JavaScript 模块系统：ESM、CommonJS 和 AMD 的演进

JavaScript 的发展与其模块系统密不可分。随着 JavaScript 项目变得越来越复杂，一种结构化的代码组织和共享方式变得至关重要。这催生了各种模块系统的发展，每种系统都有其自身的优缺点。对于任何旨在构建可扩展和可维护应用程序的 JavaScript 开发者来说，理解这些系统是至关重要的。

为什么模块系统如此重要

在模块系统出现之前，JavaScript 代码通常以一系列全局变量的形式编写，这导致了：

• 命名冲突： 不同的脚本可能会意外使用相同的变量名，从而导致意外行为。
• 代码组织： 很难将代码组织成逻辑单元，使其难以理解和维护。
• 依赖管理： 跟踪和管理代码不同部分之间的依赖关系是一个手动且容易出错的过程。
• 安全问题： 全局作用域很容易被访问和修改，带来了风险。

模块系统通过提供一种将代码封装到可重用单元中、明确声明依赖关系以及管理这些单元的加载和执行的方式来解决这些问题。

三大主角：CommonJS、AMD 和 ESM

三个主要的模块系统塑造了 JavaScript 的生态格局：CommonJS、AMD 和 ESM (ECMAScript 模块)。让我们深入了解它们中的每一个。

CommonJS

起源： 服务器端 JavaScript (Node.js)

主要用例： 服务器端开发，尽管打包工具允许其在浏览器中使用。

主要特点：

• 同步加载： 模块是同步加载和执行的。
• require() 和 module.exports： 这是导入和导出模块的核心机制。

示例：

// math.js const add = (a, b) => a + b; const subtract = (a, b) => a - b; module.exports = { add, subtract, };

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

优点：

• 语法简单： 易于理解和使用，特别是对于来自其他语言的开发者。
• 在 Node.js 中广泛采用： 多年来一直是服务器端 JavaScript 开发的事实标准。

缺点：

• 同步加载： 不适用于浏览器环境，因为网络延迟会严重影响性能。同步加载会阻塞主线程，导致用户体验不佳。
• 浏览器不原生支持： 需要打包工具（如 Webpack、Browserify）才能在浏览器中使用。

AMD (异步模块定义)

起源： 浏览器端 JavaScript

主要用例： 浏览器端开发，尤其是大型应用程序。

主要特点：

• 异步加载： 模块是异步加载和执行的，防止阻塞主线程。
• define() 和 require()： 用于定义模块及其依赖项。
• 依赖数组： 模块以数组形式明确声明其依赖项。

示例 (使用 RequireJS)：

// math.js define([], function() { const add = (a, b) => a + b; const subtract = (a, b) => a - b; return { add, subtract, }; });

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

优点：

• 异步加载： 通过防止阻塞来提高浏览器性能。
• 良好处理依赖关系： 明确的依赖声明确保模块按正确顺序加载。

缺点：

• 语法更冗长： 与 CommonJS 相比，编写和阅读可能更复杂。
• 如今不太流行： 已在很大程度上被 ESM 和模块打包工具取代，尽管在一些旧项目中仍在使用。

ESM (ECMAScript 模块)

起源： 标准 JavaScript (ECMAScript 规范)

主要用例： 浏览器和服务器端开发 (Node.js 支持)

主要特点：

• 标准化语法： JavaScript 官方语言规范的一部分。
• import 和 export： 用于导入和导出模块。
• 静态分析： 工具可以对模块进行静态分析，以提高性能并及早发现错误。
• 异步加载 (在浏览器中)： 现代浏览器异步加载 ESM。
• 原生支持： 在浏览器和 Node.js 中得到越来越广泛的原生支持。

示例：

// math.js export const add = (a, b) => a + b; export const subtract = (a, b) => a - b;

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

优点：

• 标准化： 作为 JavaScript 语言的一部分，确保了长期的兼容性和支持。
• 静态分析： 支持高级优化和错误检测。
• 原生支持： 在浏览器和 Node.js 中得到越来越广泛的原生支持，减少了对转译的需求。
• Tree shaking： 打包工具可以移除未使用的代码（死代码消除），从而减小打包体积。
• 语法更清晰： 与 AMD 相比，语法更简洁易读。

缺点：

• 浏览器兼容性： 旧版浏览器可能需要转译（使用 Babel 等工具）。
• Node.js 支持： 虽然 Node.js 现在支持 ESM，但在许多现有的 Node.js 项目中，CommonJS 仍然是主导的模块系统。

演进与采用

JavaScript 模块系统的演进反映了 Web 开发领域不断变化的需求：

• 早期： 没有模块系统，只有全局变量。这对于小型项目来说尚可管理，但随着代码库的增长，问题很快就显现出来。
• CommonJS： 为满足 Node.js 服务器端 JavaScript 开发的需求而出现。
• AMD： 为解决浏览器中异步模块加载的挑战而开发。
• UMD (通用模块定义)： 旨在创建与 CommonJS 和 AMD 环境都兼容的模块，在两者之间架起一座桥梁。现在随着 ESM 的广泛支持，UMD 的重要性已降低。
• ESM： 标准化的模块系统，现在是浏览器和服务器端开发的首选。

