node.js require() Quellcode interpret_node.js

Im Jahr 2009 wurde das Projekt Node.js geboren und alle Module liegen im CommonJS-Format vor.

Heute sind im Node.js-Modullager npmjs.com 150.000 Module gespeichert, die meisten davon im CommonJS-Format.

Der Kern dieses Formats ist die require-Anweisung, über die Module geladen werden. Wenn Sie Node.js lernen, müssen Sie lernen, wie Sie die require-Anweisung verwenden. Durch die Analyse des Quellcodes stellt dieser Artikel den internen Betriebsmechanismus der require-Anweisung im Detail vor, um Ihnen das Verständnis des Modulmechanismus von Node.js zu erleichtern.

1. Grundlegende Verwendung von require()

Bevor wir den Quellcode analysieren, stellen wir zunächst die interne Logik der require-Anweisung vor. Wenn Sie nur wissen möchten, wie Sie require verwenden, lesen Sie einfach diesen Absatz.

Der folgende Inhalt wurde aus „Node User Manual“ übersetzt.

Code kopieren Der Code lautet wie folgt:

Wenn Node auf require(X) trifft, wird es in der folgenden Reihenfolge verarbeitet.

(1) Wenn X ein integriertes Modul ist (z. B. require('http'))
a. Kehren Sie zum Modul zurück.
b. Keine weitere Ausführung.

(2) Wenn X mit „./“ oder „/“ oder „../“ beginnt
a. Bestimmen Sie den absoluten Pfad von X basierend auf dem übergeordneten Modul, in dem sich X befindet.
​b. Behandeln

X
X.js
X.json
X.node

c. Behandeln

X/package.json (Hauptfeld)
X/index.js
X/index.json
X/index.node

(3) Wenn X keinen Pfad hat
a. Bestimmen Sie das mögliche Installationsverzeichnis von X basierend auf dem übergeordneten Modul, in dem sich X befindet.
b. Laden Sie in jedem Verzeichnis nacheinander X als Dateinamen oder Verzeichnisnamen.

(4) Wirf „nicht gefunden“

Bitte sehen Sie sich ein Beispiel an.

Die aktuelle Skriptdatei /home/ry/projects/foo.js führt require('bar') aus, was zur dritten Situation oben gehört. Der interne Betriebsprozess von Node ist wie folgt.

Bestimmen Sie zunächst, dass der absolute Pfad von x die folgenden Speicherorte sein kann, und durchsuchen Sie nacheinander jedes Verzeichnis.

Code kopieren Der Code lautet wie folgt:

/home/ry/projects/node_modules/bar
/home/ry/node_modules/bar
/home/node_modules/bar
/node_modules/bar

Bei der Suche behandelt Node zunächst „bar“ als Dateinamen, versucht, die folgenden Dateien der Reihe nach zu laden und kehrt zurück, solange eine davon erfolgreich ist.

bar
bar.js
bar.json
bar.node

Wenn beides nicht gelingt, bedeutet das, dass bar möglicherweise ein Verzeichnisname ist. Versuchen Sie daher, die folgenden Dateien nacheinander zu laden.

Code kopieren Der Code lautet wie folgt:

bar/package.json (Hauptfeld)
bar/index.js
bar/index.json
bar/index.node

Wenn die Datei oder das Verzeichnis, die der Leiste entsprechen, in keinem Verzeichnis gefunden werden kann, wird ein Fehler ausgegeben.

2. Modulkonstruktor

Nachdem wir die interne Logik verstanden haben, schauen wir uns den Quellcode an.

Der Quellcode von

require befindet sich in der Datei lib/module.js von Node. Zum besseren Verständnis wurde der in diesem Artikel zitierte Quellcode vereinfacht und die Kommentare des ursprünglichen Autors gelöscht.

function Module(id, parent) {
 this.id = id;
 this.exports = {};
 this.parent = parent;
 this.filename = null;
 this.loaded = false;
 this.children = [];
}

module.exports = Module;

var module = new Module(filename, parent);

Im obigen Code definiert Node ein Konstruktormodul und alle Module sind Instanzen von Module. Wie Sie sehen, ist das aktuelle Modul (module.js) auch eine Instanz von Module.

