相信大家都知道如何在 Node 中加载一个模块：
const fs = require('fs');const express = require('express');const anotherModule = require('./another-module');
没错，require 就是加载 cjs 模块的 API，但 V8 本身是没有 cjs 模块系统的，所以 node 是怎么通过 require找到模块并且加载的呢？
我们今天将对 Node.js 源码进行探索，深入理解 cjs 模块的加载过程。我们阅读的 node 代码版本为 v17.x：
源码阅读
内置模块
为了知道 require 的工作逻辑，我们需要先了解内置模块是如何被加载到 node 中的(诸如 ‘fs’，’path’，’child_process’，其中也包括一些无法被用户引用的内部模块)，准备好代码之后，我们首先要从 node 启动开始阅读。node 的 main 函数在 [src/node_main.cc](https://github.com/nodejs/node/blob/881174e016d6c27b20c70111e6eae2296b6c6293/src/node_main.cc#L105) 内，通过调用方法 [node::Start](https://github.com/nodejs/node/blob/881174e016d6c27b20c70111e6eae2296b6c6293/src/node.cc#L1134) 来启动一个 node 实例：
int Start(int argc, char** argv) { InitializationResult result = InitializeOncePerProcess(argc, argv); if (result.early_return) { return result.exit_code; } { Isolate::CreateParams params; const std::vector<size_t>* indices = nullptr; const EnvSerializeInfo* env_info = nullptr; bool use_node_snapshot = per_process::cli_options->per_isolate->node_snapshot; if (use_node_snapshot) { v8::StartupData* blob = NodeMainInstance::GetEmbeddedSnapshotBlob(); if (blob != nullptr) { params.snapshot_blob = blob; indices = NodeMainInstance::GetIsolateDataIndices(); env_info = NodeMainInstance::GetEnvSerializeInfo(); } } uv_loop_configure(uv_default_loop(), UV_METRICS_IDLE_TIME); NodeMainInstance main_instance(¶ms, uv_default_loop(), per_process::v8_platform.Platform(), result.args, result.exec_args, indices); result.exit_code = main_instance.Run(env_info); } TearDownOncePerProcess(); return result.exit_code;}
这里创建了事件循环，且创建了一个 NodeMainInstance 的实例 main_instance 并调用了它的 Run 方法：
int NodeMainInstance::Run(const EnvSerializeInfo* env_info) { Locker locker(isolate_); Isolate::Scope isolate_scope(isolate_); HandleScope handle_scope(isolate_); int exit_code = 0; DeleteFnPtr<Environment, FreeEnvironment> env = CreateMainEnvironment(&exit_code, env_info); CHECK_NOT_NULL(env); Context::Scope context_scope(env->context()); Run(&exit_code, env.get()); return exit_code;}
Run 方法中调用 [CreateMainEnvironment](https://github.com/nodejs/node/blob/881174e016d6c27b20c70111e6eae2296b6c6293/src/node_main_instance.cc#L170) 来创建并初始化环境：
Environment* CreateEnvironment( IsolateData* isolate_data, Local<Context> context, const std::vector<std::string>& args, const std::vector<std::string>& exec_args, EnvironmentFlags::Flags flags, ThreadId thread_id, std::unique_ptr<InspectorParentHandle> inspector_parent_handle) { Isolate* isolate = context->GetIsolate(); HandleScope handle_scope(isolate); Context::Scope context_scope(context); // TODO(addaleax): This is a much better place for parsing per-Environment // options than the global parse call. Environment* env = new Environment( isolate_data, context, args, exec_args, nullptr, flags, thread_id);#if HAVE_INSPECTOR if (inspector_parent_handle) { env->InitializeInspector( std::move(static_cast<InspectorParentHandleImpl*>( inspector_parent_handle.get())->impl)); } else { env->InitializeInspector({}); }#endif if (env->RunBootstrapping().IsEmpty()) { FreeEnvironment(env); return nullptr; } return env;}
创建 Environment 对象 env 并调用其 [RunBootstrapping](https://github.com/nodejs/node/blob/881174e016d6c27b20c70111e6eae2296b6c6293/src/node.cc#L398) 方法：
MaybeLocal<Value> Environment::RunBootstrapping() { EscapableHandleScope scope(isolate_); CHECK(!has_run_bootstrapping_code()); if (BootstrapInternalLoaders().IsEmpty()) { return MaybeLocal<Value>(); } Local<Value> result; if (!BootstrapNode().ToLocal(&result)) { return MaybeLocal<Value>(); } // Make sure that no request or handle is created during bootstrap - // if necessary those should be done in pre-execution. // Usually, doing so would trigger the checks present in the ReqWrap and // HandleWrap classes, so this is only a consistency check. CHECK(req_wrap_queue()->IsEmpty()); CHECK(handle_wrap_queue()->IsEmpty()); DoneBootstrapping(); return scope.Escape(result);}
