Изискващи модули в Node.js: Всичко, което трябва да знаете

Актуализация: Тази статия вече е част от моята книга „Node.js отвъд основите“.

Прочетете актуализираната версия на това съдържание и повече за Node на jscomplete.com/node-beyond-basics .

Node използва два основни модула за управление на зависимостите на модулите:

  • В requireмодула, който се появява, за да бъде на разположение на глобалния обхват - няма нужда да require('require').
  • В moduleмодула, който също изглежда е достъпно на глобалния обхват - няма нужда да require('module').

Можете да мислите за requireмодула като команда, а moduleмодулът като организатор на всички необходими модули.

Изискването на модул в Node не е толкова сложно за концепция.

const config = require('/path/to/file');

Основният обект, експортиран от requireмодула, е функция (както е използвано в горния пример). Когато Node извика тази require()функция с локален файлов път като единствен аргумент на функцията, Node преминава през следната последователност от стъпки:

  • Решаване : За да се намери абсолютният път на файла.
  • Зареждане : За да определите типа на съдържанието на файла.
  • Опаковане : За да се даде на личния обхват на файла. Това прави requireи moduleобектите, и обектите локални за всеки файл, от който се нуждаем.
  • Оценка : Това е, което VM в крайна сметка прави с заредения код.
  • Кеширане : Така че когато отново се нуждаем от този файл, не преглеждаме всички стъпки друг път.

В тази статия ще се опитам да обясня с примери тези различни етапи и как те влияят на начина, по който пишем модули в Node.

Позволете ми първо да създам директория за хостване на всички примери, използвайки моя терминал:

mkdir ~/learn-node && cd ~/learn-node

Всички команди в останалата част на тази статия ще се изпълняват отвътре ~/learn-node.

Решаване на локален път

Позволете ми да ви запозная с moduleобекта. Можете да го проверите в проста сесия REPL:

~/learn-node $ node > module Module { id: '', exports: {}, parent: undefined, filename: null, loaded: false, children: [], paths: [ ... ] }

Всеки обект на модул получава idсвойство да го идентифицира. Това idобикновено е пълният път към файла, но в сесия REPL това е просто.

Модулите на възела имат връзка едно към едно с файлове във файловата система. Изискваме модул, като зареждаме съдържанието на файл в паметта.

Тъй като обаче Node позволява много начини да се изисква файл (например с относителен път или предварително конфигуриран път), преди да можем да заредим съдържанието на файл в паметта, трябва да намерим абсолютното местоположение на този файл.

Когато се нуждаем от 'find-me'модул, без да се посочва път:

require('find-me');

Node ще търси find-me.jsвъв всички пътища, посочени от module.paths- по ред.

~/learn-node $ node > module.paths [ '/Users/samer/learn-node/repl/node_modules', '/Users/samer/learn-node/node_modules', '/Users/samer/node_modules', '/Users/node_modules', '/node_modules', '/Users/samer/.node_modules', '/Users/samer/.node_libraries', '/usr/local/Cellar/node/7.7.1/lib/node' ]

Списъкът с пътища е основно списък с директории node_modules под всяка директория от текущата директория до основната директория. Той също така включва няколко наследени директории, чиято употреба не се препоръчва.

Ако Node не може да намери find-me.jsв нито един от тези пътища, той ще изведе „не може да намери грешка в модула“.

~/learn-node $ node > require('find-me') Error: Cannot find module 'find-me' at Function.Module._resolveFilename (module.js:470:15) at Function.Module._load (module.js:418:25) at Module.require (module.js:498:17) at require (internal/module.js:20:19) at repl:1:1 at ContextifyScript.Script.runInThisContext (vm.js:23:33) at REPLServer.defaultEval (repl.js:336:29) at bound (domain.js:280:14) at REPLServer.runBound [as eval] (domain.js:293:12) at REPLServer.onLine (repl.js:533:10)

Ако сега създадете локална node_modulesдиректория и поставите find-me.jsтам, require('find-me')редът ще я намери.

