es6模块是什么原理

ES6模块的设计思想是尽量的静态化，使得编译时就能确定模块的依赖关系，以及输入和输出的变量。ES6模块不是对象，而是通过export命令显式指定输出的代码，再通过import命令输入。由于ES6模块是编译时加载，使得静态分析成为可能；有了它就能进一步拓宽JS的语法，比如引入宏和类型检验这些只能靠静态分析实现的功能。

本教程操作环境：windows7系统、ECMAScript 6版、Dell G3电脑。

1. 概述

历史上，JavaScript 一直没有模块（module）体系，无法将一个大程序拆分成互相依赖的小文件，再用简单的方法拼装起来。其他语言都有这项功能，比如 Ruby 的 require 、Python 的 import ，甚至就连 CSS 都有 @import ，但是 JavaScript 任何这方面的支持都没有，这对开发大型的、复杂的项目形成了巨大障碍。

在 ES6 之前，社区制定了一些模块加载方案，最主要的有CommonJS和AMD两种。前者用于服务器，后者用于浏览器。ES6 在语言标准的层面上，实现了模块功能，而且实现得相当简单，完全可以取代 CommonJS 和 AMD 规范，成为浏览器和服务器通用的模块解决方案。

ES6 模块的设计思想是尽量的静态化，使得编译时就能确定模块的依赖关系，以及输入和输出的变量。CommonJS 和 AMD 模块，都只能在运行时确定这些东西。比如，CommonJS 模块就是对象，输入时必须查找对象属性。

// CommonJS模块
let { stat, exists, readfile } = require('fs');


// 等同于
let _fs = require('fs');
let stat = _fs.stat;
let exists = _fs.exists;
let readfile = _fs.readfile;

上面代码的实质是整体加载 fs 模块（即加载 fs 的所有方法），生成一个对象（ _fs ），然后再从这个对象上面读取 3 个方法。这种加载称为“运行时加载”，因为只有运行时才能得到这个对象，导致完全没办法在编译时做“静态优化”。

ES6 模块不是对象，而是通过 export 命令显式指定输出的代码，再通过 import 命令输入。

// ES6模块
import { stat, exists, readFile } from 'fs';

上面代码的实质是从 fs 模块加载 3 个方法，其他方法不加载。这种加载称为“编译时加载”或者静态加载，即 ES6 可以在编译时就完成模块加载，效率要比 CommonJS 模块的加载方式高。当然，这也导致了没法引用 ES6 模块本身，因为它不是对象。

由于 ES6 模块是编译时加载，使得静态分析成为可能。有了它，就能进一步拓宽 JavaScript 的语法，比如引入宏（macro）和类型检验（type system）这些只能靠静态分析实现的功能。

除了静态加载带来的各种好处，ES6 模块还有以下好处。

• 不再需要 UMD 模块格式了，将来服务器和浏览器都会支持 ES6 模块格式。目前，通过各种工具库，其实已经做到了这一点。
• 将来浏览器的新 API 就能用模块格式提供，不再必须做成全局变量或者 navigator 对象的属性。
• 不再需要对象作为命名空间（比如 Math 对象），未来这些功能可以通过模块提供。

2. 严格模式

ES6 的模块自动采用严格模式，不管你有没有在模块头部加上 "use strict"; 。

严格模式主要有以下限制。

• 变量必须声明后再使用
• 函数的参数不能有同名属性，否则报错
• 不能使用 with 语句
• 不能对只读属性赋值，否则报错
• 不能使用前缀 0 表示八进制数，否则报错
• 不能删除不可删除的属性，否则报错
• 不能删除变量 delete prop ，会报错，只能删除属性 delete global[prop]
• eval 不会在它的外层作用域引入变量
• eval 和 arguments 不能被重新赋值
• arguments 不会自动反映函数参数的变化
• 不能使用 arguments.callee
• 不能使用 arguments.caller
• 禁止 this 指向全局对象
• 不能使用 fn.caller 和 fn.arguments 获取函数调用的堆栈
• 增加了保留字（比如 protected 、 static 和 interface ）

上面这些限制，模块都必须遵守。由于严格模式是 ES5 引入的，不属于 ES6，所以请参阅相关 ES5 书籍，本书不再详细介绍了。

其中，尤其需要注意 this 的限制。ES6 模块之中，顶层的 this 指向 undefined ，即不应该在顶层代码使用 this 。

3. export 命令

模块功能主要由两个命令构成：export和import 。 export 命令用于规定模块的对外接口， import 命令用于输入其他模块提供的功能。

一个模块就是一个独立的文件。该文件内部的所有变量，外部无法获取。如果你希望外部能够读取模块内部的某个变量，就必须使用 export 关键字输出该变量。下面是一个 JS 文件，里面使用 export 命令输出变量。

