Node.js：模块查找，引用及缓存机制详解

1. Node.js的模块载入方式与机制

Node.js中模块可以通过文件路径或名字获取模块的引用。模块的引用会映射到一个js文件路径，除非它是一个Node内置模块。Node的内置模块公开了一些常用的API给开发者，并且它们在Node进程开始的时候就预加载了。

其它的如通过NPM安装的第三方模块（third-party modules）或本地模块（local modules），每个模块都会暴露一个公开的API。以便开发者可以导入。如

var mod = require('module_name')

此句执行后，Node内部会载入内置模块或通过NPM安装的模块。require函数会返回一个对象，该对象公开的API可能是函数，对象，或者属性如函数，数组，甚至任意类型的JS对象。

这里列下node模块的载入及缓存机制

1. 载入内置模块（A Core Module）
2. 载入文件模块（A File Module）
3. 载入文件目录模块（A Folder Module）
4. 载入node_modules里的模块
5. 自动缓存已载入模块

一、载入内置模块

Node的内置模块被编译为二进制形式，引用时直接使用名字而非文件路径。当第三方的模块和内置模块同名时，内置模块将覆盖第三方同名模块。因此命名时需要注意不要和内置模块同名。如获取一个http模块

var http = require('http')

返回的http即是实现了HTTP功能Node的内置模块。

二、载入文件模块

绝对路径的

var myMod = require('/home/base/my_mod')

或相对路径的

var myMod = require('./my_mod')

注意，这里忽略了扩展名“.js”，以下是对等的

var myMod = require('./my_mod') 
var myMod = require('./my_mod.js')

三、载入文件目录模块

可以直接require一个目录，假设有一个目录名为folder，如

var myMod = require('./folder')

此 时，Node将搜索整个folder目录，Node会假设folder为一个包并试图找到包定义文件package.json。如果folder 目录里没有包含package.json文件，Node会假设默认主文件为index.js，即会加载index.js。如果index.js也不存在， 那么加载将失败。

假如目录结构如下

package.json定义如下

{
    "name": "pack",
    "main": "modA.js"
}

此时 require('./folder') 将返回模块modA.js。如果package.json不存在，那么将返回模块index.js。如果index.js也不存在，那么将发生载入异常。

四、载入node_modules里的模块

如果模块名不是路径，也不是内置模块，Node将试图去当前目录的node_modules文件夹里搜索。如果当前目录的node_modules里没有找到，Node会从父目录的node_modules里搜索，这样递归下去直到根目录。

不必担心，npm命令可让我们很方便的去安装，卸载，更新node_modules目录。

五、自动缓存已载入模块

对于已加载的模块Node会缓存下来，而不必每次都重新搜索。下面是一个示例

modA.js

console.log('模块modA开始加载...') 
exports = function() { 
    console.log('Hi') 
} 
console.log('模块modA加载完毕')

init.js

var mod1 = require('./modA') 
var mod2 = require('./modA') 
console.log(mod1 === mod2)

命令行执行：

node init.js

输入如下

可以看到虽然require了两次，但modA.js仍然只执行了一次。mod1和mod2是相同的，即两个引用都指向了同一个模块对象。

2. nodejs 模块查找

nodejs在加载外部自定义模块时对模块有查找顺序，找到后还会进行缓存。

查找顺序：

1. 相对路径，比如提供./ 或者../这种以'./'和‘..’开始的路径，简单的，就是相对当前位置的路径。

2.绝对路径，这时候将按以下顺序查找：

在 进入路径查找之前有必要描述一下module path这个Node.js中的概念。对于每一个被加载的文件模块，创建这个模块对象的时候，这个模块便会有一个paths属性，其值根据当前文件的路径 计算得到。我们创建modulepath.js这样一个文件，其内容为：

console.log(module.paths);

我们将其放到任意一个目录中执行node modulepath.js命令，将得到以下的输出结果。

[ '/home/ikeepstudying/research/node_modules',
'/home/ikeepstudying/node_modules',
'/home/node_modules',
'/node_modules' ]

Windows下：

[ 'c:\\nodejs\\node_modules', 'c:\\node_modules' ]

然后是['.']

