【 js 模块加载 】深入学习模块化加载（node.js 模块源码）

文章提纲：

　　第一部分：介绍模块规范及之间区别

　　第二部分：以 node.js 实现模块化规范 源码，深入学习。

一、模块规范

说到模块化加载，就不得先说一说模块规范。模块规范是用来约束每个模块，让其必须按照一定的格式编写。AMD,CMD,CommonJS 是目前最常用的三种模块化书写规范。 

1、AMD（Asynchronous Module Definition）：异步模块定义，所谓异步是指模块和模块的依赖可以被异步加载，他们的加载不会影响它后面语句的运行。有效避免了采用同步加载方式中导致的页面假死现象。AMD代表：RequireJS。

 

它主要有两个接口：define 和 require。define 是模块开发者关注的方法，而 require 则是模块使用者关注的方法。 

      1.1、define() 函数：

define(id?, dependencies?, factory);
//id ：可选参数，它指的是模块的名字。
//dependencies：可选参数，定义中模块所依赖模块的数组。
//factory：模块初始化要执行的函数或对象

需要注意的是，dependencies有多少个元素，factory就有多少个传参，位置一一对应。

使用栗子：

 define("alpha", ["require", "exports", "beta"], function (require, exports, beta) {
     exports.verb = function() {
         return beta.verb();
         //Or:
         //return require("beta").verb();
     }
 });

      1.2、require() 函数

require([module], callback);
//module：一个数组，里面的成员就是要加载的模块.
//callback：模块加载成功之后的回调函数。

需要注意的是 ，module 有多少个元素，callback 就有多少个传参，位置一一对应。

使用的栗子:

require(["a","b","c"],function(a,b,c){
    //code here
});

具体的使用详细,大家可以去官网学习：https://github.com/amdjs/amdjs-api/wiki/AMD-(%E4%B8%AD%E6%96%87%E7%89%88)

2、CMD（Common Module Definition）：通用模块定义，本质上也是异步的加载模块，采用的是懒加载方式即按需加载。CMD代表：SeaJS。

 

它主要有一个接口：define 是模块开发者关注的方法。

define(factory);
//factory：模块初始化要执行的函数或对象，为函数时，表示是模块的构造方法。
//执行该构造方法，可以得到模块向外提供的接口。
//factory 方法在执行时，默认会传入三个参数：require、exports 和 module。
//其中require用来获取其他模块提供的接口，exports用来向外提供模块接口，module是一个对象，上面存储了与当前模块相关联的一些属性和方法。

使用的栗子：

 define(function(require, exports, module) {
     var a = require('./a')
     a.doSomething()
     // 此处略去 100 行
     var b = require('./b') // 依赖可以就近书写
     b.doSomething()
     // …
     // 对外提供 doSomething 方法
     exports.doSomething = function() {};
 });

而调用CMD编写的模块的方法是:

 seajs.use("a")//调用a模块
 //这里就设计到SeaJS的使用了：
 //- 引入sea.js的库
 //- 如何变成模块？
 //      - define
 //- 如何调用模块？
 //      -sea.js.use
 //- 如何依赖模块？
 //      -require

具体的使用详细，建议大家可以去官网学习：https://github.com/seajs/seajs/issues/242

 

 

3、CommonJS ：采用同步加载模块的方式，也就是说只有加载完成，才能执行后面的操作。CommonJS 代表：Node 应用中的模块，通俗的说就是你用 npm 安装的模块。

它使用 require 引用和加载模块，exports 定义和导出模块，module 标识模块。使用 require 时需要去读取并执行该文件，然后返回 exports 导出的内容。

  //定义模块 math.js
  var random=Math.random()*10;
  function printRandom(){
      console.log(random)
  }

  function printIntRandom(){
      console.log(Math.floor(random))
  }
  //模块输出
  module.exports={
      printRandom:printRandom,
      printIntRandom:printIntRandom
  }
  //加载模块 math.js
  var math=require('math')
  //调用模块提供的方法
  math.printIntRandom()
  math.printRandom()

4、模块规范之间的区别

     A、首先说一下 CommonJS与其它两种的区别：CommonJS采用的就是同步加载方式，而其它两种都是异步的。

　　　举个栗子：

commonJS中：

 var math = require('math');
 math.add(2, 3);

第二行 math.add(2, 3)，在第一行 require('math') 之后运行，因此必须等 math.js 加载完成。也就是说，如果加载时间很长，整个应用就会停在那里等。

AMD中：

 require(['math'], function (math) {
 　　math.add(2, 3);
 });

 console.log("222");

这个是不会阻遏后面语句的执行的，等到什么时候 math 模块加载出来进行回调函数就可以了。

PS：由于 Node.js 主要用于服务器编程，模块文件一般都已经存在于本地硬盘，所以加载起来比较快，不用考虑非同步加载的方式，所以 CommonJS 规范比较适用。但是，如果是浏览器环境，要从服务器端加载模块，这时就必须采用非同步模式，因此浏览器端一般采用 AMD 规范。