~/learn-node $ mkdir node_modules ~/learn-node $ echo "console.log('I am not lost');" > node_modules/find-me.js ~/learn-node $ node > require('find-me'); I am not lost {} >

Ако друг find-me.jsфайл е съществувал в някой от другите пътища, например, ако имаме node_modulesдиректория под домашната директория и имаме различен find-me.jsфайл там:

$ mkdir ~/node_modules $ echo "console.log('I am the root of all problems');" > ~/node_modules/find-me.js

Когато сме require('find-me')от learn-nodeдиректорията - която има своя собствена node_modules/find-me.js, find-me.jsфайлът под домашната директория изобщо няма да бъде зареден:

~/learn-node $ node > require('find-me') I am not lost {} >

Ако премахнем локалната node_modulesдиректория под ~/learn-nodeи се опитаме да изискаме find-meоще веднъж, node_modulesще се използва файлът под домашната директория:

~/learn-node $ rm -r node_modules/ ~/learn-node $ node > require('find-me') I am the root of all problems {} >

Изисква се папка

Модулите не трябва да бъдат файлове. Също така можем да създадем find-meпапка node_modulesи да поставим index.jsфайл там. Същият require('find-me')ред ще използва index.jsфайла на тази папка :

~/learn-node $ mkdir -p node_modules/find-me ~/learn-node $ echo "console.log('Found again.');" > node_modules/find-me/index.js ~/learn-node $ node > require('find-me'); Found again. {} >

Обърнете внимание как тя отново игнорира пътя на домашната директория, node_modulesтъй като сега имаме локална.

Един index.jsфайл ще се използва по подразбиране, когато имаме нужда папка, но ние можем да контролираме това, което името на файла да се започне с по папката с помощта на mainимущество package.json. Например, за да накараме require('find-me')реда да се разреши на различен файл под find-meпапката, всичко, което трябва да направим, е да добавим package.jsonфайл там и да посочим кой файл да се използва за разрешаване на тази папка:

~/learn-node $ echo "console.log('I rule');" > node_modules/find-me/start.js ~/learn-node $ echo '{ "name": "find-me-folder", "main": "start.js" }' > node_modules/find-me/package.json ~/learn-node $ node > require('find-me'); I rule {} >

изискват.разрешаване

Ако искате да разрешите само модула, а не да го изпълните, можете да използвате require.resolveфункцията. Това се държи точно по същия начин като основната requireфункция, но не зарежда файла. Все пак ще изведе грешка, ако файлът не съществува и ще върне пълния път към файла, когато бъде намерен.

> require.resolve('find-me'); '/Users/samer/learn-node/node_modules/find-me/start.js' > require.resolve('not-there'); Error: Cannot find module 'not-there' at Function.Module._resolveFilename (module.js:470:15) at Function.resolve (internal/module.js:27:19) at repl:1:9 at ContextifyScript.Script.runInThisContext (vm.js:23:33) at REPLServer.defaultEval (repl.js:336:29) at bound (domain.js:280:14) at REPLServer.runBound [as eval] (domain.js:293:12) at REPLServer.onLine (repl.js:533:10) at emitOne (events.js:101:20) at REPLServer.emit (events.js:191:7) >

Това може да се използва, например, за да се провери дали е инсталиран незадължителен пакет или не и да се използва само когато е наличен.

Относителни и абсолютни пътища

Освен разрешаването на модули от node_modulesдиректориите, ние също можем да поставим модула навсякъде, където пожелаем, и да го изискваме или с относителни пътища ( ./и ../), или с абсолютни пътища, започвайки с /.

Ако например find-me.jsфайлът е бил в libпапка вместо в node_modulesпапката, можем да го изискаме с:

require('./lib/find-me');

Връзка родител-дете между файлове

Създайте lib/util.jsфайл и добавете console.logред там, за да го идентифицирате. Също така console.logсамият moduleобект:

~/learn-node $ mkdir lib ~/learn-node $ echo "console.log('In util', module);" > lib/util.js

Направете същото за index.jsфайл, което ще изпълним с командата node. Направете този index.jsфайл да изисква lib/util.js:

~/learn-node $ echo "console.log('In index', module); require('./lib/util');" > index.js

Сега изпълнете index.jsфайла с възел:

~/learn-node $ node index.js In index Module { id: '.', exports: {}, parent: null, filename: '/Users/samer/learn-node/index.js', loaded: false, children: [], paths: [ ... ] } In util Module { id: '/Users/samer/learn-node/lib/util.js', exports: {}, parent: Module { id: '.', exports: {}, parent: null, filename: '/Users/samer/learn-node/index.js', loaded: false, children: [ [Circular] ], paths: [...] }, filename: '/Users/samer/learn-node/lib/util.js', loaded: false, children: [], paths: [...] }

Обърнете внимание как основният indexмодул (id: '.')сега е посочен като родител за lib/utilмодула. Въпреки това, lib/utilмодулът не е бил регистриран като дете на indexмодула. Вместо това имаме [Circular]стойността там, защото това е кръгова препратка. Ако Node отпечата lib/utilобекта на модула, той ще влезе в безкраен цикъл. Ето защо той просто замества lib/utilпрепратката с [Circular].

