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深入剖析webpack

背景


说到构建工具,我往往会在前面加「自动化」三个字,因为构建工具就是用来让我们不再做机械重复的事情,解放我们的双手的。
什么是前端自动化?前端工程师需要维护的代码极为庞大和复杂,代码维护、打包、发布等流程也变得极为繁琐,同时浪费的时间和精力也越来越多,当然人为的错误也随着流程的增加而增加了更多的出错率。
致使每一个团队都希望有一种工具,能帮助整个团队在开发中能精简流程、提高效率、减少错误率。随之讨论自动化部署也越来越多,并且国内很多大型团队也都有自己成熟的自动化部署工具。

常用的构建工具 gulp,webpack,parcel,rollup,vite ,fis,grunt等

经过多年的发展,Webpack 已经成为构建工具中的首选,这是因为:
  • 大多数团队在开发新项目时会采用紧跟时代的技术,这些技术几乎都会采用“模块化+新语言+新框架”,Webpack可以为这些新项目提供一站式的解决方案;
  • Webpack有良好的生态和维护团队,能提供良好的开发体验并保证质量;
  • Webpack 被全世界大量的Web开发者使用和验证,能找到各个层面所需要的教程和经验分享。


webpack的构成


说webpack是构建工具并不确切,更确切的说法应该是静态模块打包器,在webpack里包(bundle)的概念很重要,另一个重要的概念是依赖关系图,这组成了这个打包器的重要核心。



webpack有四大核心要素,这也是跟我们使用配置webpack时十分密切的四个部分:
  • entry: 配置入口文件,即产生依赖关系图的入口
  • output:文件的产出位置配置
  • loader:匹配文件的编译过程
  • plugins:针对整个构建打包流程的插件处理(文件压缩,dev环境的热加载)
出入口决定了我们需要将那些文件打包到哪里去,而loader承接这里的匹配文件的编译工作,plugins则是针对整个构建过程的操作,需要什么功能引入什么插件。

webpack打包是如何运行的

也可以称为,webpack是如何实现模块化的
CommonJS是同步加载模块,一般用于node。因为node应用程序运行在服务器上,程序通过文件系统可以直接读取到各个模块的文件,特点是响应快速,不会因为同步而阻塞了程序的运行;
AMD是异步加载模块,所以普遍用于前端。而前端项目运行在浏览器中,每个模块都要通过http请求加载js模块文件,受到网络等因素的影响如果同步的话就会使浏览器出现“假死”(卡死)的情况,影响到了用户体验。
ESModule 旨在实现前后端模块化的统一。而webpack就是把ES6的模块化代码转码成CommonJS的形式,从而兼容浏览器的。
为什么webpack打包后的文件,可以用在浏览器:此时webpack会将所有的js模块打包到bundle.js中(异步加载的模块除外,异步模块后面会讲),读取到了内存里,就不会再分模块加载了。



webpack对CommonJS的模块化处理

举例:
index.js文件,引入test.js文件
const test = require('./test');

console.log(test);
console.log('hello world');


test.js文件
module.exports = {
name: 'startdt',
age: '5',
};


当我们执行webpack之后,打包完成,可以看到bundle.js内的代码
// modules 即为存放所有模块的数组,数组中的每一个元素都是一个函数
(function(modules) {
// 安装过的模块都存放在这里面
// 作用是把已经加载过的模块缓存在内存中,提升性能
var installedModules = {};
// 去数组中加载一个模块,moduleId 为要加载模块在数组中的 index
// __webpack_require__作用和 Node.js 中 require 语句相似
function __webpack_require__(moduleId) {
// require 模块时先判断是否已经缓存, 已经缓存的模块直接返回
if(installedModules[moduleId]) {
return installedModules[moduleId].exports;
}
// 如果缓存中不存在需要加载的模块,就新建一个模块,并把它存在缓存中
var module = installedModules[moduleId] = {
// 模块在数组中的index
i: moduleId,
// 该模块是否已加载完毕
l: false,
// 该模块的导出值,也叫模块主体内容, 会被重写
exports: {}
};
// 从 modules 中获取 index 为 moduleId 的模块对应的函数
// 再调用这个函数,同时把函数需要的参数传入,this指向模块的主体内容
modules[moduleId].call(module.exports, module, module.exports, __webpack_require__);
// 将模块标记为已加载
module.l = true;
// 返回模块的导出值,即模块主体内容
return module.exports;
}
// 向外暴露所有的模块
__webpack_require__.m = modules;
// 向外暴露已缓存的模块
__webpack_require__.c = installedModules;

...
...