 

     B、再说一下 AMD 和 CMD 的区别：

最主要的区别就是执行模块的机制大不一样：

SeaJS(CMD) 对模块的态度是懒执行, 而 RequireJS(AMD) 对模块的态度是预执行。

SeaJS 只会在真正需要使用(依赖)模块时才执行该模块。执行模块的顺序也是严格按照模块在代码中出现(require)的顺序。

而 RequireJS 会先尽早地执行(依赖)模块, 相当于所有的 require 都被提前了, 而且模块执行的顺序也不一定100%按照顺序。 

　　

如果大家没有明白，可以参考文章：https://www.douban.com/note/283566440/  有栗子，更形象。 

 

二、深入学习模块化加载

 

下面从源码深入了解一下所谓的模块加载系统到底是如何运作的。

因为现在工作中用的大部分模块都是 node_modules 也就是 CommonJS 模块规范，所以我就以 node.js 实现模块的源码来分析：

 

前提知识：

      知识点一：主入口文件 即主模块。在 require 方法中引用的 Module._load(path,parent,isMain)，第三个参数 isMain 表示是不是主入口文件。对于 foo.js 文件，如果通过 node foo.js 运行则为 true，但如果通过 require('./foo') 运行则为 false。

     知识点二：涉及到的模块类型:

　　　　　1、核心模块：指的 lib 目录下排除 lib/internal 文件下的模块。是那些被编译进 Node 的二进制模块，它们被预置在 Node 中，提供 Node 的基本功能，如fs、http、https等。核心模块使用 C/C++ 实现，外部使用 JS 封装。要加载核心模块，直接在代码文件中使用 require() 方法即可，参数为模块名称，Node 将自动从核心模块文件夹中进行加载。注意加载核心模块只能用模块名。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。

　　　　　2、内部模块：指的是 lib/internal 文件夹下的模块，这些模块仅仅供 Node.js 核心的内部使用，不能被外部使用。

 

通常我们在使用一个模块的时候在 js 中都是这样引用的：

var math = require('math');
math.add(2, 3);

从 require 方法本身是如何实现的入手，一步一步看：（代码全部来自 node.js [https://github.com/nodejs/node] 源码）

require 方法封装在 node 源码中的 lib 文件夹里的 module.js 中

 // Loads a module at the given file path. Returns that module's
 // `exports` property.
 // 给定一个模块目录，返回该模块的 exports 属性
 Module.prototype.require = function(path) {
   // assert() 头部引入，主要用于断言，如果表达式不符合预期，就抛出一个错误。
   // assert方法接受两个参数，当第一个参数对应的布尔值为true时，不会有任何提示，返回undefined。
   // 当第一个参数对应的布尔值为false时，会抛出一个错误，该错误的提示信息就是第二个参数设定的字符串。
   assert(path, 'missing path');  //断言是否有path
   assert(typeof path === 'string', 'path must be a string'); //断言 path是否是个字符串

   return Module._load(path, this, /* isMain */ false);  //require方法主要是为了引出_load方法。
   //_load函数三个参数： path 当前加载的模块名称,parent 父亲模块，其实是谁导入了该模块，
   // /* isMain */ false  是不是主入口文件
 };

require 中调用了 Module._load()方法：

 // Check the cache for the requested file.
 // 1. If a module already exists in the cache: return its exports object.
 // 2. If the module is native: call `NativeModule.require()` with the
 //    filename and return the result.
 // 3. Otherwise, create a new module for the file and save it to the cache.
 //    Then have it load  the file contents before returning its exports
 //    object.
 // 从缓存中查找所要加载的模块
 // 1. 如果一个模块已经存在于缓存中：直接返回它的exports对象
 // 2. 如果模块是一个本地模块，调用'NativeModule.require()'方法，filename作为参数，并返回结果
 // 3. 否则，使用这个文件创建一个新模块并把它加入缓存中。在加载它只会返回exports对象。
 // _load函数三个参数： path 当前加载的模块名称,parent 父亲模块，/* isMain */ false  是不是主入口文件
 Module._load = function(request, parent, isMain) {
   if (parent) {
       //头部引入了 Module._debug = util.debuglog('module');const debug = Module._debug;
     // 这个方法用来打印出调试信息,具体可以看 https://chyingp.gitbooks.io/nodejs/%E6%A8%A1%E5%9D%97/util.html
     debug('Module._load REQUEST %s parent: %s', request, parent.id); 

   }

   // 找到当前的需要解析的文件名
   var filename = Module._resolveFilename(request, parent, isMain);

   //如果已经有的缓存，直接返回缓存的exports
   var cachedModule = Module._cache[filename];
   if (cachedModule) {
     return cachedModule.exports;
   }

