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Node.js 模块系统详解

news 2025/9/20 11:01:08

引言：模块系统——Node.js生态的基石与演进

欢迎继续《Node.js 服务端开发》专栏的旅程！在上篇文章《你的第一个Node.js应用：Hello World》中，我们通过简单脚本触摸了模块导入的冰山一角。现在，让我们深入Node.js的核心机制：模块系统。这不仅仅是代码组织的方式，更是Node.js从浏览器JavaScript演化而来的关键创新，帮助开发者构建可维护、可扩展的应用。

在2025年9月，随着Node.js Current版本24.8.0的发布和LTS版本22.19.0的稳定支持，模块系统正处于转型期：CommonJS（CJS）作为Node.js的传统支柱，正逐步让位于ECMAScript Modules（ESM），后者已成为浏览器和服务器端的统一标准。本文将详解CJS与ESM的差异、require/export的使用、第三方模块的安装与加载。我们将结合历史背景、代码示例、性能分析和2025年的最新更新，提供深度洞见。无论你是零基础还是有经验开发者，这将帮助你选择合适的系统，避免兼容性陷阱。

为什么模块系统如此重要？在大型项目中，它决定了代码复用性、加载效率和跨环境兼容。早期Node.js仅支持CJS，但如今ESM的静态分析和树摇（tree-shaking）优化了打包工具如Webpack和Rollup。到本文结束，你将能自信地构建模块化应用。让我们从CJS入手，逐步展开。

CommonJS：Node.js的起源模块系统

CommonJS（CJS）是Node.js从2009年诞生起就内置的模块规范，源于服务器端JavaScript的需要。它采用同步加载、动态导出的设计，简单直观，但也暴露了局限性。

require的使用：导入模块的动态机制

require是CJS的核心函数，用于导入模块。它返回导出对象，支持相对/绝对路径和内置模块。

基本示例：创建math.js：

function add(a, b) {return a + b;
}
module.exports = { add };

在app.js导入：

const math = require('./math');  // 相对路径，省略.js
console.log(math.add(2, 3));  // 输出5

深度剖析：require是同步的——它立即加载并执行模块代码。这在服务器启动时高效，但不适合浏览器（需打包）。路径解析：先检查核心模块（如’fs’），然后node_modules，最后相对路径。缓存机制：模块加载一次，后续require返回缓存，避免重复执行。

高级用法：

条件导入：if (condition) { const mod = require('optional'); }——动态性强，但妨碍静态分析。
内置模块：const fs = require('fs'); 无需安装，访问文件系统。

历史背景：CJS源于2009年的CommonJS规范，旨在统一服务器JS（如Rhino）。Node.js v0.1.0就采用它，推动了npm生态爆炸。但2025年，CJS正被视为遗留：Node v22+允许CJS require ESM，但兼容性问题频发。

export的使用：导出模块的灵活方式

CJS使用module.exports或exports导出。exports是module.exports的引用，但覆盖需用前者。

示例：多导出math.js：

exports.add = function(a, b) { return a + b; };
exports.subtract = function(a, b) { return a - b; };

或整体导出：

module.exports = {add: (a, b) => a + b,subtract: (a, b) => a - b
};

注意：exports = {}无效（仅改引用），用module.exports = {}覆盖。

深度：导出可动态——运行时添加属性，适合配置模块。但这导致树摇失效：打包工具无法静态剔除未用代码。最佳实践：单一责任模块，导出纯函数避免副作用。

ES Modules：现代标准与静态优化

ECMAScript Modules（ESM）是ES6（2015）引入的官方规范，Node.js从v8.5.0实验支持，到v14+稳定。它采用静态导入/导出，支持异步加载和浏览器原生。

import的使用：静态导入的声明式语法

import是声明，必须在文件顶部，支持默认/命名/动态导入。

基本示例math.mjs（用.mjs扩展表示ESM）：

export function add(a, b) { return a + b; }

在app.mjs：

import { add } from './math.mjs';
console.log(add(2, 3));

动态导入：import('./math.mjs').then(mod => mod.add(2, 3));——返回Promise，适合懒加载。

深度：静态性允许解析器预分析依赖，无需执行代码。这提升了性能：V8引擎可提前优化。路径需完整扩展（如./math.mjs），无自动.js。

2025更新：Node 24.8.0增强Import Maps（package.json “imports”），简化别名。浏览器兼容：ESM无需打包，直接

export的使用：命名与默认导出

ESM支持命名导出（export const/function）和默认（export default）。

示例：

export const PI = 3.14;  // 命名
export default function multiply(a, b) { return a * b; }  // 默认

导入：

import mult, { PI } from './math.mjs';
console.log(mult(2, PI));

深度：默认导出简化单一模块；命名支持树摇——只导入用到的。不可动态导出：所有export静态，提升安全性。

CommonJS vs ES Modules：2025年的对比与选择

CJS与ESM的差异不止语法，而是设计哲学：CJS动态服务器导向，ESM静态浏览器优先。以下表格基于2025基准总结：

维度	CommonJS (CJS)	ES Modules (ESM)
语法	require/module.exports	import/export
加载方式	同步、动态（运行时解析）	异步、静态（解析时确定）
导出	动态添加属性，可覆盖	静态声明，不可运行时改
缓存	加载一次，缓存导出对象	类似，但支持实时模块（live bindings）
性能	启动快，但无树摇；Node 24.8.0下CJS require ESM支持提升兼容	树摇优化打包；异步加载减初始开销
兼容性	遗留项目主流；2025年弃用趋势，建议迁移	浏览器/Node统一；TypeScript友好
适用场景	简单脚本、CLI工具；monorepo中CJS易配置	现代Web/服务器；微服务、React/Vue生态
缺点	循环依赖易空对象；无静态分析	需指定扩展；动态导入需Promise