这里的 [BootstrapInternalLoaders](https://github.com/nodejs/node/blob/881174e016d6c27b20c70111e6eae2296b6c6293/src/node.cc#L298) 实现了 node 模块加载过程中非常重要的一步：通过包装并执行 [internal/bootstrap/loaders.js](https://github.com/nodejs/node/blob/881174e016d6c27b20c70111e6eae2296b6c6293/lib/internal/bootstrap/loaders.js#L326) 获取内置模块的 [nativeModulerequire](https://github.com/nodejs/node/blob/881174e016d6c27b20c70111e6eae2296b6c6293/lib/internal/bootstrap/loaders.js#L332) 函数用于加载内置的 js 模块，获取 [internalBinding](https://github.com/nodejs/node/blob/881174e016d6c27b20c70111e6eae2296b6c6293/lib/internal/bootstrap/loaders.js#L164) 用于加载内置的 C++ 模块，[NativeModule](https://github.com/nodejs/node/blob/881174e016d6c27b20c70111e6eae2296b6c6293/lib/internal/bootstrap/loaders.js#L191) 则是专门用于内置模块的小型模块系统。
function nativeModuleRequire(id) { if (id === loaderId) { return loaderExports; } const mod = NativeModule.map.get(id); // Can't load the internal errors module from here, have to use a raw error. // eslint-disable-next-line no-restricted-syntax if (!mod) throw new TypeError(`Missing internal module '${id}'`); return mod.compileForInternalLoader();}const loaderExports = { internalBinding, NativeModule, require: nativeModuleRequire};return loaderExports;
需要注意的是，这个 require 函数只会被用于内置模块的加载，用户模块的加载并不会用到它。（这也是为什么我们通过打印 require('module')._cache 可以看到所有用户模块，却看不到 fs 等内置模块的原因，因为两者的加载和缓存维护方式并不一样）。
用户模块
接下来让我们把目光移回到 [NodeMainInstance::Run](https://github.com/nodejs/node/blob/881174e016d6c27b20c70111e6eae2296b6c6293/src/node_main_instance.cc#L127) 函数：
int NodeMainInstance::Run(const EnvSerializeInfo* env_info) { Locker locker(isolate_); Isolate::Scope isolate_scope(isolate_); HandleScope handle_scope(isolate_); int exit_code = 0; DeleteFnPtr<Environment, FreeEnvironment> env = CreateMainEnvironment(&exit_code, env_info); CHECK_NOT_NULL(env); Context::Scope context_scope(env->context()); Run(&exit_code, env.get()); return exit_code;}
我们已经通过 CreateMainEnvironment 函数创建好了一个 env 对象，这个 Environment 实例已经有了一个模块系统 NativeModule 用于维护内置模块。然后代码会运行到 Run 函数的另一个重载版本：
void NodeMainInstance::Run(int* exit_code, Environment* env) { if (*exit_code == 0) { LoadEnvironment(env, StartExecutionCallback{}); *exit_code = SpinEventLoop(env).FromMaybe(1); } ResetStdio(); // TODO(addaleax): Neither NODE_SHARED_MODE nor HAVE_INSPECTOR really // make sense here.#if HAVE_INSPECTOR && defined(__POSIX__) && !defined(NODE_SHARED_MODE) struct sigaction act; memset(&act, 0, sizeof(act)); for (unsigned nr = 1; nr < kMaxSignal; nr += 1) { if (nr == SIGKILL || nr == SIGSTOP || nr == SIGPROF) continue; act.sa_handler = (nr == SIGPIPE) ? SIG_IGN : SIG_DFL; CHECK_EQ(0, sigaction(nr, &act, nullptr)); }#endif#if defined(LEAK_SANITIZER) __lsan_do_leak_check();#endif}
在这里调用 [LoadEnvironment](https://github.com/nodejs/node/blob/881174e016d6c27b20c70111e6eae2296b6c6293/src/api/environment.cc#L403)：
MaybeLocal<Value> LoadEnvironment( Environment* env, StartExecutionCallback cb) { env->InitializeLibuv(); env->InitializeDiagnostics(); return StartExecution(env, cb);}
然后执行 [StartExecution](https://github.com/nodejs/node/blob/881174e016d6c27b20c70111e6eae2296b6c6293/src/node.cc#L455)：
MaybeLocal<Value> StartExecution(Environment* env, StartExecutionCallback cb) { // 已省略其他运行方式，我们只看 `node index.js` 这种情况，不影响我们理解模块系统 if (!first_argv.empty() && first_argv != "-") { return StartExecution(env, "internal/main/run_main_module"); }}
在 StartExecution(env, "internal/main/run_main_module")这个调用中，我们会包装一个 function，并传入刚刚从 loaders 中导出的 require 函数，并运行 [lib/internal/main/run_main_module.js](https://github.com/nodejs/node/blob/881174e016d6c27b20c70111e6eae2296b6c6293/lib/internal/main/run_main_module.js) 内的代码：