   //如果模块是一个内部模块，调用内部方法'NativeModule.require()'方法，filename作为参数，并返回结果
   if (NativeModule.nonInternalExists(filename)) {
     debug('load native module %s', request);
     return NativeModule.require(filename);
   }

   //创建一个新模块
   var module = new Module(filename, parent);

   //是否为主模块，
   if (isMain) {
     //主模块的话，需要将当前的module赋值给process.mainModule
     process.mainModule = module;
     //主模块的id特殊的赋值为"."
     module.id = '.';
   }

   //并把新模块加入缓存中
   Module._cache[filename] = module;

   //尝试导入模块的操作
   tryModuleLoad(module, filename);

   // 返回新创建模块中的exports,也就是暴露在外面的方法属性等。
   return module.exports;
 };

Module._load 中调用了 Module._resolveFilename() 方法

 // 负责具体filename的文件查找
 // 参数 request 当前加载的模块名称,parent 父亲模块，/* isMain */ false  是不是主入口文件
 Module._resolveFilename = function(request, parent, isMain) { 

   //NativeModule用于管理js模块，头部引入的。
   //NativeModule.nonInternalExists()用来判断是否是原生模块且不是内部模块，
   //所谓内部模块就是指 lib/internal 文件目录下的模块，像fs等。
   //满足 是原生模块且不是内部模块,则直接返回 当前加载的模块名称request。
   if (NativeModule.nonInternalExists(request)) {
     return request;
   }

   // Module._resolveLookupPaths()函数返回一个数组[id , paths],
   // paths是一个 可能 包含这个模块的文件夹路径(绝对路径)数组
   var paths = Module._resolveLookupPaths(request, parent, true);

   // look up the filename first, since that's the cache key.
   // 确定哪一个路径为真，并且添加到缓存中
   var filename = Module._findPath(request, paths, isMain);

   // 如果没有找到模块，报错
   if (!filename) {
     var err = new Error(`Cannot find module '${request}'`);
     err.code = 'MODULE_NOT_FOUND';
     throw err;
   }

   // 找到模块则直接返回
   return filename;
 };

Module._resolveFilename 调用了 Module._resolveLookupPaths() 方法 和 Module._findPath() 方法。

这两个方法主要是对模块路径的查找，这里要说一下 node 模块路径解析，方便对下面两个函数的理解，大家可以对照着理解。

根据require函数的参数形式的不同，比如说直接引一个文件名 require("moduleA")，或者是路径require("./moduleA")等,查找方式会有一些变化：

从 Y 路径的模块 require(X)
1. 如果 X 是一个核心模块，
    a. 返回核心模块 //核心模块是指node.js下lib的内容
    b. 结束
2. 如果 X 是以 './' 或 '/' 或 '../' 开头
    a. 加载文件(Y + X)
    b. 加载目录(Y + X)
3. 加载Node模块(X, dirname(Y)) // 导入一个NODE_MODULE，返回
4. 抛出 "未找到" // 上述都没找到，直接排出没找到的异常。

加载文件(X)
1. 如果 X 是一个文件，加载 X 作为 JavaScript 文本。结束
2. 如果 X.js 是一个文件，加载 X.js 作为 JavaScript 文本。结束
3. 如果 X.json 是一个文件，解析 X.json 成一个 JavaScript 对象。结束
4. 如果 X.node 是一个文件，加载 X.node 作为二进制插件。结束 

加载目录(X)
1. 如果 X/package.json 是一个文件，
    a. 解析 X/package.json，查找 "main" 字段
    b. let M = X + (json main 字段)
    c. 加载文件(M)
2. 如果 X/index.js 是一个文件，加载  X/index.js 作为 JavaScript 文本。结束
3. 如果 X/index.json 是一个文件，解析 X/index.json 成一个 JavaScript 对象。结束
4. 如果 X/index.node 是一个文件，加载  X/index.node 作为二进制插件。结束 

加载Node模块(X, START)
1. let DIRS=NODE_MODULES_PATHS(START) //得到 node_module 文件目录
2. for each DIR in DIRS: // 遍历所有的路径 直到找到 x ，x 可能是 文件或者是目录
    a. 加载文件(DIR/X)
    b. 加载目录(DIR/X) 

NODE_MODULES_PATHS(START) //具体NODE_MODULES文件目录算法
1. let PARTS = path split(START)
2. let I = count of PARTS - 1
3. let DIRS = []
4. while I >= 0,
    a. if PARTS[I] = "node_modules" CONTINUE
    b. DIR = path join(PARTS[0 .. I] + "node_modules")
    c. DIRS = DIRS + DIR
    d. let I = I - 1 5. return DIRS

