модулі JavaScript - MDN Web Docs
• Модулі - Документація Node.js
• Документація Webpack
• Документація Parcel
• Документація Rollup