又一个基于 Esbuild 的神器！

Node.js 并不支持直接执行 TS 文件，如果要执行 TS 文件的话，我们就可以借助 ts-node 这个库。相信有些小伙伴在工作中也用过这个库，关于 ts-node 这个库的相关内容我就不展开介绍了，因为本文的主角是由 antfu 大佬开源的 esno 项目，接下来我将带大家一起来揭开这个项目背后的秘密。

阅读完本文后，你将了解 esno 项目是如何执行 TS 文件。此外，你还会了解如何劫持 Node.js 的 require 函数、如何为 ES Module 的 import 语句添加钩子及如何自定义 https 加载器，以支持 import React from "https://esm.sh/react" 导入方式。

esno 是什么

esno 是基于 esbuild 的 TS/ESNext node 运行时。该库会针对不同的模块化标准，采用不同的方案：

esno - Node in CJS mode - by esbuild-register
esmo - Node in ESM mode - by esbuild-node-loader

使用 esno 的方式很简单，你可以以全局或局部的方式来安装它：

全局安装

$ npm i -g esno
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在安装成功后，你就可以通过以下方式来直接执行 TS 文件：

$ esno index.ts
$ esmo index.ts
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局部安装

$ npm i esno
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而对于局部安装的方式来说，一般情况下，我们会以 npm scripts 的方式来使用它：

{
  "scripts": {
    "start": "esno index.ts"
  },
  "dependencies": {
    "esno": "0.14.0"
  }
}
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esno 是如何工作的

在开始分析 esno 的工作原理之前，我们先来熟悉一下该项目：

├── LICENSE
├── README.md
├── esmo.mjs
├── esno.js
├── package.json
├── pnpm-lock.yaml
├── publish.ts
└── tsconfig.json
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观察以上的项目结构可知，该项目并不会复杂。在项目根目录下的 package.json 文件中，我们看到了前面介绍的 esno 和 esmo 命令。

{
  "bin": {
    "esno": "esno.js",
    "esmo": "esmo.mjs"
  },
}
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此外，在 package.json 的 scripts 字段中，我们发现了 release 命令。顾名思义，该命令用来发布版本。

{
  "scripts": {
    "release": "npx bumpp --tag --commit --push && node esmo.mjs publish.ts"
  },
}  
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需要注意的是，在 publish.ts 文件中，使用到了 2021 年度 Github 上最耀眼的项目 zx，利用该项目我们可以轻松地编写命令行脚本。写作本文时，它的 Star 数已经高达 27.5K，强烈推荐感兴趣的小伙伴关注一下该项目。

简单介绍了 esno 项目之后，接下来我们来分析 esno.js 文件：

#!/usr/bin/env node

const spawn = require('cross-spawn')
const spawnSync = spawn.sync

const register = require.resolve('esbuild-register')

const argv = process.argv.slice(2)

process.exit(spawnSync('node', ['-r', register, ...argv], 
  { stdio: 'inherit' }).status)
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由以上代码可知，当执行 esno index.ts 命令后，会通过 spawnSync 来启动 Node.js 程序执行脚本。需要注意的是，在执行时使用了 -r 选项，该选项的作用是预加载模块：

 -r, --require = ... module to preload (option can be repeated)
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这里预加载的模块是 esbuild-register，该模块就是 esno 命令执行 TS 文件的幕后英雄。

esbuild-register 是什么

esbuild-register 是一个基于 esbuild 来转换 JSX、TS 和 esnext 特性的工具。你可以通过以下多种方式来安装它：

$ npm i esbuild esbuild-register -D
# Or Yarn
$ yarn add esbuild esbuild-register --dev
# Or pnpm
$ pnpm add esbuild esbuild-register -D
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在成功安装该模块之后，就可以在命令行中，直接通过 node 应用程序来执行 ts 文件：

$ node -r esbuild-register file.ts
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-r, --require = ... module to preload (option can be repeated)