如今，在标准化、性能优势和日益增长的原生支持的推动下，ESM 正在迅速普及。然而，CommonJS 在现有的 Node.js 项目中仍然普遍存在，而 AMD 可能仍能在旧的浏览器应用程序中找到。

模块打包工具：弥合差距

像 Webpack、Rollup 和 Parcel 这样的模块打包工具在现代 JavaScript 开发中扮演着至关重要的角色。它们：

• 合并模块： 将多个 JavaScript 文件（以及其他资产）打包成一个或几个优化过的文件进行部署。
• 转译代码： 将现代 JavaScript（包括 ESM）转换为可以在旧版浏览器中运行的代码。
• 优化代码： 执行代码压缩、tree shaking 和代码分割等优化来提高性能。
• 管理依赖： 自动化解析和包含依赖项的过程。

即使浏览器和 Node.js 原生支持 ESM，模块打包工具对于优化和管理复杂的 JavaScript 应用程序仍然是宝贵的工具。

选择正确的模块系统

“最佳”模块系统取决于项目的具体背景和需求：

• 新项目： 由于其标准化、性能优势和日益增长的原生支持，ESM 通常是新项目的推荐选择。
• Node.js 项目： CommonJS 在现有的 Node.js 项目中仍被广泛使用，但越来越推荐迁移到 ESM。Node.js 支持两种模块系统，允许您选择最适合您需求的系统，甚至可以使用动态 `import()` 将它们结合使用。
• 旧版浏览器项目： AMD 可能存在于较旧的浏览器项目中。可以考虑使用模块打包工具迁移到 ESM，以提高性能和可维护性。
• 库和包： 对于旨在同时用于浏览器和 Node.js 环境的库，可以考虑发布 CommonJS 和 ESM 两个版本以最大化兼容性。许多工具会自动为您处理这个问题。

跨国界的实际案例

以下是模块系统在全球不同情境中如何使用的示例：

• 日本的电子商务平台： 一个大型电子商务平台可能会在其前端使用 ESM 和 React，利用 tree shaking 来减小打包体积，从而为日本用户提高页面加载速度。其后端使用 Node.js 构建，可能正在从 CommonJS 逐步迁移到 ESM。
• 德国的金融应用程序： 一个具有严格安全要求的金融应用程序可能会使用 Webpack 来打包其模块，确保所有代码在部署到德国金融机构之前都经过适当审查和优化。该应用程序可能在新组件中使用 ESM，在较旧、更成熟的模块中使用 CommonJS。
• 巴西的教育平台： 一个在线学习平台可能会在旧代码库中使用 AMD (RequireJS) 来管理为巴西学生异步加载模块。该平台可能正在计划使用像 Vue.js 这样的现代框架迁移到 ESM，以提高性能和开发者体验。
• 全球使用的协作工具： 一个全球协作工具可能会结合使用 ESM 和动态 `import()` 来按需加载功能，根据用户的地理位置和语言偏好定制用户体验。其后端 API 使用 Node.js 构建，越来越多地使用 ESM 模块。

可行见解与最佳实践

以下是使用 JavaScript 模块系统的一些可行见解和最佳实践：

• 拥抱 ESM： 优先在新项目中使用 ESM，并考虑将现有项目迁移到 ESM。
• 使用模块打包工具： 即使有原生 ESM 支持，也应使用像 Webpack、Rollup 或 Parcel 这样的模块打包工具进行优化和依赖管理。
• 正确配置打包工具： 确保您的打包工具配置正确，以处理 ESM 模块并执行 tree shaking。
• 编写模块化代码： 在设计代码时要考虑模块化，将大型组件分解为更小、可重用的模块。
• 明确声明依赖： 清晰定义每个模块的依赖关系，以提高代码的清晰度和可维护性。
• 考虑使用 TypeScript： TypeScript 提供静态类型和改进的工具，可以进一步增强使用模块系统带来的好处。
• 保持更新： 关注 JavaScript 模块系统和模块打包工具的最新发展。
• 彻底测试模块： 使用单元测试来验证单个模块的行为。
• 为模块编写文档： 为每个模块提供清晰简洁的文档，以便其他开发者更容易理解和使用。
• 注意浏览器兼容性： 使用像 Babel 这样的工具来转译代码，以确保与旧版浏览器的兼容性。

结论

JavaScript 模块系统已经从全局变量时代走过了漫长的道路。CommonJS、AMD 和 ESM 在塑造现代 JavaScript 生态中都扮演了重要角色。虽然 ESM 现在是大多数新项目的首选，但了解这些系统的历史和演变对于任何 JavaScript 开发者都是必不可少的。通过拥抱模块化并使用正确的工具，您可以为全球用户构建可扩展、可维护且高性能的 JavaScript 应用程序。

延伸阅读

• ECMAScript 模块： MDN Web Docs
• Node.js 模块： Node.js 文档
• Webpack： Webpack 官网
• Rollup： Rollup 官网
• Parcel： Parcel 官网