1、Module._resolveLookupPaths() 方法

 // 'index.' character codes
 var indexChars = [ 105, 110, 100, 101, 120, 46 ];
 var indexLen = indexChars.length;
 //_resolveLookupPaths() 方法用来查找模块，返回一个数组，数组第一项为模块名称即request，数组第二项返回一个可能包含这个模块的文件夹路径数组
 //
 //处理了如下几种情况：
 // 1、是原生模块且不是内部模块
 // 2、如果路径不以"./" 或者'..'开头或者只有一个字符串，即是引用模块名的方式，即require('moduleA');
 //   2.1以 '/' 为前缀的模块是文件的绝对路径。 例如，require('/home/marco/foo.js') 会加载 /home/marco/foo.js 文件。
 //   2.2以 './' 为前缀的模块是相对于调用 require() 的文件的。 也就是说，circle.js 必须和 foo.js 在同一目录下以便于 require('./circle') 找到它。
 //   2.3当没有以 '/'、'./' 或 '../' 开头来表示文件时，这个模块必须是一个核心模块或加载自 node_modules 目录。
 Module._resolveLookupPaths = function(request, parent, newReturn) { //request 当前加载的模块名称,parent 父亲模块

   //NativeModule用于管理js模块，头部引入的。
   //NativeModule.nonInternalExists()用来判断是否是原生模块且不是内部模块，所谓内部模块就是指 lib/internal 文件目录下的模块，像fs等。
   if (NativeModule.nonInternalExists(request)) {
     debug('looking for %j in []', request);

     //满足 是原生模块且不是内部模块，也就是说是node.js下lib文件夹下的模块，
     //但不包含lib/internal 文件目录下的模块，并且newReturn 为true，则返回null ，
     //如果newReturn 为false 则返回［request, []］。
     return (newReturn ? null : [request, []]);
   }

   // Check for relative path
   // 检查相关路径
   // 如果路径不以"./"或者'..'开头或者只有一个字符串，即是引用模块名的方式，即require('moduleA');
   if (request.length < 2 ||
       request.charCodeAt(0) !== 46/*.*/ ||
       (request.charCodeAt(1) !== 46/*.*/ &&
        request.charCodeAt(1) !== 47/*/*/)) {
       //全局变量,在Module._initPaths 函数中赋值的变量,modulePaths记录了全局加载依赖的根目录
     var paths = modulePaths; 

     // 设置一下父亲的路径，其实就是谁导入了当前模块
     if (parent) {
       if (!parent.paths)
         paths = parent.paths = [];
       else
         paths = parent.paths.concat(paths);
     }

     // Maintain backwards compat with certain broken uses of require('.')
     // by putting the module's directory in front of the lookup paths.
     // 如果只有一个字符串，且是 .
     if (request === '.') {
       if (parent && parent.filename) {
         paths.unshift(path.dirname(parent.filename));
       } else {
         paths.unshift(path.resolve(request));
       }
     }

     debug('looking for %j in %j', request, paths);

     //直接返回
     return (newReturn ? (paths.length > 0 ? paths : null) : [request, paths]);
   }

   // with --eval, parent.id is not set and parent.filename is null
   // 处理父亲模块为空的情况
   if (!parent || !parent.id || !parent.filename) {
     // make require('./path/to/foo') work - normally the path is taken
     // from realpath(__filename) but with eval there is no filename
     // 生成新的目录， 在系统目录 modulePaths，当前目录 和 "node_modules" 作为候选的路径
     var mainPaths = ['.'].concat(Module._nodeModulePaths('.'), modulePaths);

     debug('looking for %j in %j', request, mainPaths);
     //直接返回
     return (newReturn ? mainPaths : [request, mainPaths]);
   }

   // Is the parent an index module?
   // We can assume the parent has a valid extension,
   // as it already has been accepted as a module.
   // 处理父亲模块是否为index模块，即 path/index.js 或者 X/index.json等 带有index字样的module
   const base = path.basename(parent.filename); // path.basename()返回路径中的最后一部分
   var parentIdPath;
   if (base.length > indexLen) {
     var i = 0;

     //检查 引入的模块名中是否有 "index." 字段，如果有, i === indexLen。
     for (; i < indexLen; ++i) {
       if (indexChars[i] !== base.charCodeAt(i))
         break;
     }

     // 匹配 "index." 成功，查看是否有多余字段以及剩余部分的匹配情况
     if (i === indexLen) {
       // We matched 'index.', let's validate the rest
       for (; i < base.length; ++i) {
         const code = base.charCodeAt(i);

