面试题：JavaScript模块加载器之中等难度

Question

请简要阐述JavaScript中CommonJS模块加载器的工作原理，以及它在Node.js环境下是如何实现模块缓存的？

Answer 1

CommonJS模块加载器工作原理

1. 模块定义：在CommonJS规范中，一个文件就是一个模块，每个模块都有自己独立的作用域。模块通过exports或module.exports对象来暴露对外接口。例如：

// module.js
const localVar = 'This is a local variable';
function localFunction() {
    return 'This is a local function';
}
exports.localVar = localVar;
exports.localFunction = localFunction;

2. 加载过程：当使用require函数加载一个模块时，模块加载器首先会在文件系统中定位该模块文件。如果模块是核心模块（如fs、http等Node.js内置模块），会直接加载。对于自定义模块，会根据相对路径或绝对路径找到对应的文件。然后，模块加载器会将该模块文件中的代码包装在一个函数中执行，这个函数的参数包括exports、require、module、__filename、__dirname等。例如：

// wrapper function
(function (exports, require, module, __filename, __dirname) {
    const localVar = 'This is a local variable';
    function localFunction() {
        return 'This is a local function';
    }
    exports.localVar = localVar;
    exports.localFunction = localFunction;
})(exports, require, module, __filename, __dirname);

3. 依赖解析：模块中如果使用require引入其他模块，加载器会递归地加载这些依赖模块。只有当所有依赖模块都加载并执行完毕后，当前模块才会继续执行并返回。

Node.js环境下模块缓存实现

1. 缓存机制：Node.js使用一个对象来缓存已经加载过的模块。这个缓存对象位于require函数的内部。当require函数加载一个模块时，首先会检查缓存中是否已经存在该模块。如果存在，则直接从缓存中返回该模块的exports对象，而不会重新执行模块代码。例如：

// main.js
const module1 = require('./module1');
const module2 = require('./module1');
// 这里module1只被加载和执行一次，第二次require直接从缓存中获取

2. 缓存标识：Node.js根据模块的标识符（通常是文件路径）来标识模块。对于相同标识符的模块，只会加载一次。即使在不同的模块中多次require同一个模块，也只会执行一次模块代码，并将结果缓存起来供后续使用。例如，无论在多少个模块中require('./module.js')，只要路径相同，都共享同一个缓存实例。
3. 缓存清除：一般情况下，模块缓存会一直存在于进程的生命周期内。但是在某些特殊场景下，如测试环境中需要重新加载模块以确保测试的准确性，可以手动清除缓存。例如，在测试框架中可以通过修改require缓存对象来移除特定模块的缓存：

// 在测试代码中
delete require.cache[require.resolve('./module.js')];

这样再次require('./module.js')时，就会重新加载该模块。