JS Module

mochang2·2023년 12월 10일
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JS

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0. 공부하게 된 계기

electron 개발 중 main process 리팩토링 작업을 진행했다.
공통 부분 모듈화, 별도의 기능 추상화 등의 작업을 진행하던 중 export default class Class로 선언한 Class를 다른 파일에서 require로 가져오지 못해서 에러가 났고, 그것 때문에 조금 헤맨 게 있었다.
왜 안됐을까 찾아보다가 예전에 공부했던 거 다시 상기시킬 겸, 그리고 그때 정리하지 못했던 것도 같이 정리할 겸 써본다.

JS 모듈의 역사는 여기서 정리했으니 CJS, ESM의 다른 점 위주로 정리하고자 한다.

1. 모듈 종속성 분석

CJS

CJS는 종속성 그래프를 그리지 않고 그 순간에 필요한 모듈과 그 아래의 의존성을 불러오고 인스턴스화되어 한꺼번에 모든 평가가 이루어진다.

// counter.js
const count = 5;

module.exports = { count };
// index.js
const { count } = require('./counter');

console.log(count);

index.js에서 첫 번째 줄이 실행되면 counter 모듈을 로드한 뒤, count가 5라는 값으로 평가된다.
이후 5가 콘솔에 출력된다.

이러한 이유 때문에 CJS는 코드 중간에 언제든 다른 모듈을 불러올 수 있다(동적 모듈이라고 표현하기도 한다).
아래처럼 말이다.

// some code
{
  // ...
  const { a } = require('./A.js');
}

ESM

반면 ESM는 단순히 필요한 모듈을 가져오는 것만으로 그치지 않는다.
인터프리터는 모듈이 실행되어야 할 코드의 순서와 함께 어떠한 종속성을 갖는지 이해하기 위해 종속성 그래프를 그린다.
인터프리터는 진입점(entry point)에서부터 필요한 모든 코드가 탐색되고 평가될 때까지 import / export를 DFS 방식으로 찾아나간다.

// AB.js
export function a() {}

export function b() {}
// CD.js
import { a } from './AB';

export function c() {
  a();
}

export function d() {}
// index.js
import { c, d } from './CD';

위 코드 예시를 보고 아래와 같은 그림을 그리는 것이라고 생각하면 된다.

구체적으로 다음과 같은 세 과정을 거치며 독립적으로 수행된다(이 때문에 ESM을 비동기식이라고 말하는 것이다).

  1. 생성(또는 파싱): import / export를 재귀적으로 찾아가며 모든 파일의 내용을 적재한다.
main.js -> a.js -> b.js // 차례대로 모두 방문한다.
main.js -> b.js // b는 이미 방문한 지점이므로 무시된다.
b.js -> a.js // a는 이미 방문한 지점이므로 무시된다.
  1. 인스턴스화: 각 파일에서 export된 참조를 메모리에 유지하고, 각 종속성 관계를 추적한다.
b = { loaded : <uninitalized> a : <uninitalized> } // a file을 참조하고 있다.
a = { loaded : <uninitalized> b : <uninitalized> }
main

JS 엔진은 모듈 환경 레코드를 생성하고, 이를 통해 모듈 레코드의 변수를 관리한다.
그다음 모든 export에 대해 속성을 찾는다.
모듈 환경 레코드는 각 export와 연관된 속성을 추적한다.
이때까지 값이 정해지지는 않는다.

  1. 평가: 코드를 평가한다.

위 과정까지는 모듈 간 링크를 만든 것일 뿐, 실질적인 코드가 있는 것이 아니다.
실제로 코드가 동작할 수 있도록 코드를 평가한다(간단하게 값을 할당하는 거라고 생각하면 편하다).
이 과정은 DFS의 반대인, 아래에서 위로 올라가 마지막 파일인 entry point를 평가한다.

2. 장단점

동기적 로딩(yes CJS, no ESM)

CJS는 모듈이 동기적으로 로드된다.
이 때문에 코드 흐름이 직관적이며 디버깅이 간편하다.
하지만 모듈의 의존성이 깊고 복잡하다면 모듈 로드가 다른 코드 실행을 방해하기 때문에 초기 로딩 시간이 증가할 수 있다.