// Webpack 配置中的 publicPath,用于加载被分割出去的异步代码,这个暂时还没有用到
__webpack_require__.p = "";
// Load entry module and return exports
// 准备工作做完了, require 一下入口模块, 让项目跑起来
// 使用 __webpack_require__ 去加载 index 为 0 的模块,并且返回该模块导出的内容
// index 为 0 的模块就是 index.js文件,也就是执行入口模块
// __webpack_require__.s 的含义是启动模块对应的 index
return __webpack_require__(__webpack_require__.s = 0);
})
/***** 华丽的分割线 上边时 webpack 初始化代码, 下边是我们写的模块代码 *******/
// 所有的模块都存放在了一个数组里,根据每个模块在数组的 index 来区分和定位模块
([
/* 模块 0 对应 index.js */
(function(module, exports, __webpack_require__) {
// 通过 __webpack_require__ 规范导入 foo 函数,foo.js 对应的模块 index 为 1
const test = __webpack_require__(1);

console.log(test);
console.log('hello world');
}),
/* 模块 1 对应 foo.js */
(function(module, exports) {
// 通过 CommonJS 规范导出对象
module.exports = {
name: 'startdt',
age: '5',
};
})
]);


上面是一个立即执行函数,简单点写:
(function(modules) {

// 模拟 require 语句
function __webpack_require__(index) {
return [/*存放所有模块的数组中,第index个模块暴露的东西*/]
}

// 执行存放所有模块数组中的第0个模块,并且返回该模块导出的内容
return __webpack_require__(0);

})([/*存放所有模块的数组*/])


bundle.js 能直接运行在浏览器中的原因在于:
webpack通过 _webpack_require_ 函数(该函数定义了一个可以在浏览器中执行的加载函数)模拟了模块的加载(类似于Node.js 中的 require 语句),把定义的模块内容挂载到module.exports上;
同时__webpack_require__函数中也对模块缓存做了优化,执行加载过的模块不会再执行第二次,执行结果会缓存在内存中,当某个模块第二次被访问时会直接去内存中读取被缓存的返回值。
原来一个个独立的模块文件被合并到了一个单独的 bundle.js 的原因在于,浏览器不能像 Node.js 那样快速地去本地加载一个个模块文件,而必须通过网络请求去加载还未得到的文件。 如果模块数量很多,加载时间会很长,因此把所有模块都存放在了数组中,执行一次网络加载。

这一部分,我写一了一个demo

源码地址


webpack对es6 Module模块化的处理
举例
index.js文件,引入test.js文件
import test from './test';

console.log(test);
console.log('hello world');



test.js文件
export default {
name: 'startdt',
age: '5',
};



打包完后bundle.js代码如下
(function(modules) {
var installedModules = {};
function __webpack_require__(moduleId) {
if(installedModules[moduleId]) {
return installedModules[moduleId].exports;
}
var module = installedModules[moduleId] = {
i: moduleId,
l: false,
exports: {}
};
modules[moduleId].call(module.exports, module, module.exports, __webpack_require__);
module.l = true;
return module.exports;
}
__webpack_require__.m = modules;
__webpack_require__.c = installedModules;
__webpack_require__.d = function(exports, name, getter) {
if(!__webpack_require__.o(exports, name)) {
Object.defineProperty(exports, name, {
configurable: false,
enumerable: true,
get: getter
});
}
};
__webpack_require__.n = function(module) {
var getter = module && module.__esModule ?
function getDefault() { return module['default']; } :
function getModuleExports() { return module; };
__webpack_require__.d(getter, 'a', getter);
return getter;
};
__webpack_require__.o = function(object, property) { return Object.prototype.hasOwnProperty.call(object, property); };
__webpack_require__.p = "";
return __webpack_require__(__webpack_require__.s = 0);
})([相关模块]);



打包好的内容和commonjs模块化方法差不多
function(module, __webpack_exports__, __webpack_require__) {
"use strict";
// 在__webpack_exports__上定义__esModule为true,表明是一个模块对象
Object.defineProperty(__webpack_exports__, "__esModule", { value: true });
var __WEBPACK_IMPORTED_MODULE_0__foo__ = __webpack_require__(1);
console.log(__WEBPACK_IMPORTED_MODULE_0__foo__["a"]);
console.log('hello world');
},
function(module, __webpack_exports__, __webpack_require__) {
"use strict";
__webpack_exports__["a"] = ({
name: 'startdt',
age: '5',
});
}