// profile.js
export var firstName = 'Michael';
export var lastName = 'Jackson';
export var year = 1958;

上面代码是 profile.js 文件，保存了用户信息。ES6 将其视为一个模块，里面用 export 命令对外部输出了三个变量。

export 的写法，除了像上面这样，还有另外一种。

// profile.js
var firstName = 'Michael';
var lastName = 'Jackson';
var year = 1958;


export { firstName, lastName, year };

上面代码在 export 命令后面，使用大括号指定所要输出的一组变量。它与前一种写法（直接放置在 var 语句前）是等价的，但是应该优先考虑使用这种写法。因为这样就可以在脚本尾部，一眼看清楚输出了哪些变量。

export 命令除了输出变量，还可以输出函数或类（class）。

export function multiply(x, y) {
  return x * y;
};

上面代码对外输出一个函数 multiply 。

通常情况下， export 输出的变量就是本来的名字，但是可以使用 as 关键字重命名。

function v1() { ... }
function v2() { ... }


export {
  v1 as streamV1,
  v2 as streamV2,
  v2 as streamLatestVersion
};

上面代码使用 as 关键字，重命名了函数 v1 和 v2 的对外接口。重命名后， v2 可以用不同的名字输出两次。

需要特别注意的是， export 命令规定的是对外的接口，必须与模块内部的变量建立一一对应关系。

// 报错
export 1;


// 报错
var m = 1;
export m;

上面两种写法都会报错，因为没有提供对外的接口。第一种写法直接输出 1，第二种写法通过变量 m ，还是直接输出 1。 1 只是一个值，不是接口。正确的写法是下面这样。

// 写法一
export var m = 1;


// 写法二
var m = 1;
export {m};


// 写法三
var n = 1;
export {n as m};

上面三种写法都是正确的，规定了对外的接口 m 。其他脚本可以通过这个接口，取到值 1 。它们的实质是，在接口名与模块内部变量之间，建立了一一对应的关系。

同样的， function 和 class 的输出，也必须遵守这样的写法。

// 报错
function f() {}
export f;


// 正确
export function f() {};


// 正确
function f() {}
export {f};

另外， export 语句输出的接口，与其对应的值是动态绑定关系，即通过该接口，可以取到模块内部实时的值。

export var foo = 'bar';
setTimeout(() => foo = 'baz', 500);

上面代码输出变量 foo ，值为 bar ，500 毫秒之后变成 baz 。

这一点与 CommonJS 规范完全不同。CommonJS 模块输出的是值的缓存，不存在动态更新。

最后， export 命令可以出现在模块的任何位置，只要处于模块顶层就可以。如果处于块级作用域内，就会报错，下一节的 import 命令也是如此。这是因为处于条件代码块之中，就没法做静态优化了，违背了 ES6 模块的设计初衷。

function foo() {
  export default 'bar' // SyntaxError
}
foo()

上面代码中， export 语句放在函数之中，结果报错。

4. import 命令

使用export 命令定义了模块的对外接口以后，其他JS文件就可以通过import命令加载这个模块。

// main.js
import { firstName, lastName, year } from './profile.js';


function setName(element) {
  element.textContent = firstName + ' ' + lastName;
}

上面代码的 import 命令，用于加载 profile.js 文件，并从中输入变量。 import 命令接受一对大括号，里面指定要从其他模块导入的变量名。大括号里面的变量名，必须与被导入模块（ profile.js ）对外接口的名称相同。

如果想为输入的变量重新取一个名字， import 命令要使用 as 关键字，将输入的变量重命名。

import { lastName as surname } from './profile.js';

import 命令输入的变量都是只读的，因为它的本质是输入接口。也就是说，不允许在加载模块的脚本里面，改写接口。

import {a} from './xxx.js'


a = {}; // Syntax Error : 'a' is read-only;

上面代码中，脚本加载了变量 a ，对其重新赋值就会报错，因为 a 是一个只读的接口。但是，如果 a 是一个对象，改写 a 的属性是允许的。

import {a} from './xxx.js'


a.foo = 'hello'; // 合法操作

上面代码中， a 的属性可以成功改写，并且其他模块也可以读到改写后的值。不过，这种写法很难查错，建议凡是输入的变量，都当作完全只读，不要轻易改变它的属性。

import 后面的 from 指定模块文件的位置，可以是相对路径，也可以是绝对路径， .js 后缀可以省略。如果只是模块名，不带有路径，那么必须有配置文件，告诉 JavaScript 引擎该模块的位置。

import {myMethod} from 'util';

