循环加载
“循环加载”(circular dependency)指的是,a
脚本的执行依赖b
脚本,而b
脚本的执行又依赖a
脚本。
// a.js
var b = require('b');
// b.js
var a = require('a');
通常,“循环加载”表示存在强耦合,如果处理不好,还可能导致递归加载,使得程序无法执行,因此应该避免出现。
但是实际上,这是很难避免的,尤其是依赖关系复杂的大项目,很容易出现a
依赖b
,b
依赖c
,c
又依赖a
这样的情况。这意味着,模块加载机制必须考虑“循环加载”的情况。
对于 JavaScript 语言来说,目前最常见的两种模块格式 CommonJS 和 ES6,处理“循环加载”的方法是不一样的,返回的结果也不一样。
CommonJS 模块的加载原理
介绍 ES6 如何处理“循环加载”之前,先介绍目前最流行的 CommonJS 模块格式的加载原理。
CommonJS 的一个模块,就是一个脚本文件。require
命令第一次加载该脚本,就会执行整个脚本,然后在内存生成一个对象。
{
id: '...',
exports: { ... },
loaded: true,
...
}
上面代码就是 Node 内部加载模块后生成的一个对象。该对象的id
属性是模块名,exports
属性是模块输出的各个接口,loaded
属性是一个布尔值,表示该模块的脚本是否执行完毕。其他还有很多属性,这里都省略了。
以后需要用到这个模块的时候,就会到exports
属性上面取值。即使再次执行require
命令,也不会再次执行该模块,而是到缓存之中取值。也就是说,CommonJS 模块无论加载多少次,都只会在第一次加载时运行一次,以后再加载,就返回第一次运行的结果,除非手动清除系统缓存。
CommonJS 模块的循环加载
CommonJS 模块的重要特性是加载时执行,即脚本代码在require
的时候,就会全部执行。一旦出现某个模块被”循环加载”,就只输出已经执行的部分,还未执行的部分不会输出。
让我们来看,Node 官方文档里面的例子。脚本文件a.js
代码如下。
exports.done = false;
var b = require('./b.js');
console.log('在 a.js 之中,b.done = %j', b.done);
exports.done = true;
console.log('a.js 执行完毕');
上面代码之中,a.js
脚本先输出一个done
变量,然后加载另一个脚本文件b.js
。注意,此时a.js
代码就停在这里,等待b.js
执行完毕,再往下执行。
再看b.js
的代码。
exports.done = false;
var a = require('./a.js');
console.log('在 b.js 之中,a.done = %j', a.done);
exports.done = true;
console.log('b.js 执行完毕');
上面代码之中,b.js
执行到第二行,就会去加载a.js
,这时,就发生了“循环加载”。系统会去a.js
模块对应对象的exports
属性取值,可是因为a.js
还没有执行完,从exports
属性只能取回已经执行的部分,而不是最后的值。
a.js
已经执行的部分,只有一行。
exports.done = false;
因此,对于b.js
来说,它从a.js
只输入一个变量done
,值为false
。
然后,b.js
接着往下执行,等到全部执行完毕,再把执行权交还给a.js
。于是,a.js
接着往下执行,直到执行完毕。我们写一个脚本main.js
,验证这个过程。
var a = require('./a.js');
var b = require('./b.js');
console.log('在 main.js 之中, a.done=%j, b.done=%j', a.done, b.done);
执行main.js
,运行结果如下。
$ node main.js
在 b.js 之中,a.done = false
b.js 执行完毕
在 a.js 之中,b.done = true
a.js 执行完毕
在 main.js 之中, a.done=true, b.done=true
上面的代码证明了两件事。一是,在b.js
之中,a.js
没有执行完毕,只执行了第一行。二是,main.js
执行到第二行时,不会再次执行b.js
,而是输出缓存的b.js
的执行结果,即它的第四行。
exports.done = true;
总之,CommonJS 输入的是被输出值的拷贝,不是引用。
另外,由于 CommonJS 模块遇到循环加载时,返回的是当前已经执行的部分的值,而不是代码全部执行后的值,两者可能会有差异。所以,输入变量的时候,必须非常小心。
var a = require('a'); // 安全的写法
var foo = require('a').foo; // 危险的写法
exports.good = function (arg) {
return a.foo('good', arg); // 使用的是 a.foo 的最新值
};
exports.bad = function (arg) {
return foo('bad', arg); // 使用的是一个部分加载时的值
};
上面代码中,如果发生循环加载,require('a').foo
的值很可能后面会被改写,改用require('a')
会更保险一点。
ES6 模块的循环加载
ES6 处理“循环加载”与 CommonJS 有本质的不同。ES6 模块是动态引用,如果使用import
从一个模块加载变量(即import foo from 'foo'
),那些变量不会被缓存,而是成为一个指向被加载模块的引用,需要开发者自己保证,真正取值的时候能够取到值。
请看下面这个例子。
// a.mjs
import {bar} from './b';
console.log('a.mjs');
console.log(bar);
export let foo = 'foo';
// b.mjs
import {foo} from './a';
console.log('b.mjs');
console.log(foo);
export let bar = 'bar';
上面代码中,a.mjs
加载b.mjs
,b.mjs
又加载a.mjs
,构成循环加载。执行a.mjs
,结果如下。
$ node --experimental-modules a.mjs
b.mjs
ReferenceError: foo is not defined
上面代码中,执行a.mjs
以后会报错,foo
变量未定义,这是为什么?