         // 如果模块名中有  除了 _, 0-9,A-Z,a-z 的字符 则跳出，继续下一次循环
         if (code !== 95/*_*/ &&
             (code < 48/**/ || code > 57/**/) &&
             (code < 65/*A*/ || code > 90/*Z*/) &&
             (code < 97/*a*/ || code > 122/*z*/))
           break;
       }

       if (i === base.length) {
         // Is an index module
         parentIdPath = parent.id;
       } else {
         // Not an index module
         parentIdPath = path.dirname(parent.id); //path.dirname() 返回路径中代表文件夹的部分
       }
     } else {
       // Not an index module
       parentIdPath = path.dirname(parent.id);
     }
   } else {
     // Not an index module
     parentIdPath = path.dirname(parent.id);
   }

   //拼出绝对路径
   //path.resolve([from ...], to) 将 to 参数解析为绝对路径。
   //eg:path.resolve('/foo/bar', './baz') 输出'/foo/bar/baz'
   var id = path.resolve(parentIdPath, request);  

   // make sure require('./path') and require('path') get distinct ids, even
   // when called from the toplevel js file
   // 确保require('./path')和require('path')两种形式的，获得不同的 ids
   if (parentIdPath === '.' && id.indexOf('/') === -1) {
     id = './' + id;
   }

   debug('RELATIVE: requested: %s set ID to: %s from %s', request, id,
         parent.id);
   //path.dirname() 返回路径中代表文件夹的部分
   var parentDir = [path.dirname(parent.filename)]; 

   debug('looking for %j in %j', id, parentDir);

   // 当我们以"./" 等方式require时，都是以当前引用他的模块，也就是父亲模块为对象路径的
   return (newReturn ? parentDir : [id, parentDir]);
 };

2、Module._findPath() 方法

 var warned = false;
 //_findPath用于从可能的路径中确定哪一个路径为真，并且添加到缓存中
 //参数request 当前加载的模块名称,
 //paths ，Module._resolveLookupPaths()函数返回一个数组[id , paths],即模块可能在的所有路径，
 // /* isMain */ false  是不是主入口文件
 Module._findPath = function(request, paths, isMain) {

   //path.isAbsolute()判断参数 path 是否是绝对路径。
   if (path.isAbsolute(request)) {
     paths = [''];
   } else if (!paths || paths.length === 0) {
     return false;
   }

   var cacheKey = request + '\x00' +
                 (paths.length === 1 ? paths[0] : paths.join('\x00'));
   var entry = Module._pathCache[cacheKey];

   //判断是否在缓存中，如果有则直接返回
   if (entry)
     return entry;

   //如果不在缓存中，则开始查找
   var exts;
   // 当前加载的模块名称大于0位并且最后一位是 ／ ，即是否有后缀的目录斜杠
   var trailingSlash = request.length > 0 &&
                       request.charCodeAt(request.length - 1) === 47/*/*/;

   // For each path
   // 循环每一个可能的路径paths
   for (var i = 0; i < paths.length; i++) {

     // Don't search further if path doesn't exist
     // 如果路径存在就继续执行，不存在就继续检验下一个路径 stat 获取路径状态
     const curPath = paths[i];
     if (curPath && stat(curPath) < 1) continue;
     var basePath = path.resolve(curPath, request); //生成绝对路径
     var filename;

     //stat 头部定义的函数，用来获取路径状态，判断路径类型，是文件还是文件夹
     var rc = stat(basePath);
     //如果没有后缀的目录斜杠，那么就有可能是文件或者是文件夹名
     if (!trailingSlash) {
       // 若是文件
       if (rc === 0) {  // File.

         // 如果是使用模块的符号路径而不是真实路径，并且不是主入口文件
         if (preserveSymlinks && !isMain) {
           filename = path.resolve(basePath);
         } else {
           filename = toRealPath(basePath); //获取当前执行文件的真实路径
         }

       // 若是目录
       } else if (rc === 1) {  // Directory.
         if (exts === undefined)
           //目录中是否存在 package.json
           //通过package.json文件,返回相应路径
           exts = Object.keys(Module._extensions);
         filename = tryPackage(basePath, exts, isMain);
       }

       // 如果尝试了上面都没有得到filename 匹配所有扩展名进行尝试，是否存在
       if (!filename) {
         // try it with each of the extensions
         if (exts === undefined)
           exts = Object.keys(Module._extensions);
         // 该模块文件加上后缀名js .json .node进行尝试，是否存在
         filename = tryExtensions(basePath, exts, isMain);
       }
     }

     // 如果仍然没有得到filename，并且路径类型是文件夹
     if (!filename && rc === 1) {  // Directory.
       if (exts === undefined)
         // 目录中是否存在 package.json
         // 通过package.json文件,返回相应路径
         exts = Object.keys(Module._extensions);
       filename = tryPackage(basePath, exts, isMain);
     }

     // 如果仍然没有得到filename，并且路径类型是文件夹
     if (!filename && rc === 1) {  // Directory.
       // try it with each of the extensions at "index"
       // 是否存在目录名 + index + 后缀名
       // 尝试 index.js index.json index.node
       if (exts === undefined)
         exts = Object.keys(Module._extensions);