上面代码中， util 是模块文件名，由于不带有路径，必须通过配置，告诉引擎怎么取到这个模块。

注意， import 命令具有提升效果，会提升到整个模块的头部，首先执行。

foo();


import { foo } from 'my_module';

上面的代码不会报错，因为 import 的执行早于 foo 的调用。这种行为的本质是， import 命令是编译阶段执行的，在代码运行之前。

由于 import 是静态执行，所以不能使用表达式和变量，这些只有在运行时才能得到结果的语法结构。

// 报错
import { 'f' + 'oo' } from 'my_module';


// 报错
let module = 'my_module';
import { foo } from module;


// 报错
if (x === 1) {
  import { foo } from 'module1';
} else {
  import { foo } from 'module2';
}

上面三种写法都会报错，因为它们用到了表达式、变量和 if 结构。在静态分析阶段，这些语法都是没法得到值的。

最后， import 语句会执行所加载的模块，因此可以有下面的写法。

import 'lodash';

上面代码仅仅执行 lodash 模块，但是不输入任何值。

如果多次重复执行同一句 import 语句，那么只会执行一次，而不会执行多次。

import 'lodash';
import 'lodash';

上面代码加载了两次 lodash ，但是只会执行一次。

import { foo } from 'my_module';
import { bar } from 'my_module';


// 等同于
import { foo, bar } from 'my_module';

上面代码中，虽然 foo 和 bar 在两个语句中加载，但是它们对应的是同一个 my_module 实例。也就是说， import 语句是 Singleton 模式。

目前阶段，通过 Babel 转码，CommonJS 模块的 require 命令和 ES6 模块的 import 命令，可以写在同一个模块里面，但是最好不要这样做。因为 import 在静态解析阶段执行，所以它是一个模块之中最早执行的。下面的代码可能不会得到预期结果。

require('core-js/modules/es6.symbol');
require('core-js/modules/es6.promise');
import React from 'React';

5. 模块的整体加载

除了指定加载某个输出值，还可以使用整体加载，即用星号（ * ）指定一个对象，所有输出值都加载在这个对象上面。

下面是一个 circle.js 文件，它输出两个方法 area 和 circumference 。

// circle.js


export function area(radius) {
  return Math.PI * radius * radius;
}


export function circumference(radius) {
  return 2 * Math.PI * radius;
}

现在，加载这个模块。

// main.js


import { area, circumference } from './circle';


console.log('圆面积：' + area(4));
console.log('圆周长：' + circumference(14));

上面写法是逐一指定要加载的方法，整体加载的写法如下。

import * as circle from './circle';


console.log('圆面积：' + circle.area(4));
console.log('圆周长：' + circle.circumference(14));

注意，模块整体加载所在的那个对象（上例是 circle ），应该是可以静态分析的，所以不允许运行时改变。下面的写法都是不允许的。

import * as circle from './circle';


// 下面两行都是不允许的
circle.foo = 'hello';
circle.area = function () {};

6. export default 命令

从前面的例子可以看出，使用 import 命令的时候，用户需要知道所要加载的变量名或函数名，否则无法加载。但是，用户肯定希望快速上手，未必愿意阅读文档，去了解模块有哪些属性和方法。

为了给用户提供方便，让他们不用阅读文档就能加载模块，就要用到 export default 命令，为模块指定默认输出。

// export-default.js
export default function () {
  console.log('foo');
}

上面代码是一个模块文件 export-default.js ，它的默认输出是一个函数。

其他模块加载该模块时， import 命令可以为该匿名函数指定任意名字。

// import-default.js
import customName from './export-default';
customName(); // 'foo'

上面代码的 import 命令，可以用任意名称指向 export-default.js 输出的方法，这时就不需要知道原模块输出的函数名。需要注意的是，这时 import 命令后面，不使用大括号。

export default 命令用在非匿名函数前，也是可以的。

// export-default.js
export default function foo() {
  console.log('foo');
}


// 或者写成


function foo() {
  console.log('foo');
}


export default foo;

上面代码中， foo 函数的函数名 foo ，在模块外部是无效的。加载的时候，视同匿名函数加载。

下面比较一下默认输出和正常输出。

// 第一组
export default function crc32() { // 输出
  // ...
}


import crc32 from 'crc32'; // 输入


// 第二组
export function crc32() { // 输出
  // ...
};


import {crc32} from 'crc32'; // 输入

上面代码的两组写法，第一组是使用 export default 时，对应的 import 语句不需要使用大括号；第二组是不使用 export default 时，对应的 import 语句需要使用大括号。

export default 命令用于指定模块的默认输出。显然，一个模块只能有一个默认输出，因此 export default 命令只能使用一次。所以，import命令后面才不用加大括号，因为只可能唯一对应 export default 命令。