'use strict';const { prepareMainThreadExecution} = require('internal/bootstrap/pre_execution');prepareMainThreadExecution(true);markBootstrapComplete();// Note: this loads the module through the ESM loader if the module is// determined to be an ES module. This hangs from the CJS module loader// because we currently allow monkey-patching of the module loaders// in the preloaded scripts through require('module').// runMain here might be monkey-patched by users in --require.// XXX: the monkey-patchability here should probably be deprecated.require('internal/modules/cjs/loader').Module.runMain(process.argv[1]);
所谓的包装 function 并传入 require，伪代码如下：
(function(require, /* 其他入参 */) { // 这里是 internal/main/run_main_module.js 的文件内容})();
所以这里是通过内置模块的 require 函数加载了 [lib/internal/modules/cjs/loader.js](https://github.com/nodejs/node/blob/881174e016d6c27b20c70111e6eae2296b6c6293/lib/internal/modules/cjs/loader.js#L172) 导出的 Module 对象上的 runMain 方法，不过我们在 loader.js 中并没有发现 runMain 函数，其实这个函数是在 [lib/internal/bootstrap/pre_execution.js](https://github.com/nodejs/node/blob/881174e016d6c27b20c70111e6eae2296b6c6293/lib/internal/bootstrap/pre_execution.js#L428) 中被定义到 Module 对象上的：
function initializeCJSLoader() { const CJSLoader = require('internal/modules/cjs/loader'); if (!noGlobalSearchPaths) { CJSLoader.Module._initPaths(); } // TODO(joyeecheung): deprecate this in favor of a proper hook? CJSLoader.Module.runMain = require('internal/modules/run_main').executeUserEntryPoint;}
在 [lib/internal/modules/run_main.js](https://github.com/nodejs/node/blob/881174e016d6c27b20c70111e6eae2296b6c6293/lib/internal/modules/run_main.js#L74) 中找到 executeUserEntryPoint 方法：
function executeUserEntryPoint(main = process.argv[1]) { const resolvedMain = resolveMainPath(main); const useESMLoader = shouldUseESMLoader(resolvedMain); if (useESMLoader) { runMainESM(resolvedMain || main); } else { // Module._load is the monkey-patchable CJS module loader. Module._load(main, null, true); }}
参数 main 即为我们传入的入口文件 index.js。可以看到，index.js 作为一个 cjs 模块应该被 Module._load 加载，那么 _load干了些什么呢？这个函数是 cjs 模块加载过程中最重要的一个函数，值得仔细阅读：
// `_load` 函数检查请求文件的缓存// 1. 如果模块已经存在，返回已缓存的 exports 对象// 2. 如果模块是内置模块，通过调用 `NativeModule.prototype.compileForPublicLoader()`// 获取内置模块的 exports 对象，compileForPublicLoader 函数是有白名单的，只能获取公开// 内置模块的 exports。// 3. 以上两者皆为否，创建新的 Module 对象并保存到缓存中，然后通过它加载文件并返回其 exports。// request：请求的模块，比如 `fs`，`./another-module`，'@pipcook/core' 等// parent：父模块，如在 `a.js` 中 `require('b.js')`，那么这里的 request 为 'b.js', parent 为 `a.js` 对应的 Module 对象// isMain: 除入口文件为 `true` 外，其他模块都为 `false`Module._load = function(request, parent, isMain) { let relResolveCacheIdentifier; if (parent) { debug('Module._load REQUEST %s parent: %s', request, parent.id); // relativeResolveCache 是模块路径缓存， // 用于加速父模块所在目录下的所有模块请求当前模块时 // 可以直接查询到实际路径，而不需要通过 _resolveFilename 查找文件 relResolveCacheIdentifier = `${parent.path}\x00${request}`; const filename = relativeResolveCache[relResolveCacheIdentifier]; if (filename !== undefined) { const cachedModule = Module._cache[filename]; if (cachedModule !== undefined) { updateChildren(parent, cachedModule, true); if (!cachedModule.loaded) return getExportsForCircularRequire(cachedModule); return cachedModule.exports; } delete relativeResolveCache[relResolveCacheIdentifier]; } } // 尝试查找模块文件路径，找不到模块抛出异常 const filename = Module._resolveFilename(request, parent, isMain); // 如果是内置模块，从 `NativeModule` 加载 if (StringPrototypeStartsWith(filename, 'node:')) { // Slice 'node:' prefix const id = StringPrototypeSlice(filename, 5); const module = loadNativeModule(id, request); if (!module?.canBeRequiredByUsers) { throw new ERR_UNKNOWN_BUILTIN_MODULE(filename); } return module.exports; } // 如果缓存中已存在，将当前模块 push 到父模块的 children 字段 const cachedModule = Module._cache[filename]; if (cachedModule !