동적 로딩(yes CJS, no ESM)

모듈의 경로가 동적으로 결정되는 경우가 있을 수 있다.

const path = makeDynamicPath();
const module = require(path);

위와 같은 방식으로는 가능하지만, 아래와 같은 방식으로는 불가능한 표현이다.

const path = makeDynamicPath();
import module from path;

// 그치만 아래는 가능하다
import(path).then(
  // ...
)

기본 옵션(yes CJS, no ESM)

ESM은 자바스크립트의 많은 부분에 변경이 필요하다.
ESM은 일단 기본 값으로 use strict가 설정되어 있어야하고, this는 global object를 참조하지 않고, 스코프는 다르게 작동 되는 등등 변화가 많다.
이것이 브라우저에서 조차 <script>가 기본적으로 type="module" 없이는 ESM으로 동작하지 않는 이유다.

cf) 기본 값을 CJS에서 ESM으로 바꾸는 것은 호환성을 해치는 문제가 된다(node의 대안으로 주목받고 있는 deno는 ESM을 기본값으로 사용하지만, 결과적으로 모든 생태계를 처음부터 다시 설계해야 했다).

순환 참조 감지(yes ESM, no CJS)

ESM은 CJS와 달리 서로에 대한 완전한 참조를 가지게 된다.
반면 CJS는 서로에 참조에 대해 시간 차가 발생한다.

예를 들어 a가 b를 부른 후 b가 a를 부르는 구조가 되어 있을 때,
a는 b를 가지고 있지만 a가 가진 b에는 a가 아직 존재하지 않는다.

a = { b : { } } // a가 가지고 있는 종속성
b = { a : { b } } // b가 가지고 있는 종속성

하지만 ESM은 종속성 트리를 만들기 때문에 순환 참조를 감지하고 이를 사전에 방지할 수 있다.

트리 쉐이킹(yes ESM, no CJS)

트리 쉐이킹이란 사용하지 않는 코드를 제거하는 방식으로 웹 페이지 성능을 올릴 수 있는 한 가지 방법이다.
ESM에서 모듈 종속성을 분석할 수 있기 때문에 사용하지 않는 코드를 사전에(빌드 시) 감지하고 모듈에서 이를 제거할 수 있다(ESM은 정적 모듈이기 때문이다).

함수 재정의(yes CJS, no ESM)

require는 함수이기 때문에 누구나 마음대로 동작을 바꿀 수 있다.

const myRequire = (request: string) => {
  // 실제 require이랑 다르게 동작시킴
}
  
global.require = myRequire;

이 때문에 예상치 못하게 동작할 수도 있다.
실제로 CJS에 의존하는 라이브러리인 jest나 ts-node는 require을 재정의하기 때문에 (babel, webpack 등에 대한 지원 없이는) ESM에서는 동작하지 않는다.
그래서 이 라이브러리들을 ESM에서 사용하다보면 오류를 마주할 수 있다고 한다(아직 나는 마주한 적은 없다...).

언어 표준(yes ESM, no CJS)

CJS는 언어 표준이 아니기 때문에 Node.js와 CJS 모듈 시스템을 지원하는 런타임에서만 사용할 수 있었다.
다만, Node.js 13.2.0 버전부터 ESM을 안정적으로 지원할 수 있게 되었다.

3. 참고

ESM와 CJS는 서로를 호출할 수 있다.
다만 제약이 있다.

  1. ESM에서는 require()를 사용할 수는 없다. 오로지 import만 가능하다.
  2. CJS도 마찬가지로 import를 사용할 수는 없다.
  3. ESM에서 CJS를 import하여 사용할 수 있다. 그러나 오로지 default import만 가능하다. 그러나 CJS가 named export를 사용하고 있다면 named import 인 import { shuffle } from 'lodash'와 같은 것은 불가능하다.
  4. ESM을 CJS에서 require()로 가져올 수는 있다. 그러나 이는 별로 권장되지 않는다. 그 이유는 이를 사용하기 위해서는 더 많은 boilerplate가 필요하고, 최악의 경우 Webpack이나 Rollup 같은 번들러도 필요하다. ESM이 require()에서 어떻게 동작해야 하는지 모르기 때문이다.
  5. CJS는 기본값으로 지정되어 있다. 따라서 ESM 모드를 사용하기 위해서는 opt-in해야 한다. .js.mjs로 바꾸거나, package.json"type": "module" 옵션을 넣는 방법이 있다.

참고

https://velog.io/@kakasoo/ESM%EA%B3%BC-CommonJS%EC%9D%98-%EC%B0%A8%EC%9D%B4
https://ui.toast.com/weekly-pick/ko_20180716
https://toss.tech/article/commonjs-esm-exports-field
https://yceffort.kr/2020/08/commonjs-esmodules
https://ui.toast.com/weekly-pick/ko_20180402
https://velog.io/@runprogrmm/CommonJs%EC%99%80-ECMAScript-ModulesESM

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