Node.js模块加载详解
作者：Jack Yao
JavaScript是世界上使用频率最高的编程语言之一，它是Web世界的通用语言，被所有浏览器所使用。JavaScript的诞生要追溯到Netscape那个时代，它的核心内容被仓促的开发出来，用以对抗Microsoft，参与当时白热化的浏览器大战。由于过早的发布，无可避免的造成了它的一些不太好的特性。
尽管它的开发时间很短，但是JavaScript依然具备了很多强大的特性，不过，每个脚本共享一个全局命名空间这个特性除外。
一旦Web页面加载了JavaScript代码，它就会被注入到全局命名空间，会和其他所有已加载的脚本公用同一个地址空间，这会导致很多安全问题，冲突，以及一些常见问题，让bug即难以跟踪又很难解决。
不过谢天谢地，Node为服务器端JavaScript定了一些规范，还实现了CommonJS的模块标准，在这个标准里，每个模块有自己的上下文，和其他模块相区分。这意味着，模块不会污染全局作用域，因为根本就没有所谓的全局作用域，模块之间也不会相互干扰。
本章，我们将了解几种不同的模块以及如何加载它们。
把代码拆分成一系列定义良好的模块可以帮你掌控你的应用程序，下面我们将学习如何创建和使用你自己的模块。
了解Node如何加载模块
Node里,可以通过文件路径来引用模块，也可以通过模块名引用，如果用名称引用非核心模块，Node最终会把模块名影射到对应的模块文件路径。而那些包含了核心函数的核心模块，会在Node启动时被预先加载。
非核心模块包括使用NPM（Node Package Manager）安装的第三方模块，以及你或你的同事创建的本地模块。
每个被当前脚本导入的模块都会向程序员暴露一组公开API，使用模块前，需要用require函数来导入它，像这样：
var module = require(‘module_name')
上面的代码会导入一个名为module_name的模块，它可能是个核心模块，也可以是用NPM安装的模块，require函数返回一个包含模块所有公共API的对象。随模块的不同，返回的对象可能是任何JavaScript值，可以是一个函数，也可以是个包含了一系列属性（函数，数组或者任何JavaScript对象）的对象。
导出模块
CommonJS模块系统是Node下文件间共享对象和函数的唯一方式。对于一个很复杂的程序，你应该把一些类，对象或者函数重构成一系列良好定义的可重用模块。对于模块使用者来说，模块仅对外暴露出那些你指定的代码。
在下面的例子里你将会了解到，在Node里文件和模块是一一对应的，我们创建了一个叫circle.js的文件，它仅对外导出了Circle构造函数。
function Circle(x, y, r) {
function r_squared() {
return Math.pow(r, 2);
}
function area() {
return Math.PI * r_squared();
}
return {area: area};
}
module.exports = Circle;
代码里最重要的是最后一行，它定义了模块对外导出了什么内容。module是个特殊的变量，它代表当前模块自身，而module.exports是模块对外导出的对象，它可以是任何对象，在这个例子里，我们把Circle的构造函数导出了，这样模块使用者就可以用这个模块来创建Circle实例。
你也可以导出一些复杂的对象，module.exports被初始化成一个空对象，你把任何你想暴露给外界的内容，作为module.exports对象的属性来导出。比如，你设计了一个模块，它对外暴露了一组函数：
function printA() {
console.log('A');
}
function printB() {
console.log('B');
}
function printC() {
console.log('C');
}
module.exports.printA = printA;
module.exports.printB = printB;
module.exports.pi = Math.PI;
这个模块导出了两个函数（printA和printB）和一个数字(pi)，调用代码看起来像这样：
var myModule2 = require('./myModule2');
myModule2.printA(); // -> A
myModule2.printB(); // -> B
console.log(myModule2.pi); // -> 3.141592653589793
加载模块
前面提到过，你可以使用require函数来加载模块，不用担心在代码里调用require会影响全局命名空间，因为Node里就没有全局命名空间这个概念。如果模块存在且没有任何语法或初始化错误，require函数就会返回这个模块对象，你还可以这个对象赋值给任何一个局部变量。
模块有几种不同的类型，大概可以分为核心模块，本地模块和通过NPM安装的第三方模块，根据模块的类型，有几种引用模块的方式，下面我们就来了解下这些知识。
加载核心模块
Node有一些被编译到二进制文件里的模块，被称为核心模块，它们不能通过路径来引用，只能用模块名。核心模块拥有最高的加载优先级，即使已经有了一个同名的第三方模块，核心模块也会被优先加载。
比如，如果你想加载和使用http核心模块，可以这样做：
var http = require('http');
这将返回一个包含了http模块对象，它包含了Node API文档里定义的那些htpp模块的API。
加载文件模块
你也可以使用绝对路径从文件系统里加载模块：
var myModule = require('/home/pedro/my_modules/my_module');
也可以用一个基于当前文件的相对路径：
var myModule = require('../my_modules/my_module');
var myModule2 = require('./lib/my_module_2');
注意上面的代码，你可以省略文件名的扩展名，如果Node找不到这个文件，会尝试在文件名后加上js后缀再次查找（译者注：其实除了js，还会查找json和node，具体可以看官网文档），因此，如果在当前目录下存在一个叫my_module.js的文件，会有下面两种加载方式：
var myModule = require('./my_module');
var myModule = require('./my_module.js');