-r 用于指定预加载的文件，即在执行 file.ts 文件前，提前加载 esbuild-register 模块

它将会使用 tsconfig.json 中的 jsxFactory, jsxFragmentFactory 和 target 配置项来执行转换操作。

esbuild-register 不仅可以在命令行中使用，而且还可以通过 API 的方式进行使用：

const { register } = require('esbuild-register/dist/node')

const { unregister } = register({
  // ...options
})

// Unregister the require hook if you don't need it anymore
unregister()
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了解完 esbuild-register 的基本使用之后，接下来我们来分析它内部是如何工作的。

esbuild-register 是如何工作的

esbuild-register 内部利用了 pirates 这个库来劫持 Node.js 的 require 函数，从而让你可以在命令行中，直接执行 ts 文件。下面我们来看一下 esbuild-register 模块中定义的 register 函数：

// esbuild-register/src/node.ts
import { transformSync, TransformOptions } from 'esbuild'
import { addHook } from 'pirates'

export function register(esbuildOptions: RegisterOptions = {}) {
  const {
    extensions = DEFAULT_EXTENSIONS,
    hookIgnoreNodeModules = true,
    hookMatcher,
    ...overrides
  } = esbuildOptions

  // 利用 transformSync 
  const compile: COMPILE = function compile(code, filename, format) {
    const dir = dirname(filename)
    const options = getOptions(dir)
    format = format ?? inferPackageFormat(dir, filename)

    const {
      code: js,
      warnings,
      map: jsSourceMap,
    } = transformSync(code, {
      sourcefile: filename,
      sourcemap: 'both',
      loader: getLoader(filename),
      target: options.target,
      jsxFactory: options.jsxFactory,
      jsxFragment: options.jsxFragment,
      format,
      ...overrides,
    })
	// 省略部分代码
  }

  const revert = addHook(compile, {
    exts: extensions,
    ignoreNodeModules: hookIgnoreNodeModules,
    matcher: hookMatcher,
  })

  return {
    unregister() {
      revert()
    },
  }
}
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观察以上的代码可知，在 register 函数内部是利用 esbuild 模块提供的 transformSync API 来实现 ts -> js 代码的转换。其实最关键的环节，还是通过调用 pirates 这个库提供的 addHook 函数来注册编译 ts 文件的钩子。那么 addHook 函数内部到底做了哪些处理呢？下面我们来看一下它的实现：

// pirates-4.0.5/src/index.js
export function addHook(hook, opts = {}) {
  let reverted = false;
  const loaders = []; // 存放新的loader
  const oldLoaders = []; // 存放旧的loader
  let exts;

  const originalJSLoader = Module._extensions['.js']; // 原始的JS Loader 
  // 省略部分代码
  exts.forEach((ext) => {
    // 获取已注册的loader，若未找到，则默认使用JS Loader
    const oldLoader = Module._extensions[ext] || originalJSLoader;
    oldLoaders[ext] = Module._extensions[ext];

    loaders[ext] = Module._extensions[ext] = function newLoader(
	  mod, filename) {
      let compile;
      if (!reverted) {
        if (shouldCompile(filename, exts, matcher, ignoreNodeModules)) {
          compile = mod._compile;
          mod._compile = function _compile(code) {
			// 这里需要恢复成原来的_compile函数，否则会出现死循环
            mod._compile = compile;
			// 在编译前先执行用户自定义的hook函数
            const newCode = hook(code, filename);
            if (typeof newCode !== 'string') {
              throw new Error(HOOK_RETURNED_NOTHING_ERROR_MESSAGE);
            }

            return mod._compile(newCode, filename);
          };
        }
      }

       oldLoader(mod, filename);
     };
  });
}
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其实 addHook 函数的实现并不会复杂，该函数内部就是通过替换 mod._compile 方法来实现钩子的功能。即在调用原始的 mod._compile 方法进行编译前，会先调用 hook(code, filename) 函数来执行用户自定义的 hook 函数，从而对代码进行预处理。