По-важното сега е, какво се случва, ако lib/utilмодулът се нуждае от основния indexмодул? Тук влизаме в това, което е известно като кръгова модулна зависимост, която е разрешена в Node.

За да го разберем по-добре, нека първо разберем няколко други концепции за обекта на модула.

износ, module.exports и синхронно зареждане на модули

In any module, exports is a special object. If you’ve noticed above, every time we’ve printed a module object, it had an exports property which has been an empty object so far. We can add any attribute to this special exports object. For example, let’s export an id attribute for index.js and lib/util.js:

// Add the following line at the top of lib/util.js exports.id = 'lib/util'; // Add the following line at the top of index.js exports.id = 'index';

When we now execute index.js, we’ll see these attributes as managed on each file’s module object:

~/learn-node $ node index.js In index Module { id: '.', exports: { id: 'index' }, loaded: false, ... } In util Module { id: '/Users/samer/learn-node/lib/util.js', exports: { id: 'lib/util' }, parent: Module { id: '.', exports: { id: 'index' }, loaded: false, ... }, loaded: false, ... }

I’ve removed some attributes in the above output to keep it brief, but note how the exports object now has the attributes we defined in each module. You can put as many attributes as you want on that exports object, and you can actually change the whole object to be something else. For example, to change the exports object to be a function instead of an object, we do the following:

// Add the following line in index.js before the console.log module.exports = function() {};

When you run index.js now, you’ll see how the exports object is a function:

~/learn-node $ node index.js In index Module { id: '.', exports: [Function], loaded: false, ... }

Note how we did not do exports = function() {} to make the exports object into a function. We can’t actually do that because the exports variable inside each module is just a reference to module.exports which manages the exported properties. When we reassign the exports variable, that reference is lost and we would be introducing a new variable instead of changing the module.exports object.

The module.exports object in every module is what the require function returns when we require that module. For example, change the require('./lib/util') line in index.js into:

const UTIL = require('./lib/util'); console.log('UTIL:', UTIL);

The above will capture the properties exported in lib/util into the UTIL constant. When we run index.js now, the very last line will output:

UTIL: { id: 'lib/util' }

Let’s also talk about the loaded attribute on every module. So far, every time we printed a module object, we saw a loaded attribute on that object with a value of false.

The module module uses the loaded attribute to track which modules have been loaded (true value) and which modules are still being loaded (false value). We can, for example, see the index.js module fully loaded if we print its module object on the next cycle of the event loop using a setImmediate call:

// In index.js setImmediate(() => { console.log('The index.js module object is now loaded!', module) });

The output of that would be:

The index.js module object is now loaded! Module { id: '.', exports: [Function], parent: null, filename: '/Users/samer/learn-node/index.js', loaded: true, children: [ Module { id: '/Users/samer/learn-node/lib/util.js', exports: [Object], parent: [Circular], filename: '/Users/samer/learn-node/lib/util.js', loaded: true, children: [], paths: [Object] } ], paths: [ '/Users/samer/learn-node/node_modules', '/Users/samer/node_modules', '/Users/node_modules', '/node_modules' ] }

Note how in this delayed console.log output both lib/util.js and index.js are fully loaded.

The exports object becomes complete when Node finishes loading the module (and labels it so). The whole process of requiring/loading a module is synchronous. That’s why we were able to see the modules fully loaded after one cycle of the event loop.

This also means that we cannot change the exports object asynchronously. We can’t, for example, do the following in any module:

fs.readFile('/etc/passwd', (err, data) => { if (err) throw err; exports.data = data; // Will not work. });

Circular module dependency

Let’s now try to answer the important question about circular dependency in Node: What happens when module 1 requires module 2, and module 2 requires module 1?