让我们一行行来看,ES6 循环加载是怎么处理的。首先,执行a.mjs
以后,引擎发现它加载了b.mjs
,因此会优先执行b.mjs
,然后再执行a.mjs
。接着,执行b.mjs
的时候,已知它从a.mjs
输入了foo
接口,这时不会去执行a.mjs
,而是认为这个接口已经存在了,继续往下执行。执行到第三行console.log(foo)
的时候,才发现这个接口根本没定义,因此报错。
解决这个问题的方法,就是让b.mjs
运行的时候,foo
已经有定义了。这可以通过将foo
写成函数来解决。
// a.mjs
import {bar} from './b';
console.log('a.mjs');
console.log(bar());
function foo() { return 'foo' }
export {foo};
// b.mjs
import {foo} from './a';
console.log('b.mjs');
console.log(foo());
function bar() { return 'bar' }
export {bar};
这时再执行a.mjs
就可以得到预期结果。
$ node --experimental-modules a.mjs
b.mjs
foo
a.mjs
bar
这是因为函数具有提升作用,在执行import {bar} from './b'
时,函数foo
就已经有定义了,所以b.mjs
加载的时候不会报错。这也意味着,如果把函数foo
改写成函数表达式,也会报错。
// a.mjs
import {bar} from './b';
console.log('a.mjs');
console.log(bar());
const foo = () => 'foo';
export {foo};
上面代码的第四行,改成了函数表达式,就不具有提升作用,执行就会报错。
我们再来看 ES6 模块加载器SystemJS给出的一个例子。
// even.js
import { odd } from './odd'
export var counter = 0;
export function even(n) {
counter++;
return n === 0 || odd(n - 1);
}
// odd.js
import { even } from './even';
export function odd(n) {
return n !== 0 && even(n - 1);
}
上面代码中,even.js
里面的函数even
有一个参数n
,只要不等于 0,就会减去 1,传入加载的odd()
。odd.js
也会做类似操作。
运行上面这段代码,结果如下。
$ babel-node
> import * as m from './even.js';
> m.even(10);
true
> m.counter
6
> m.even(20)
true
> m.counter
17
上面代码中,参数n
从 10 变为 0 的过程中,even()
一共会执行 6 次,所以变量counter
等于 6。第二次调用even()
时,参数n
从 20 变为 0,even()
一共会执行 11 次,加上前面的 6 次,所以变量counter
等于 17。
这个例子要是改写成 CommonJS,就根本无法执行,会报错。
// even.js
var odd = require('./odd');
var counter = 0;
exports.counter = counter;
exports.even = function (n) {
counter++;
return n == 0 || odd(n - 1);
}
// odd.js
var even = require('./even').even;
module.exports = function (n) {
return n != 0 && even(n - 1);
}
上面代码中,even.js
加载odd.js
,而odd.js
又去加载even.js
,形成“循环加载”。这时,执行引擎就会输出even.js
已经执行的部分(不存在任何结果),所以在odd.js
之中,变量even
等于undefined
,等到后面调用even(n - 1)
就会报错。
$ node
> var m = require('./even');
> m.even(10)
TypeError: even is not a function