而对于 esbuild-register 库中的 register 函数来说，当 hook 函数执行时，就会调用该函数内部定义的 compile 函数来编译 ts 代码，然后再调用 mod._compile 方法编译生成的 js 代码。

关于 esbuild-register 和 pirates 这两个库的内容就先介绍到这里，如果你想详细了解 pirates 这个库是如何工作的，可以阅读如何为 Node.js 的 require 函数添加钩子？这篇文章。

现在我们已经分析完 esno.js 文件，接下来我们来分析 esmo.mjs 文件。

esmo 是如何工作的

esmo 命令对应的是 esmo.mjs 文件：

#!/usr/bin/env node

import spawn from 'cross-spawn'
import { resolve } from 'import-meta-resolve'
const spawnSync = spawn.sync

const argv = process.argv.slice(2)
resolve('esbuild-node-loader', import.meta.url).then((path) => {
  process.exit(spawnSync('node', ['--loader', path, ...argv], 
	{ stdio: 'inherit' }).status)
})
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由以上代码可知，当使用 node 应用程序执行 ES Module 文件时，会通过 --loader 选项来指定自定义的 ES Module 加载器。

 --loader, --experimental-loader = ... use the specified module as a custom loader
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需要注意的是，通过 --loader 选项指定的自定义加载器只适用于 ES Module 的 import 调用，并不适用于 CommonJS 的 require 调用。

那么自定义加载器有什么作用呢？在当前最新的 Node.js v17.4.0 版本中，还不支持以 https:// 开头的说明符。我们可以在自定义加载器中，利用 Node.js 提供的钩子机制，让 Node.js 可以使用 import 导入以 https:// 协议开头的 ES 模块。

在分析如何自定义 https 资源加载器前，我们需要先介绍一下 import 说明符的概念。

import 说明符

import 语句的说明符是 from 关键字之后的字符串，例如 import { sep } from 'path' 中的 'path'。说明符也用于 export from 语句，并作为 import() 表达式的参数。

有三种类型的说明符：

相对说明符，如 './startup.js' 或 '../config.mjs'。它们指的是相对于导入文件位置的路径。对于这种类型，文件扩展名是必须的。
裸说明符，如 'some-package' 或 'some-package/shuffle'。它们可以通过包名来引用包的主入口点。当包没有 exports 字段的时候，才需要包含文件扩展名。
绝对说明符，如 file:///opt/nodejs/config.js。它们直接且明确地引用完整路径。

裸说明符解析由 Node.js 模块解析算法处理，所有其他说明符解析始终仅使用标准的相对URL 解析语义进行解析。

和 CommonJS 一样，包内的模块文件可以通过在包名上添加路径来访问，除非包的 package.json 包含一个 "exports " 字段，在这种情况下，包中的文件只能通过 "exports " 中定义的路径访问。

介绍完 import 说明符之后，接下来我们来看一下如何自定义 https 加载器。

自定义 https 加载器

resolve 钩子

resolve 钩子用于根据模块的说明符和 parentURL 生成导入目标的绝对路径，调用该钩子后会返回一个包含 format（可选）和 url 属性的对象。

// https-loader.mjs
import { get } from 'https';

export function resolve(specifier, context, defaultResolve) {
  const { parentURL = null } = context;

  if (specifier.startsWith('https://')) {
    return {
      url: specifier
    };
  } else if (parentURL && parentURL.startsWith('https://')) {
    return {
      url: new URL(specifier, parentURL).href
    };
  }