Jede Instanz hat ihre eigenen Eigenschaften. Nehmen wir ein Beispiel, um zu sehen, welche Werte diese Attribute haben. Erstellen Sie eine neue Skriptdatei a.js.

// a.js

console.log('module.id: ', module.id);
console.log('module.exports: ', module.exports);
console.log('module.parent: ', module.parent);
console.log('module.filename: ', module.filename);
console.log('module.loaded: ', module.loaded);
console.log('module.children: ', module.children);
console.log('module.paths: ', module.paths);

Führen Sie dieses Skript aus.

$ node a.js

module.id: .
module.exports: {}
module.parent: null
module.filename: /home/ruanyf/tmp/a.js
module.loaded: false
module.children: []
module.paths: [ '/home/ruanyf/tmp/node_modules',
 '/home/ruanyf/node_modules',
 '/home/node_modules',
 '/node_modules' ]

可以看到，如果没有父模块，直接调用当前模块，parent 属性就是 null，id 属性就是一个点。filename 属性是模块的绝对路径，path 属性是一个数组，包含了模块可能的位置。另外，输出这些内容时，模块还没有全部加载，所以 loaded 属性为 false 。

新建另一个脚本文件 b.js，让其调用 a.js 。

// b.js

var a = require('./a.js');

运行 b.js 。

$ node b.js

module.id: /home/ruanyf/tmp/a.js
module.exports: {}
module.parent: { object }
module.filename: /home/ruanyf/tmp/a.js
module.loaded: false
module.children: []
module.paths: [ '/home/ruanyf/tmp/node_modules',
 '/home/ruanyf/node_modules',
 '/home/node_modules',
 '/node_modules' ]

上面代码中，由于 a.js 被 b.js 调用，所以 parent 属性指向 b.js 模块，id 属性和 filename 属性一致，都是模块的绝对路径。

三、模块实例的 require 方法

每个模块实例都有一个 require 方法。

Module.prototype.require = function(path) {
 return Module._load(path, this);
};

由此可知，require 并不是全局性命令，而是每个模块提供的一个内部方法，也就是说，只有在模块内部才能使用 require 命令（唯一的例外是 REPL 环境）。另外，require 其实内部调用 Module._load 方法。

下面来看 Module._load 的源码。

Module._load = function(request, parent, isMain) {

 // 计算绝对路径
 var filename = Module._resolveFilename(request, parent);

 // 第一步：如果有缓存，取出缓存
 var cachedModule = Module._cache[filename];
 if (cachedModule) {
  return cachedModule.exports;

 // 第二步：是否为内置模块
 if (NativeModule.exists(filename)) {
  return NativeModule.require(filename);
 }

 // 第三步：生成模块实例，存入缓存
 var module = new Module(filename, parent);
 Module._cache[filename] = module;

 // 第四步：加载模块
 try {
  module.load(filename);
  hadException = false;
 } finally {
  if (hadException) {
   delete Module._cache[filename];
  }
 }

 // 第五步：输出模块的exports属性
 return module.exports;
};

上面代码中，首先解析出模块的绝对路径（filename），以它作为模块的识别符。然后，如果模块已经在缓存中，就从缓存取出；如果不在缓存中，就加载模块。

因此，Module._load 的关键步骤是两个。

复制代码 代码如下:

◾Module._resolveFilename() ：确定模块的绝对路径
◾module.load()：加载模块

四、模块的绝对路径

下面是 Module._resolveFilename 方法的源码。

Module._resolveFilename = function(request, parent) {

 // 第一步：如果是内置模块，不含路径返回
 if (NativeModule.exists(request)) {
  return request;
 }

 // 第二步：确定所有可能的路径
 var resolvedModule = Module._resolveLookupPaths(request, parent);
 var id = resolvedModule[0];
 var paths = resolvedModule[1];

 // 第三步：确定哪一个路径为真
 var filename = Module._findPath(request, paths);
 if (!filename) {
  var err = new Error("Cannot find module '" + request + "'");
  err.code = 'MODULE_NOT_FOUND';
  throw err;
 }
 return filename;
};

上面代码中，在 Module.resolveFilename 方法内部，又调用了两个方法 Module.resolveLookupPaths() 和 Module._findPath() ，前者用来列出可能的路径，后者用来确认哪一个路径为真。