本质上， export default 就是输出一个叫做 default 的变量或方法，然后系统允许你为它取任意名字。所以，下面的写法是有效的。

// modules.js
function add(x, y) {
  return x * y;
}
export {add as default};
// 等同于
// export default add;


// app.js
import { default as foo } from 'modules';
// 等同于
// import foo from 'modules';

正是因为 export default 命令其实只是输出一个叫做 default 的变量，所以它后面不能跟变量声明语句。

// 正确
export var a = 1;


// 正确
var a = 1;
export default a;


// 错误
export default var a = 1;

上面代码中， export default a 的含义是将变量 a 的值赋给变量 default 。所以，最后一种写法会报错。

同样地，因为 export default 命令的本质是将后面的值，赋给 default 变量，所以可以直接将一个值写在 export default 之后。

// 正确
export default 42;


// 报错
export 42;

上面代码中，后一句报错是因为没有指定对外的接口，而前一句指定对外接口为 default 。

有了 export default 命令，输入模块时就非常直观了，以输入 lodash 模块为例。

import _ from 'lodash';

如果想在一条 import 语句中，同时输入默认方法和其他接口，可以写成下面这样。

import _, { each, forEach } from 'lodash';

对应上面代码的 export 语句如下。

export default function (obj) {
  // ···
}


export function each(obj, iterator, context) {
  // ···
}


export { each as forEach };

上面代码的最后一行的意思是，暴露出 forEach 接口，默认指向 each 接口，即 forEach 和 each 指向同一个方法。

export default 也可以用来输出类。

// MyClass.js
export default class { ... }


// main.js
import MyClass from 'MyClass';
let o = new MyClass();

7. export 与 import 的复合写法

如果在一个模块之中，先输入后输出同一个模块， import 语句可以与export 语句写在一起。

export { foo, bar } from 'my_module';


// 可以简单理解为
import { foo, bar } from 'my_module';
export { foo, bar };

上面代码中， export 和 import 语句可以结合在一起，写成一行。但需要注意的是，写成一行以后， foo 和 bar 实际上并没有被导入当前模块，只是相当于对外转发了这两个接口，导致当前模块不能直接使用 foo 和 bar 。

模块的接口改名和整体输出，也可以采用这种写法。

// 接口改名
export { foo as myFoo } from 'my_module';


// 整体输出
export * from 'my_module';

默认接口的写法如下。

export { default } from 'foo';

具名接口改为默认接口的写法如下。

export { es6 as default } from './someModule';


// 等同于
import { es6 } from './someModule';
export default es6;

同样地，默认接口也可以改名为具名接口。

export { default as es6 } from './someModule';

ES2020 之前，有一种 import 语句，没有对应的复合写法。

import * as someIdentifier from "someModule";

ES2020补上了这个写法。

export * as ns from "mod";


// 等同于
import * as ns from "mod";
export {ns};

8. 模块的继承

模块之间也可以继承。

假设有一个 circleplus 模块，继承了 circle 模块。

// circleplus.js


export * from 'circle';
export var e = 2.71828182846;
export default function(x) {
  return Math.exp(x);
}

上面代码中的 export ，表示再输出 circle 模块的所有属性和方法。注意， export 命令会忽略 circle 模块的 default 方法。然后，上面代码又输出了自定义的 e 变量和默认方法。

这时，也可以将 circle 的属性或方法，改名后再输出。

// circleplus.js


export { area as circleArea } from 'circle';

上面代码表示，只输出 circle 模块的 area 方法，且将其改名为 circleArea 。

加载上面模块的写法如下。

// main.js


import * as math from 'circleplus';
import exp from 'circleplus';
console.log(exp(math.e));

上面代码中的 import exp 表示，将 circleplus 模块的默认方法加载为 exp 方法。

9. 跨模块常量

本书介绍 const 命令的时候说过， const 声明的常量只在当前代码块有效。如果想设置跨模块的常量（即跨多个文件），或者说一个值要被多个模块共享，可以采用下面的写法。

// constants.js 模块
export const A = 1;
export const B = 3;
export const C = 4;


// test1.js 模块
import * as constants from './constants';
console.log(constants.A); // 1
console.log(constants.B); // 3


// test2.js 模块
import {A, B} from './constants';
console.log(A); // 1
console.log(B); // 3