和 commonjs 不同的地方
首先, 包装函数的参数之前的 module.exports 变成了_webpack_exports_
其次, 在使用了 es6 模块导入语法(import)的地方, 给__webpack_exports__添加了属性__esModule
其余的部分和 commonjs 类似

webpack文件的按需加载


以上webpack把所有模块打包到主文件中,所以模块加载方式都是同步方式。但在开发应用过程中,按需加载(也叫懒加载)也是经常使用的优化技巧之一。
按需加载,通俗讲就是代码执行到异步模块(模块内容在另外一个js文件中),通过网络请求即时加载对应的异步模块代码,再继续接下去的流程。

main.js 文件
window.document.getElementById('btn').addEventListener('click', function () {
// 当按钮被点击后才去加载 show.js 文件,文件加载成功后执行文件导出的函数
import(/* webpackChunkName: "show" */ './show').then((show) => {
show('Webpack');
})
});



show.js 文件
module.exports = function (content) {
window.alert('Hello ' + content);
};


代码中最关键的一句是 import(/* webpackChunkName: “show” / ‘./show’),Webpack 内置了对 import() 语句的支持,当 Webpack 遇到了类似的语句时会这样处理:
以 ./show.js 为入口新生成一个 Chunk;
当代码执行到 import 所在语句时才会去加载由 Chunk 对应生成的文件。
import 返回一个 Promise,当文件加载成功时可以在 Promise 的 then 方法中获取到 show.js 导出的内容。
webpack有个require.ensure api语法来标记为异步加载模块,webpack4推荐使用新的import() api(需要配合@babel/plugin-syntax-dynamic-import插件)。

因为require.ensure是通过回调函数执行接下来的流程,而import()返回promise,这意味着可以使用 async/await语法,使得可以像书写同步代码一样,执行异步流程。


上述内容打包后会生成两个chunk文件,分别是主文件执行入口文件 bundle.js 和 异步加载文件 0.bundle.js 。
// 0.bundle.js
// 异步模块
// window["webpackJsonp"]是连接多个chunk文件的桥梁
// window["webpackJsonp"].push = 主chunk文件.webpackJsonpCallback
(window["webpackJsonp"] = window["webpackJsonp"] || []).push([
[0], // 异步模块标识chunkId,可判断异步代码是否加载成功
// 跟同步模块一样,存放了{模块路径:模块内容}
{
"./src/async.js": (function(module, __webpack_exports__, __webpack_require__) {
__webpack_require__.r(__webpack_exports__);
__webpack_exports__["default"] = (function () {
return 'hello, aysnc module';
});
})
}
]);


异步模块打包后的文件中保存着异步模块源代码,同时为了区分不同的异步模块,还保存着该异步模块对应的标识:chunkId。以上代码主动调用window[“webpackJsonp”].push函数,该函数是连接异步模块与主模块的关键函数,该函数定义在主文件中,实际上window[“webpackJsonp”].push = webpackJsonpCallback

webpack异步加载模块实现流程跟jsonp基本一致。


既然我们知道了打包的结果,那webpack的是怎么运行的呢

webpack的核心对象

Tapable:控制钩子的发布与订阅,Compiler和Compilation 对象都继承于 Tapable

Compiler

Compiler 继承 Tapable 对象,可以广播和监听 webpack 事件。
Compiler 对象是 webpack 的编译器,webpack 周期中只存在一个 Compiler 对象。
Compiler 对象在 webpack 启动时创建实例,compiler 实例中包含 webpack 的完整配置,包括 loaders, plugins 信息。

Compilation

Compilation 继承 Tapable 对象,可以广播和监听 webpack 事件。
Compilation 实例仅代表一次 webpack 构建和生成编译资源的的过程。
webpack 开发模式开启 watch 选项,每次检测到入口文件模块变化时,会创建一次新的编译: 生成一次新的编译资源和新的 compilation 对象,这个 compilation 对象包含了当前编译的模块资源 module, 编译生成的资源,变化的文件, 依赖的的状态


webpack 的运行流程是一个串行的过程,从启动到结束会依次执行以下流程:
  1. 初始化参数:从配置文件和 Shell 语句中读取与合并参数,得出最终的参数;
  2. 开始编译:用上一步得到的参数初始化 Compiler 对象 (实例化complier对象),加载所有配置的插件,执行对象的 run 方法开始执行编译,生成Compilation对象 (实例化Compilation对象);
  3. 确定入口:根据配置中的 entry ,调用AST引擎(acorn)处理入口文件,生成抽象语法树AST,根据AST构建模块的所有依赖;
  4. 编译模块:从入口文件出发,调用所有配置的 Loader 对模块进行翻译,再找出该模块依赖的模块,再递归本步骤直到所有入口依赖的文件都经过了本步骤的处理;
  5. 完成模块编译:在经过第4步使用 Loader 翻译完所有模块后,得到了每个模块被翻译后的最终内容以及它们之间的依赖关系;
  6. 输出资源:根据入口和模块之间的依赖关系,组装成一个个包含多个模块的 Chunk,再把每个 Chunk 转换成一个单独的文件加入到输出列表,这步是可以修改输出内容的最后机会;
  7. 输出完成:在确定好输出内容后,根据配置确定输出的路径和文件名,把文件内容输出到目录。


