面试题：Node.js 中 require 方法加载模块的原理

Question

请详细阐述 Node.js 里 require 方法加载模块的具体原理，包括模块查找路径规则以及模块缓存机制。

Answer 1

require 方法加载模块原理

1. 模块查找路径规则：
   • 核心模块：Node.js 有一套内置的核心模块，如 http、fs 等。当使用 require('http') 这样的语句加载模块时，Node.js 会首先检查是否为核心模块。如果是，直接加载核心模块，无需在文件系统中查找。
   • 文件模块：
     • 绝对路径：如果 require 的参数是以 / 开头（在 Unix 系统上）或盘符（如 C:\ 在 Windows 系统上）开头，Node.js 会将其视为绝对路径。例如 require('/home/user/myModule.js') 或 require('C:\\Users\\user\\myModule.js')，直接按照此路径加载模块。
     • 相对路径：如果参数以 ./ 或 ../ 开头，Node.js 会相对于调用 require 的文件所在目录进行查找。例如在 main.js 文件中有 require('./subModule.js')，则会在 main.js 所在目录查找 subModule.js 文件。如果找不到 .js 文件，Node.js 会尝试查找同名的 .json 文件（会将其解析为 JSON 对象），如果还找不到，再尝试查找同名的目录。如果找到同名目录，Node.js 会查找该目录下的 package.json 文件，看其中是否有 main 字段指定入口文件。如果没有 package.json 文件或 main 字段指定的文件不存在，则会查找该目录下的 index.js 文件。
     • 自定义模块路径：如果参数不是以 /、./ 或 ../ 开头，Node.js 会在 node_modules 目录中查找。Node.js 会从调用 require 的文件所在目录开始，逐级向上查找父目录中的 node_modules 目录，直到找到模块或者到达文件系统的根目录。例如在 project/src/moduleA.js 中 require('myModule')，Node.js 会首先查找 project/src/node_modules，如果没找到，再查找 project/node_modules，依此类推。如果模块是一个包（即包含 package.json 文件），package.json 中的 main 字段指定了入口文件。如果没有 package.json 文件，则会查找 index.js 文件。
2. 模块缓存机制：
   • 缓存目的：为了避免重复加载相同的模块，提高性能。
   • 缓存实现：Node.js 内部维护了一个缓存对象，每个模块在第一次被加载后，其导出的内容会被缓存起来。当后续再次 require 同一个模块时（根据模块标识符，即 require 的参数，模块标识符在解析路径后是唯一的），Node.js 首先会检查缓存。如果缓存中存在该模块，直接返回缓存中的导出内容，而不会再次执行模块的加载逻辑。
   • 缓存范围：缓存是按模块标识符和模块所在的上下文（模块作用域）来维护的。不同的模块作用域中即使 require 相同标识符的模块，也会有不同的缓存实例。例如在不同的文件中 require('myModule')，每个文件的模块作用域内都有自己独立的 myModule 缓存。不过，如果是通过符号链接或者相同文件路径引用同一个模块，在同一个进程内会共享缓存。