== undefined) { updateChildren(parent, cachedModule, true); // 处理循环引用 if (!cachedModule.loaded) { const parseCachedModule = cjsParseCache.get(cachedModule); if (!parseCachedModule || parseCachedModule.loaded) return getExportsForCircularRequire(cachedModule); parseCachedModule.loaded = true; } else { return cachedModule.exports; } } // 尝试从内置模块加载 const mod = loadNativeModule(filename, request); if (mod?.canBeRequiredByUsers) return mod.exports; // Don't call updateChildren(), Module constructor already does. const module = cachedModule || new Module(filename, parent); if (isMain) { process.mainModule = module; module.id = '.'; } // 将 module 对象加入缓存 Module._cache[filename] = module; if (parent !== undefined) { relativeResolveCache[relResolveCacheIdentifier] = filename; } // 尝试加载模块，如果加载失败则删除缓存中的 module 对象， // 同时删除父模块的 children 内的 module 对象。 let threw = true; try { module.load(filename); threw = false; } finally { if (threw) { delete Module._cache[filename]; if (parent !== undefined) { delete relativeResolveCache[relResolveCacheIdentifier]; const children = parent?.children; if (ArrayIsArray(children)) { const index = ArrayPrototypeIndexOf(children, module); if (index !== -1) { ArrayPrototypeSplice(children, index, 1); } } } } else if (module.exports && !isProxy(module.exports) && ObjectGetPrototypeOf(module.exports) === CircularRequirePrototypeWarningProxy) { ObjectSetPrototypeOf(module.exports, ObjectPrototype); } } // 返回 exports 对象 return module.exports;};
module 对象上的 [load](https://github.com/nodejs/node/blob/881174e016d6c27b20c70111e6eae2296b6c6293/lib/internal/modules/cjs/loader.js#L963) 函数用于执行一个模块的加载：
Module.prototype.load = function(filename) { debug('load %j for module %j', filename, this.id); assert(!this.loaded); this.filename = filename; this.paths = Module._nodeModulePaths(path.dirname(filename)); const extension = findLongestRegisteredExtension(filename); // allow .mjs to be overridden if (StringPrototypeEndsWith(filename, '.mjs') && !Module._extensions['.mjs']) throw new ERR_REQUIRE_ESM(filename, true); Module._extensions[extension](this, filename); this.loaded = true; const esmLoader = asyncESM.esmLoader; // Create module entry at load time to snapshot exports correctly const exports = this.exports; // Preemptively cache if ((module?.module === undefined || module.module.getStatus() < kEvaluated) && !esmLoader.cjsCache.has(this)) esmLoader.cjsCache.set(this, exports);};
实际的加载动作是在 Module._extensions[extension](this, filename); 中进行的，根据扩展名的不同，会有不同的加载策略：
-
.js：调用
fs.readFileSync读取文件内容，将文件内容包在 wrapper 中，需要注意的是，这里的require是Module.prototype.require而非内置模块的require方法。
const wrapper = [ '(function (exports, require, module, __filename, __dirname) { ', '\n});',];
-
.json：调用
fs.readFileSync读取文件内容，并转换为对象。 -
.node：调用
dlopen打开 node 扩展。
而 Module.prototype.require 函数也是调用了静态方法 Module._load实现模块加载的：
Module.prototype.require = function(id) { validateString(id, 'id'); if (id === '') { throw new ERR_INVALID_ARG_VALUE('id', id, 'must be a non-empty string'); } requireDepth++; try { return Module._load(id, this, /* isMain */ false); } finally { requireDepth--; }};
总结
看到这里，cjs 模块的加载过程已经基本清晰了：
-
初始化 node，加载 NativeModule，用于加载所有的内置的 js 和 c++ 模块
-
运行内置模块
run_main -
在
run_main中引入用户模块系统module -
通过
module的_load方法加载入口文件，在加载时通过传入module.require和module.exports等让入口文件可以正常require其他依赖模块并递归让整个依赖树被完整加载。
在清楚了 cjs 模块加载的完整流程之后，我们还可以顺着这条链路阅读其他代码，比如 global 变量的初始化，esModule 的管理方式等，更深入地理解 node 内的各种实现。
关于“Node.js源码中cjs模块的加载过程是什么”这篇文章的内容就介绍到这里，感谢各位的阅读！相信大家对“Node.js源码中cjs模块的加载过程是什么”知识都有一定的了解，大家如果还想学习更多知识，欢迎关注亿速云行业资讯频道。
文章标题：Node.js源码中cjs模块的加载过程是什么，发布者：亿速云，转载请注明出处：https://worktile.com/kb/p/24056
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