如果要使用的常量非常多，可以建一个专门的 constants 目录，将各种常量写在不同的文件里面，保存在该目录下。

// constants/db.js
export const db = {
  url: 'http://my.couchdbserver.local:5984',
  admin_username: 'admin',
  admin_password: 'admin password'
};


// constants/user.js
export const users = ['root', 'admin', 'staff', 'ceo', 'chief', 'moderator'];

然后，将这些文件输出的常量，合并在 index.js 里面。

// constants/index.js
export {db} from './db';
export {users} from './users';

使用的时候，直接加载 index.js 就可以了。

// script.js
import {db, users} from './constants/index';

10. import()

简介

前面介绍过，import命令会被JavaScript 引擎静态分析，先于模块内的其他语句执行（ import 命令叫做“连接” binding 其实更合适）。所以，下面的代码会报错。

// 报错
if (x === 2) {
  import MyModual from './myModual';
}

上面代码中，引擎处理 import 语句是在编译时，这时不会去分析或执行 if 语句，所以 import 语句放在 if 代码块之中毫无意义，因此会报句法错误，而不是执行时错误。也就是说， import 和 export 命令只能在模块的顶层，不能在代码块之中（比如，在 if 代码块之中，或在函数之中）。

这样的设计，固然有利于编译器提高效率，但也导致无法在运行时加载模块。在语法上，条件加载就不可能实现。如果 import 命令要取代 Node 的 require 方法，这就形成了一个障碍。因为 require 是运行时加载模块， import 命令无法取代 require 的动态加载功能。

const path = './' + fileName;
const myModual = require(path);

上面的语句就是动态加载， require 到底加载哪一个模块，只有运行时才知道。 import 命令做不到这一点。

ES2020提案 引入 import() 函数，支持动态加载模块。

import(specifier)

上面代码中， import 函数的参数 specifier ，指定所要加载的模块的位置。 import 命令能够接受什么参数， import() 函数就能接受什么参数，两者区别主要是后者为动态加载。

import() 返回一个 Promise 对象。下面是一个例子。

const main = document.querySelector('main');


import( ./section-modules/${someVariable}.js )
  .then(module => {
    module.loadPageInto(main);
  })
  .catch(err => {
    main.textContent = err.message;
  });

import() 函数可以用在任何地方，不仅仅是模块，非模块的脚本也可以使用。它是运行时执行，也就是说，什么时候运行到这一句，就会加载指定的模块。另外， import() 函数与所加载的模块没有静态连接关系，这点也是与 import 语句不相同。 import() 类似于 Node 的 require 方法，区别主要是前者是异步加载，后者是同步加载。

适用场合

下面是 import() 的一些适用场合。

（1）按需加载。

import() 可以在需要的时候，再加载某个模块。

button.addEventListener('click', event => {
  import('./dialogBox.js')
  .then(dialogBox => {
    dialogBox.open();
  })
  .catch(error => {
    /* Error handling */
  })
});

上面代码中， import() 方法放在 click 事件的监听函数之中，只有用户点击了按钮，才会加载这个模块。

（2）条件加载

import() 可以放在 if 代码块，根据不同的情况，加载不同的模块。

if (condition) {
  import('moduleA').then(...);
} else {
  import('moduleB').then(...);
}

上面代码中，如果满足条件，就加载模块 A，否则加载模块 B。

（3）动态的模块路径

import() 允许模块路径动态生成。

import(f())
.then(...);

上面代码中，根据函数 f 的返回结果，加载不同的模块。

注意点

import() 加载模块成功以后，这个模块会作为一个对象，当作 then 方法的参数。因此，可以使用对象解构赋值的语法，获取输出接口。

import('./myModule.js')
.then(({export1, export2}) => {
  // ...·
});

上面代码中， export1 和 export2 都是 myModule.js 的输出接口，可以解构获得。

如果模块有 default 输出接口，可以用参数直接获得。

import('./myModule.js')
.then(myModule => {
  console.log(myModule.default);
});

上面的代码也可以使用具名输入的形式。

import('./myModule.js')
.then(({default: theDefault}) => {
  console.log(theDefault);
});

如果想同时加载多个模块，可以采用下面的写法。

Promise.all([
  import('./module1.js'),
  import('./module2.js'),
  import('./module3.js'),
])
.then(([module1, module2, module3]) => {
   ···
});

import() 也可以用在 async 函数之中。

async function main() {
  const myModule = await import('./myModule.js');
  const {export1, export2} = await import('./myModule.js');
  const [module1, module2, module3] =
    await Promise.all([
      import('./module1.js'),
      import('./module2.js'),
      import('./module3.js'),
    ]);
}
main();

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