  // 让 Node.js 处理其它的说明符
  return defaultResolve(specifier, context, defaultResolve);
}
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在以上代码中，会先判断 specifier 字符串是否以 'https://' 开头，如果条件满足的话，该字符串的值直接作为 url 属性的值，直接返回 { url: specifier } 对象。否则，会判断 parentURL 是否以 'https://' 开头，如果条件满足的话，则会调用 URL 构造函数，创建 URL 对象。

parentURL 是从 context 对象上获取的，那它什么时候会有值呢？假设在 ES 模块 A 中，以相对路径的形式导入 ES 模块 B。在导入 ES 模块 B 时，也会调用 resolve 钩子，此时 context 对象上的 parentURL 就会有值。

load 钩子

load 钩子用于定义应该如何解释、检索和解析 URL 的方法，调用该方法后，会返回包含 format 和 source 属性的对象。其中 format 属性值只能是 'builtin'、'commonjs'、'json'、'module' 和 'wasm' 中的一种。而 source 属性值的类型可以为 string、ArrayBuffer 或 TypedArray。

import { get } from 'https';

export function load(url, context, defaultLoad) {
  if (url.startsWith('https://')) {
    return new Promise((resolve, reject) => {
      get(url, (res) => {
        let data = '';
        res.on('data', (chunk) => data += chunk);
        res.on('end', () => resolve({
          format: 'module',
          source: data,
        }));
      }).on('error', (err) => reject(err));
    });
  }

  // 让 Node.js 加载其它类型的文件
  return defaultLoad(url, context, defaultLoad);
}
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在以上代码中，会通过 https 模块中的 get 函数来加载 https:// 协议的 ES 模块。如果不是以 'https://' 开头，则会使用默认的加载器来加载其它类型的文件。

创建完 https-loader 之后，我们来测试一下该加载器。首先创建一个 main.mjs 文件并输入以下内容：

// main.mjs
import React from "https://esm.sh/[email protected]"

console.dir(React);
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然后在命令行输入以下命令：

$ node --experimental-loader ./https-loader.mjs ./main.mjs
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当以上命令成功运行之后，控制台会输出以下内容：

{
  Fragment: Symbol(react.fragment),
  StrictMode: Symbol(react.strict_mode),
  Profiler: Symbol(react.profiler),
  Suspense: Symbol(react.suspense),
  ...
}
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了解完以上的内容后，我们回过头来看一下 esmo.mjs 文件中所使用的 esbuild-node-loader 模块。下面我们来简单分析一下 load 钩子：

// loader.mjs（esbuild-node-loader v0.6.4）
export function load(url, context, defaultLoad) {
  if (extensionsRegex.test(new URL(url).pathname)) {
    const { format } = context;

    let filename = url;
    if (!isWindows) filename = fileURLToPath(url);

    const rawSource = fs.readFileSync(new URL(url), { encoding: "utf8" });
    const { js } = esbuildTransformSync(rawSource, filename, url, format);

    return {
      format: "module",
      source: js,
    };
  }

  // Let Node.js handle all other format / sources.
  return defaultLoad(url, context, defaultLoad);
}
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通过观察以上代码，我们可知 load 钩子的核心处理流程，可以分为两个步骤：

步骤一：使用 fs.readFileSync 方法读取文件资源的内容；
步骤二：使用 esbuildTransformSync 函数对源代码进行转换。

而在 esbuildTransformSync 函数中，使用了 esbuild 模块提供的 transformSync 函数来实现代码的转换。该函数的相关代码如下所示：

// loader.mjs（esbuild-node-loader v0.6.4）
function esbuildTransformSync(rawSource, filename, url, format) {
  const {
    code: js,
    warnings,
    map: jsSourceMap,
  } = transformSync(rawSource.toString(), {
    sourcefile: filename,
    sourcemap: "both",
    loader: new URL(url).pathname.match(extensionsRegex)[1],
    target: `node${process.versions.node}`, 
    format: format === "module" ? "esm" : "cjs",
  });

  // 省略部分代码
  return { js, jsSourceMap };
}
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关于 transformSync 函数的使用方式，我就不展开介绍了。感兴趣的小伙伴可以自行阅读一下 esbuild 官网上的相关文档。

好的，esno 这个项目就介绍到这里。如果你对 Node.js 平台下的 require 和 import hook 机制感兴趣的话，可以详细阅读一下 pirates、esbuild-register 和 esbuild-node-loader 这几个项目的源码。若有遇到问题的话，欢迎跟阿宝哥交流哟。