       //tryExtensions()头部定义方法，用来检查文件加上js node json后缀是否存在
       filename = tryExtensions(path.resolve(basePath, 'index'), exts, isMain);
     }

     if (filename) {
       // Warn once if '.' resolved outside the module dir
       if (request === '.' && i > 0) {
         if (!warned) {
           warned = true;
           process.emitWarning(
             'warning: require(\'.\') resolved outside the package ' +
             'directory. This functionality is deprecated and will be removed ' +
             'soon.',
             'DeprecationWarning', 'DEP0019');
         }
       }

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

   // 所以从这里可以看出，对于具体的文件的优先级：
   // 1. 具体文件。
   // 2. 加上后缀。
   // 3. package.json
   // 4  index加上后缀
   // 可能的路径以当前文件夹，nodejs系统文件夹和node_module中的文件夹为候选，以上述顺序找到任意一个，
   // 就直接返回

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

Module._load 中还调用了 tryModuleLoad() 方法

 function tryModuleLoad(module, filename) {
   var threw = true;

   //try catch一下，如果装载失败，就会从cache中将这个模块删除。
   try {

     //做真正的导入模块的操作
     module.load(filename);
     threw = false;
   } finally {
     if (threw) {
       delete Module._cache[filename];
     }
   }
 }

tryModuleLoad() 中调用了 Module.prototype.load() 方法

 // Given a file name, pass it to the proper extension handler.
 // 指定一个文件名，导入模块，调用适当扩展处理函数，当前主要是js，json，和node
 Module.prototype.load = function(filename) {
   debug('load %j for module %j', filename, this.id);

   assert(!this.loaded); //断言 确保当前模块没有被载入
   this.filename = filename; // 赋值当前模块的文件名

   // Module._nodeModulePaths主要决定paths参数的值的方法。获取node_modules文件夹所在路径。
   // path.dirname() 方法返回一个 path 的目录名 path.dirname('/foo/bar/baz/asdf/quux')
   // 返回: '/foo/bar/baz/asdf'
   this.paths = Module._nodeModulePaths(path.dirname(filename));

   //当前文件的后缀
   var extension = path.extname(filename) || '.js';

   //如果没有后缀，默认为 .js
   if (!Module._extensions[extension]) extension = '.js';

   //根据不同的后缀，执行不同的函数
   Module._extensions[extension](this, filename);
   this.loaded = true;
 };

Module.prototype.load() 中调用了 Module._nodeModulePaths() 和 Module._extensions 方法

1、Module._nodeModulePaths() 根据操作系统的不同，返回不同的函数

 //path 模块的默认操作会根据 Node.js 应用程序运行的操作系统的不同而变化。
 //比如，当运行在 Windows 操作系统上时，path 模块会认为使用的是 Windows 风格的路径。
 //例如，对 Windows 文件路径 C:\temp\myfile.html 使用 path.basename() 函数，
 //运行在 POSIX 上与运行在 Windows 上会产生不同的结果：
 //在 POSIX 上:
 //path.basename('C:\\temp\\myfile.html');
 // 返回: 'C:\\temp\\myfile.html'
 //
 // 在 Windows 上:
 //path.basename('C:\\temp\\myfile.html');
 // 返回: 'myfile.html'
 //
 // 以下就是根据不同的操作系统返回不同的路径格式 ，具体可以了解http://nodejs.cn/api/path.html
 //
 //
 // Module._nodeModulePaths主要决定paths参数的值的方法。获取node_modules文件夹所在路径。
 // 'node_modules' character codes reversed
 var nmChars = [ 115, 101, 108, 117, 100, 111, 109, 95, 101, 100, 111, 110 ];
 var nmLen = nmChars.length;
 if (process.platform === 'win32') {
   // 'from' is the __dirname of the module.
   Module._nodeModulePaths = function(from) {
     // guarantee that 'from' is absolute.
     from = path.resolve(from);

     // note: this approach *only* works when the path is guaranteed
     // to be absolute.  Doing a fully-edge-case-correct path.split
     // that works on both Windows and Posix is non-trivial.

     // return root node_modules when path is 'D:\\'.
     // path.resolve will make sure from.length >=3 in Windows.
     if (from.charCodeAt(from.length - 1) === 92/*\*/ &&
         from.charCodeAt(from.length - 2) === 58/*:*/)
       return [from + 'node_modules'];

     const paths = [];
     var p = 0;
     var last = from.length;
     for (var i = from.length - 1; i >= 0; --i) {
       const code = from.charCodeAt(i);
       // The path segment separator check ('\' and '/') was used to get
       // node_modules path for every path segment.
       // Use colon as an extra condition since we can get node_modules
       // path for dirver root like 'C:\node_modules' and don't need to
       // parse driver name.
       if (code === 92/*\*/ || code === 47/*/*/ || code === 58/*:*/) {
         if (p !== nmLen)
           paths.push(from.slice(0, last) + '\\node_modules');
         last = i;
         p = 0;
       } else if (p !== -1) {
         if (nmChars[p] === code) {
           ++p;
         } else {
           p = -1;
         }
       }
     }

     return paths;
   };
 } else { // posix
   // 'from' is the __dirname of the module.
   Module._nodeModulePaths = function(from) {
     // guarantee that 'from' is absolute.
     from = path.resolve(from);
     // Return early not only to avoid unnecessary work, but to *avoid* returning
     // an array of two items for a root: [ '//node_modules', '/node_modules' ]
     if (from === '/')
       return ['/node_modules'];