加载目录模块
你还可以使用目录的路径来加载模块：
var myModule = require('./myModuleDir');
Node会假定这个目录是个模块包，并尝试在这个目录下搜索包定义文件package.json。
如果没找到，Node会假设包的入口点是index.js文件（译者注：除了index.js还会查找index.node，.node文件是Node的二进制扩展包，具体见官方文档），以上面代码为例，Node会尝试查找./myModuleDir/index.js文件。
反之，如果找到了package.json文件，Node会尝试解析它，并查找包定义里的main属性，然后把main属性的值当作入口点的相对路径。以本例来说，如果package.json定义如下：
{
"name" : "myModule",
"main" : "./lib/myModule.js"
}
Node就会尝试加载./myModuleDir/lib/myModule.js文件
从node_modules目录加载
如果require函数的参数不是相对路径，也不是核心模块名，Node会在当前目录的node_modules子目录下查找，比如下面的代码，Node会尝试查找文件./node_modules/myModule.js:
var myModule = require('myModule.js');
如果没找到，Node会继续在上级目录的node_modules文件夹下查找，如果还没找到就继续向上层目录查找，直到找到对应的模块或者到达根目录。
你可以使用这个特性来管理node_modules目录的内容或模块，不过最好还是把模块的管理任务交给NPM（见第一章），本地node_modules目录是NPM安装模块的默认位置，这个设计把Node和NPM关联在了一起。通常，作为开发人员不必太关心这个特性，你可以简单的使用NPM安装，更新和删除包，它会帮你维护node_modules目录
缓存模块
模块在第一次成功加载后会被缓存起来，就是说，如果模块名被解析到同一个文件路径，那么每次调用require(‘myModule')都确切地会返回同一个模块。
比如，有一个叫my_module.js的模块，包含下面的内容：
console.log('module my_module initializing...');
module.exports = function() {
console.log('Hi!');
};
console.log('my_module initialized.');
然后用下面的代码加载这个模块：
var myModuleInstance1 = require('./my_module');
它会产生下面的输出：
module my_module initializing...
my_module initialized
如果我们两次导入它：
var myModuleInstance1 = require('./my_module');
var myModuleInstance2 = require('./my_module');
输出依然是：
module my_module initializing...
my_module initialized
也就是说，模块的初始化代码仅执行了一次。当你构建自己的模块时，如果模块的初始化代码里含有可能产生副作用的代码，一定要特别注意这个特性。
小结
Node取消了JavaScript的默认全局作用域，转而采用CommonJS模块系统，这样你可以更好的组织你的代码，也因此避免了很多安全问题和bug。可以使用require函数来加载核心模块，第三方模块，或从文件及目录加载你自己的模块
还可以用相对路径或者绝对路径来加载非核心模块，如果把模块放到了node_modules目录下或者对于用NPM安装的模块，你还可以直接使用模块名来加载。
译者注：
建议读者把官方文档的模块章节阅读一遍，个人感觉比作者讲得更清晰明了，而且还附加了一个非常具有代表性的例子，对理解Node模块加载会很有很大帮助。下面把那个例子也引用过来：
用require(X) 加载路径Y下的模块
1. 如果X是核心模块,
a. 加载并返回核心模块
b. 结束
2. 如果X以 './' or '/' or '../ 开始'
a. LOAD_AS_FILE(Y + X)
b. LOAD_AS_DIRECTORY(Y + X)
3. LOAD_NODE_MODULES(X, dirname(Y))
4. 抛出异常："not found"
LOAD_AS_FILE(X)
1. 如果X是个文件，把 X作为JavaScript 脚本加载，加载完毕后结束
2. 如果X.js是个文件，把X.js 作为JavaScript 脚本加载，加载完毕后结束
3. 如果X.node是个文件，把X.node 作为Node二进制插件加载，加载完毕后结束
LOAD_AS_DIRECTORY(X)
1. 如果 X/package.json文件存在,
a. 解析X/package.json, 并查找 "main"字段.
b. 另M = X + (main字段的值)
c. LOAD_AS_FILE(M)
2. 如果X/index.js文件存在，把 X/index.js作为JavaScript 脚本加载，加载完毕后结束
3. 如果X/index.node文件存在，把load X/index.node作为Node二进制插件加载，加载完毕后结束
LOAD_NODE_MODULES(X, START)
1. 另DIRS=NODE_MODULES_PATHS(START)
2. 对DIRS下的每个目录DIR做如下操作:
a. LOAD_AS_FILE(DIR/X)
b. LOAD_AS_DIRECTORY(DIR/X)
NODE_MODULES_PATHS(START)
1. 另PARTS = path split(START)
2. 另ROOT = index of first instance of "node_modules" in PARTS, or 0
3. 另I = count of PARTS - 1
4. 另DIRS = []
5. while I > ROOT,
a. 如果 PARTS[I] = "node_modules" 则继续后续操作，否则下次循环
c. DIR = path join(PARTS[0 .. I] + "node_modules")
b. DIRS = DIRS + DIR
c. 另I = I - 1
6. 返回DIRS