To find out, let’s create the following two files under lib/, module1.js and module2.js and have them require each other:

// lib/module1.js exports.a = 1; require('./module2'); exports.b = 2; exports.c = 3; // lib/module2.js const Module1 = require('./module1'); console.log('Module1 is partially loaded here', Module1);

When we run module1.js we see the following:

~/learn-node $ node lib/module1.js Module1 is partially loaded here { a: 1 }

We required module2 before module1 was fully loaded, and since module2 required module1 while it wasn’t fully loaded, what we get from the exports object at that point are all the properties exported prior to the circular dependency. Only the a property was reported because both b and c were exported after module2 required and printed module1.

Node keeps this really simple. During the loading of a module, it builds the exports object. You can require the module before it’s done loading and you’ll just get a partial exports object with whatever was defined so far.

JSON and C/C++ addons

We can natively require JSON files and C++ addon files with the require function. You don’t even need to specify a file extension to do so.

If a file extension was not specified, the first thing Node will try to resolve is a .js file. If it can’t find a .js file, it will try a .json file and it will parse the .json file if found as a JSON text file. After that, it will try to find a binary .node file. However, to remove ambiguity, you should probably specify a file extension when requiring anything other than .js files.

Requiring JSON files is useful if, for example, everything you need to manage in that file is some static configuration values, or some values that you periodically read from an external source. For example, if we had the following config.json file:

{ "host": "localhost", "port": 8080 }

We can require it directly like this:

const { host, port } = require('./config'); console.log(`Server will run at //${host}:${port}`);

Running the above code will have this output:

Server will run at //localhost:8080

If Node can’t find a .js or a .json file, it will look for a .node file and it would interpret the file as a compiled addon module.

The Node documentation site has a sample addon file which is written in C++. It’s a simple module that exposes a hello() function and the hello function outputs “world.”

You can use the node-gyp package to compile and build the .cc file into a .node file. You just need to configure a binding.gyp file to tell node-gyp what to do.

Once you have the addon.node file (or whatever name you specify in binding.gyp) then you can natively require it just like any other module:

const addon = require('./addon'); console.log(addon.hello());

We can actually see the support of the three extensions by looking at require.extensions.

Looking at the functions for each extension, you can clearly see what Node will do with each. It uses module._compile for .js files, JSON.parse for .json files, and process.dlopen for .node files.

All code you write in Node will be wrapped in functions

Node’s wrapping of modules is often misunderstood. To understand it, let me remind you about the exports/module.exports relation.

We can use the exports object to export properties, but we cannot replace the exports object directly because it’s just a reference to module.exports

exports.id = 42; // This is ok. exports = { id: 42 }; // This will not work. module.exports = { id: 42 }; // This is ok.

How exactly does this exports object, which appears to be global for every module, get defined as a reference on the module object?

Let me ask one more question before explaining Node’s wrapping process.

In a browser, when we declare a variable in a script like this:

var answer = 42;

That answer variable will be globally available in all scripts after the script that defined it.

This is not the case in Node. When we define a variable in one module, the other modules in the program will not have access to that variable. So how come variables in Node are magically scoped?

The answer is simple. Before compiling a module, Node wraps the module code in a function, which we can inspect using the wrapper property of the module module.

~ $ node > require('module').wrapper [ '(function (exports, require, module, __filename, __dirname) { ', '\n});' ] >

Node does not execute any code you write in a file directly. It executes this wrapper function which will have your code in its body. This is what keeps the top-level variables that are defined in any module scoped to that module.

This wrapper function has 5 arguments: exports, require, module, __filename, and __dirname. This is what makes them appear to look global when in fact they are specific to each module.

All of these arguments get their values when Node executes the wrapper function. exports is defined as a reference to module.exports prior to that. require and module are both specific to the function to be executed, and __filename/__dirname variables will contain the wrapped module’s absolute filename and directory path.

You can see this wrapping in action if you run a script with a problem on its first line:

~/learn-node $ echo "euaohseu" > bad.js ~/learn-node $ node bad.js ~/bad.js:1 (function (exports, require, module, __filename, __dirname) { euaohseu ^ ReferenceError: euaohseu is not defined

Note how the first line of the script as reported above was the wrapper function, not the bad reference.