然后是：

windows下%NODE_PATH%,%USERPROFILE%/.node_modules, %USERPROFILE%/.node_libraries

非windows下$NODE_PATH, $HOME/.node_modules, $HOME/.node_libraries

[NODE_PATH，HOME/.node_modules，HOME/.node_libraries，execPath/../../lib/node]

然后是node.exe目录的../../lib/node,所以这个具体取决于node二进制文件放哪里.

简而言之，如果require绝对路径的文件，查找时不会去遍历每一个node_modules目录，其速度最快。其余流程如下：

1. 从module path数组中取出第一个目录作为查找基准。
2. 直接从目录中查找该文件，如果存在，则结束查找。如果不存在，则进行下一条查找。
3. 尝试添加.js、.json、.node后缀后查找，如果存在文件，则结束查找。如果不存在，则进行下一条。
4. 尝试将require的参数作为一个包来进行查找，读取目录下的package.json文件，取得main参数指定的文件。
5. 尝试查找该文件，如果存在，则结束查找。如果不存在，则进行第3条查找。
6. 如果继续失败，则取出module path数组中的下一个目录作为基准查找，循环第1至5个步骤。
7. 如果继续失败，循环第1至6个步骤，直到module path中的最后一个值。
8. 如果仍然失败，则抛出异常。

整个查找过程十分类似原型链的查找和作用域的查找。所幸Node.js对路径查找实现了缓存机制，否则由于每次判断路径都是同步阻塞式进行，会导致严重的性能消耗。

一旦加载成功就以模块的路径进行缓存，这里有一个陷阱。

就是如果父目录包含X模块，且存在引用X模块的代码。而子目录也是相同的情况。那么父目录和子目录下实际引用到的分别是自己目录下的那个X模块，而不是之前那个的复用。也就是要注意他缓存是匹配全路径的。

Nodejs：模块查找，引用及缓存机制

3. 利用nodejs模块缓存机制创建“全局变量”

在《深入浅出nodejs》有这样一段（有部分增减）：

nodejs引入模块分四个步骤 路径分析 文件定位 编译执行 加入内存 核心模块部分在node源代码的编译过程中就编译成了二级制文件，在node启动时就直接加载如内存，所以这部分模块引入时，前三步省略，直接加入。 nodejs的模块加载和浏览器js加载一样都有缓存机制，不同的是，浏览器仅仅缓存文件，而nodejs缓存的是编译和执行后的对象（缓存内存）。 基于以上三点：我们可以编写一个模块，用来记录长期存在的变量。例如：我可以编写一个记录接口访问数的模块：

var count = {}; // 因模块是封闭的，这里实际上借用了js闭包的概念
exports.count = function(name){ 
    if(count[name]){ 
        count[name]++; 
    }else{ 
        count[name] = 1; 
    } 
    console.log(name + '被访问了' + count[name] + '次。'); 
};

我们在路由里这样引用:

var count = require('count');
export.index = function(req, res){
    count('index');
};

4. nodejs清除require缓存 delete require.cache

开发nodejs应用时会面临一个麻烦的事情，就是修改了配置数据之后，必须重启服务器才能看到修改后的结果。

于是问题来了，挖掘机哪家强？噢，no! no! no!

怎么做到修改文件之后，自动重启服务器。

server.js中的片段：

var port = process.env.port || 1337;app.listen(port);
console.log("server start in " + port);
exports.app = app;

假定我们现在是这样的：

app.js的片段：

var app = require('./server.js');

如果我们在server.js中启动了服务器，我们停止服务器可以在app.js中调用

app.app.close()

但是当我们重新引入server.js

app = require('./server.js')

的时候会发现并不是用的最新的server.js文件，原因是require的缓存机制，在第一次调用require('./server.js')的时候缓存下来了。

这个时候怎么办？

下面的代码解决了这个问题:

delete require.cache[require.resolve('./server.js')];
app = require('./server.js');

Node.js的模块查找、引用和缓存机制是其独特的特性之一，它们为开发人员提供了更好的性能和可维护性。了解这些机制的工作原理和使用方法，可以帮助开发人员更好地利用Node.js的优势，提高应用程序的性能和可维护性。

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