     // note: this approach *only* works when the path is guaranteed
     // to be absolute.  Doing a fully-edge-case-correct path.split
     // that works on both Windows and Posix is non-trivial.
     const paths = [];
     var p = 0;
     var last = from.length;
     for (var i = from.length - 1; i >= 0; --i) {
       const code = from.charCodeAt(i);
       if (code === 47/*/*/) {
         if (p !== nmLen)
           paths.push(from.slice(0, last) + '/node_modules');
         last = i;
         p = 0;
       } else if (p !== -1) {
         if (nmChars[p] === code) {
           ++p;
         } else {
           p = -1;
         }
       }
     }

     // Append /node_modules to handle root paths.
     paths.push('/node_modules');

     return paths;
   };
 }

2、Module._extensions 方法

 // 根据不同的文件类型，三种后缀，Node.js会进行不同的处理和执行
 // 对于.js的文件会，先同步读取文件，然后通过module._compile解释执行。
 // 对于.json文件的处理，先同步的读入文件的内容，无异常的话直接将模块的exports赋值为json文件的内容
 // 对于.node文件的打开处理，通常为C/C++文件。
 // Native extension for .js
 Module._extensions['.js'] = function(module, filename) {
   // 同步读取文件
   var content = fs.readFileSync(filename, 'utf8');

   // internalModule.stripBOM（）剥离 utf8 编码特有的BOM文件头，
   // 然后通过module._compile解释执行
   module._compile(internalModule.stripBOM(content), filename);
 };

 // Native extension for .json
 Module._extensions['.json'] = function(module, filename) {
   // 同步的读入文件的内容
   var content = fs.readFileSync(filename, 'utf8');
   try {
     // internalModule.stripBOM（）剥离 utf8 编码特有的BOM文件头，
     // 然后将模块的exports赋值为json文件的内容
     module.exports = JSON.parse(internalModule.stripBOM(content));
   } catch (err) {
     // 异常处理
     err.message = filename + ': ' + err.message;
     throw err;
   }
 };

 //Native extension for .node
 Module._extensions['.node'] = function(module, filename) {
   // 对于.node文件的打开处理，通常为C/C++文件。
   return process.dlopen(module, path._makeLong(filename));
 };

针对 .js 后缀的，在 Module._extensions 还调用了 module._compile() 方法

 // Resolved path to process.argv[1] will be lazily placed here
 // (needed for setting breakpoint when called with --debug-brk)
 var resolvedArgv;
 // Run the file contents in the correct scope or sandbox. Expose
 // the correct helper variables (require, module, exports) to
 // the file.
 // Returns exception, if any.
 // 此方法用于模块的编译。
 // 参数content 主要是模块js文件的主要内容,filename 是js文件的文件名
 Module.prototype._compile = function(content, filename) {
   // Remove shebang
   // Shebang（也称为 Hashbang ）是一个由井号和叹号构成的字符序列 #!
   var contLen = content.length;
   if (contLen >= 2) {
     // 如果content 开头有Shebang
     if (content.charCodeAt(0) === 35/*#*/ &&
         content.charCodeAt(1) === 33/*!*/) {
       if (contLen === 2) {
         // Exact match
         content = '';
       } else {
         // Find end of shebang line and slice it off
         // 找到以shebang开头的句子的结尾，并将其分开,留下剩余部分 赋值给content
         var i = 2;
         for (; i < contLen; ++i) {
           var code = content.charCodeAt(i);
           if (code === 10/*\n*/ || code === 13/*\r*/)
             break;
         }
         if (i === contLen)
           content = '';
         else {
           // Note that this actually includes the newline character(s) in the
           // new output. This duplicates the behavior of the regular expression
           // that was previously used to replace the shebang line
           content = content.slice(i);
         }
       }
     }
   }

   // create wrapper function
   // Module.wrap头部引入，主要用来给content内容包装头尾，类似于
 //   (function (exports, require, module, __filename, __dirname) {
 //         －－－－－模块源码 content－－－－－
 //    });
   var wrapper = Module.wrap(content);