Moreover, since every module gets wrapped in a function, we can actually access that function’s arguments with the arguments keyword:

~/learn-node $ echo "console.log(arguments)" > index.js ~/learn-node $ node index.js { '0': {}, '1': { [Function: require] resolve: [Function: resolve], main: Module { id: '.', exports: {}, parent: null, filename: '/Users/samer/index.js', loaded: false, children: [], paths: [Object] }, extensions: { ... }, cache: { '/Users/samer/index.js': [Object] } }, '2': Module { id: '.', exports: {}, parent: null, filename: '/Users/samer/index.js', loaded: false, children: [], paths: [ ... ] }, '3': '/Users/samer/index.js', '4': '/Users/samer' }

The first argument is the exports object, which starts empty. Then we have the require/module objects, both of which are instances that are associated with the index.js file that we’re executing. They are not global variables. The last 2 arguments are the file’s path and its directory path.

The wrapping function’s return value is module.exports. Inside the wrapped function, we can use the exports object to change the properties of module.exports, but we can’t reassign exports itself because it’s just a reference.

What happens is roughly equivalent to:

function (require, module, __filename, __dirname) { let exports = module.exports; // Your Code... return module.exports; }

If we change the whole exports object, it would no longer be a reference to module.exports. This is the way JavaScript reference objects work everywhere, not just in this context.

The require object

There is nothing special about require. It’s an object that acts mainly as a function that takes a module name or path and returns the module.exports object. We can simply override the require object with our own logic if we want to.

For example, maybe for testing purposes, we want every require call to be mocked by default and just return a fake object instead of the required module exports object. This simple reassignment of require will do the trick:

require = function() { return { mocked: true }; }

After doing the above reassignment of require, every require('something') call in the script will just return the mocked object.

The require object also has properties of its own. We’ve seen the resolve property, which is a function that performs only the resolving step of the require process. We’ve also seen require.extensions above.

There is also require.main which can be helpful to determine if the script is being required or run directly.

Say, for example, that we have this simple printInFrame function in print-in-frame.js:

// In print-in-frame.js const printInFrame = (size, header) => { console.log('*'.repeat(size)); console.log(header); console.log('*'.repeat(size)); };

The function takes a numeric argument size and a string argument header and it prints that header in a frame of stars controlled by the size we specify.

We want to use this file in two ways:

  1. From the command line directly like this:
~/learn-node $ node print-in-frame 8 Hello

Passing 8 and Hello as command line arguments to print “Hello” in a frame of 8 stars.

2. With require. Assuming the required module will export the printInFrame function and we can just call it:

const print = require('./print-in-frame'); print(5, 'Hey');

To print the header “Hey” in a frame of 5 stars.

Those are two different usages. We need a way to determine if the file is being run as a stand-alone script or if it is being required by other scripts.

This is where we can use this simple if statement:

if (require.main === module) { // The file is being executed directly (not with require) }

So we can use this condition to satisfy the usage requirements above by invoking the printInFrame function differently:

// In print-in-frame.js const printInFrame = (size, header) => { console.log('*'.repeat(size)); console.log(header); console.log('*'.repeat(size)); }; if (require.main === module) { printInFrame(process.argv[2], process.argv[3]); } else { module.exports = printInFrame; }

When the file is not being required, we just call the printInFrame function with process.argv elements. Otherwise, we just change the module.exports object to be the printInFrame function itself.

All modules will be cached

Caching is important to understand. Let me use a simple example to demonstrate it.

Say that you have the following ascii-art.js file that prints a cool looking header:

We want to display this header every time we require the file. So when we require the file twice, we want the header to show up twice.

require('./ascii-art') // will show the header. require('./ascii-art') // will not show the header.

The second require will not show the header because of modules’ caching. Node caches the first call and does not load the file on the second call.

We can see this cache by printing require.cache after the first require. The cache registry is simply an object that has a property for every required module. Those properties values are the module objects used for each module. We can simply delete a property from that require.cache object to invalidate that cache. If we do that, Node will re-load the module to re-cache it.

However, this is not the most efficient solution for this case. The simple solution is to wrap the log line in ascii-art.js with a function and export that function. This way, when we require the ascii-art.js file, we get a function that we can execute to invoke the log line every time:

require('./ascii-art')() // will show the header. require('./ascii-art')() // will also show the header.

That’s all I have for this topic. Thanks for reading. Until next time!

Learning React or Node? Checkout my books:

  • Learn React.js by Building Games
  • Node.js Beyond the Basics