为了简洁起见，这里只给出 Module._resolveLookupPaths() 的运行结果。

复制代码 代码如下:

[   '/home/ruanyf/tmp/node_modules',
    '/home/ruanyf/node_modules',
    '/home/node_modules',
    '/node_modules'
    '/home/ruanyf/.node_modules',
    '/home/ruanyf/.node_libraries'，
     '$Prefix/lib/node' ]

上面的数组，就是模块所有可能的路径。基本上是，从当前路径开始一级级向上寻找 node_modules 子目录。最后那三个路径，主要是为了历史原因保持兼容，实际上已经很少用了。

有了可能的路径以后，下面就是 Module._findPath() 的源码，用来确定到底哪一个是正确路径。

Module._findPath = function(request, paths) {

 // 列出所有可能的后缀名：.js，.json, .node
 var exts = Object.keys(Module._extensions);

 // 如果是绝对路径，就不再搜索
 if (request.charAt(0) === '/') {
  paths = [''];
 }

 // 是否有后缀的目录斜杠
 var trailingSlash = (request.slice(-1) === '/');

 // 第一步：如果当前路径已在缓存中，就直接返回缓存
 var cacheKey = JSON.stringify({request: request, paths: paths});
 if (Module._pathCache[cacheKey]) {
  return Module._pathCache[cacheKey];
 }

 // 第二步：依次遍历所有路径
 for (var i = 0, PL = paths.length; i < PL; i++) {
  var basePath = path.resolve(paths[i], request);
  var filename;

  if (!trailingSlash) {
   // 第三步：是否存在该模块文件
   filename = tryFile(basePath);

   if (!filename && !trailingSlash) {
    // 第四步：该模块文件加上后缀名，是否存在
    filename = tryExtensions(basePath, exts);
   }
  }

  // 第五步：目录中是否存在 package.json 
  if (!filename) {
   filename = tryPackage(basePath, exts);
  }

  if (!filename) {
   // 第六步：是否存在目录名 + index + 后缀名 
   filename = tryExtensions(path.resolve(basePath, 'index'), exts);
  }

  // 第七步：将找到的文件路径存入返回缓存，然后返回
  if (filename) {
   Module._pathCache[cacheKey] = filename;
   return filename;
  }
 }

 // 第八步：没有找到文件，返回false 
 return false;
};

经过上面代码，就可以找到模块的绝对路径了。

有时在项目代码中，需要调用模块的绝对路径，那么除了 module.filename ，Node 还提供一个 require.resolve 方法，供外部调用，用于从模块名取到绝对路径。

require.resolve = function(request) {
 return Module._resolveFilename(request, self);
};

// 用法
require.resolve('a.js')
// 返回 /home/ruanyf/tmp/a.js

五、加载模块

有了模块的绝对路径，就可以加载该模块了。下面是 module.load 方法的源码。

Module.prototype.load = function(filename) {
 var extension = path.extname(filename) || '.js';
 if (!Module._extensions[extension]) extension = '.js';
 Module._extensions[extension](this, filename);
 this.loaded = true;
};

上面代码中，首先确定模块的后缀名，不同的后缀名对应不同的加载方法。下面是 .js 和 .json 后缀名对应的处理方法。

Module._extensions['.js'] = function(module, filename) {
 var content = fs.readFileSync(filename, 'utf8');
 module._compile(stripBOM(content), filename);
};

Module._extensions['.json'] = function(module, filename) {
 var content = fs.readFileSync(filename, 'utf8');
 try {
  module.exports = JSON.parse(stripBOM(content));
 } catch (err) {
  err.message = filename + ': ' + err.message;
  throw err;
 }
};

这里只讨论 js 文件的加载。首先，将模块文件读取成字符串，然后剥离 utf8 编码特有的BOM文件头，最后编译该模块。

module._compile 方法用于模块的编译。

Module.prototype._compile = function(content, filename) {
 var self = this;
 var args = [self.exports, require, self, filename, dirname];
 return compiledWrapper.apply(self.exports, args);
};

上面的代码基本等同于下面的形式。

(function (exports, require, module, __filename, __dirname) {
 // 模块源码
});

也就是说，模块的加载实质上就是，注入exports、require、module三个全局变量，然后执行模块的源码，然后将模块的 exports 变量的值输出。

（完）