 // 包装好的文本就可以送到vm中执行了，这部分就应该是v8引擎的事情,
 // runInThisContext将被包装后的源字符串转成可执行函数,runInThisContext的作用，类似eval
   var compiledWrapper = vm.runInThisContext(wrapper, {
     filename: filename,
     lineOffset: 0,
     displayErrors: true
   });

   var inspectorWrapper = null;
   // 处理debug模式，
   if (process._debugWaitConnect && process._eval == null) {
     if (!resolvedArgv) {
       // we enter the repl if we're not given a filename argument.
       if (process.argv[1]) {
         resolvedArgv = Module._resolveFilename(process.argv[1], null, false);
       } else {
         resolvedArgv = 'repl';
       }
     }

     // Set breakpoint on module start
     if (filename === resolvedArgv) {
       delete process._debugWaitConnect;
       inspectorWrapper = getInspectorCallWrapper();
       if (!inspectorWrapper) {
         const Debug = vm.runInDebugContext('Debug');
         Debug.setBreakPoint(compiledWrapper, 0, 0);
       }
     }
   }

   // 获取当前的文件的路径
   var dirname = path.dirname(filename);

   //生成require方法
   var require = internalModule.makeRequireFunction(this);

   //依赖模块
   var depth = internalModule.requireDepth;
   if (depth === 0) stat.cache = new Map();
   var result;

   //直接调用content经过包装后的wrapper函数，将module模块中的exports，生成的require，
   //this也就是新创建的module，filename, dirname作为参数传递给模块
   //类似于
   //(function (exports, require, module, __filename, __dirname) {
 //       －－－－－模块源码 content－－－－－
 //  })( this.exports, require, this, filename, dirname);
   // 这就是为什么我们可以直接在module文件中，直接访问exports, module, require函数的原因
   if (inspectorWrapper) {
     result = inspectorWrapper(compiledWrapper, this.exports, this.exports,
                               require, this, filename, dirname);
   } else {
     result = compiledWrapper.call(this.exports, this.exports, require, this,
                                   filename, dirname);
   }
   if (depth === 0) stat.cache = null;
   return result;
 };

Module.prototype._compile 中调用了 Module.wrap 这个方法就是用了给 content 包装的主要函数， 它来自头部的引用:

 //Module.wrapper和Module.wrap的方法写在下面，
 //给传入进去的script也就是咱们的content --js文件内容套了一个壳，使其最后变成类似于如下的样子：
 //
 //(function (exports, require, module, __filename, __dirname) {
 //         －－－－－模块源码－－－－－
 // });
 //
 // NativeModule.wrap = function(script) {
 //     return NativeModule.wrapper[0] + script + NativeModule.wrapper[1];
 // };

 // NativeModule.wrapper = [
 //     '(function (exports, require, module, __filename, __dirname) { ',
 //     '\n});'
 // ];
 Module.wrapper = NativeModule.wrapper;
 Module.wrap = NativeModule.wrap;

module.js 中还定义了一些其它的方法，在这里没有写出来，像 stat、readPackage、tryPackage、头部引入的一些方法等，大家可以 从我的github（https://github.com/JiayiLi/node.js-module）上 clone 下来，放到 IDE 里跟着调用顺序一步一步的看，都有详细的注释。

 

根据函数调用顺序，总体梳理一下

 

（图一）

现在咱们再看这个图，梳理一下刚才的代码，就清晰多了。

（图二）

最后，还有个问题 lib 目录下的模块文件，像 module.js 也没有定义 require ，module，exports 这些变量，他们是如何使用的呢？

这是因为在引入核心模块的时候也进行了头尾包装的过程。这里就要提到 lib/internal 文件夹下的 bootstrap_node.js，属于 node 启动文件。

在 bootstrap_node.js 中定义了一个 NativeModule 对象，用于加载核心模块，如 module.js、http.js 等即 lib 文件夹下的 排除 lib/internal 目录下的 js 模块。

在这个 NativeModule 对象中也定义了 require 方法，compile 方法、wrap 方法(用于包装头尾)等 都和上面的 module.js 中的相应的方法意思是一样的，可以下载源码了解一下。

结论就是，node.js 通过 NativeModule 来对 module.js 、fs.js 等核心模块进行包装加载，所以它们里面也可以使用 require。 

 

最后还是建议从我的 github（https://github.com/JiayiLi/node.js-module）上 clone 下来 ，放到 ide 里，按照函数的调用一个一个看，看的过程中也对照着图一、图二理清思路。 

 

 

－－－－－－－－－－－－－ 学会的知识也要时常review －－－－－－－－－－－－

 

 

 

Node.js 中文文档

http://nodejs.cn/api/

 

学习并感谢

https://www.douban.com/note/283566440/

http://blog.csdn.net/leoleocs/article/details/50245677

http://www.ruanyifeng.com/blog/2012/10/asynchronous_module_definition.html