编译前准备

此阶段概述:在 compiler 的各种 hook 上注册项目配置的 plugins、注册 webpack 默认插件 ➡️ 注册 resolverFactory.hooks 为 Factory.createResolver 方法提供参数对象。
webpack 的事件机制是基于 tapable 库做的事件流控制,在整个编译过程中暴露出各种hook,而 plugin 注册监听了某个/某些 hook,在这个 hook 触发时,会执行 plugin 里绑定的方法。
new NodeEnvironmentPlugin({
infrastructureLogging: options.infrastructureLogging
}).apply(compiler);


loader阶段


递归编译生成 module 实例
  • resolve 阶段,解析返回包含当前模块所有信息的一个对象

此阶段概述:利用 enhanced-resolve 库,得到 resolve 解析方法 ➡️ 解析 inline loader 和它对应资源的 resource,还有项目config的 loader,然后对所有 loader 进行合并、排序 ➡️ 得到 module 对应的 parser 和 generator,用于后面的 ast 解析及模板生成 ➡️ 输出一个包含当前模块上下文、loaders、绝对路径、依赖等 module 所有信息的组合对象,提供给 afterResolve 钩子触发后的回调。这个对象下一步会被用来初始化当前文件 的 module 实例。

比如
import Styles from style-loader!css-loader?modules!./styles.css


会被解析成:
{
"resource": "./styles.css",
"elements": [
{
"loader": "style-loader"
},
{
"loader": "css-loader",
"options": "modules"
}
]
}



然后并行处理参数数组各个任务,完成之后都会返回一个 results 列表,列表顺序为参数数组顺序,与执行顺序无关。
得到的 results:
{
"results": [
[
{
"loader": "loader的绝对路径1",
"options": "loader参数1"
},
{
"loader": "loader的绝对路径2",
"options": "loader参数2"
}
],
{
"resource": "模块绝对路径",
"resourceResolveData": "模块基本信息(即enhanced-resolve执行结果)"
}
]
}


解析 config module rules 里的 loader,递归过滤匹配出对应的 loader:
{
"result": [
{ "type": "type", "value": "javascript/auto" },
{ "type": "resolve", "value": {} },
{ "type": "use", "value": { "loader": "babel-loader" } }
]
}



对 loader 进行合并、排序:
接着处理inline loader带有前缀!,!!,-!和result项带有enforce参数的情况,用来决定怼 loader的禁用和排序。
并行处理上一步得到的useLoadersPost、useLoadersPre、useLoaders,拿到对应的 resolve 结果即路径信息,再在回调里排序、合并,
即 loaders 配置顺序为 postLoader,inlineLoader,loader(normal),preLoader,执行顺序则相反。
  • 执行 loader 阶段,初始化模块 module,并用 loader 倒序转译
开启构建 module 流程。 new NormalModule(result)得到初始化的 module ➡️ 在 build 过程中执行 runLoaders 处理源码,先正序读取每个 loader 并执行它的 pitch,再倒序执行每个 loader 的 normal,最后得到一个编译后的字符串或 Buffer。


runLoaders 方法来自 loader-runner,作用是按规定流程执行各种 loader,将模块源码后处理成一个 String 或 Buffer 格式的 JavaScript (可能还有个 SourceMap)。

  • parse 阶段,收集依赖
调用 parser 将上一步 runLoaders 的编译结果利用 acorn 库转换为 ast。生成的 AST 划分为三部分:ImportDeclaration、FunctionDeclaration和VariablesDeclaration。➡️ 遍历 ast,根据导入导出及异步的情况触发相关钩子插件来收集依赖,这些依赖用于解析递归依赖和模板操作 ➡️ 根据每个 module 的相关信息生成各自唯一的 buildHash。

  • 递归处理依赖阶段 (重复以上步骤)
根据 module 间的相互依赖关系,递归解析所有依赖 module。即 resolve ➡️ 执行 loader ➡️ parse ➡️ 收集并处理该模块依赖的模块,直到所有入口依赖 (直接或间接) 的文件都经过了这些步骤的处理。最终返回一个入口 module。



loader过程归纳

就这样,从入口module开始,根据module之间的依赖关系,递归将所有的module都转换编译。
直到层层依赖都转换完成,执行return process.nextTick(callback);,将在下一次事件循环tick之前调用 callback,
此时返回一个入口 module:
{
"module": {
//...
//同步模块
"dependencies": ["HarmonyImportSideEffectDependency", "HarmonyImportSpecifierDependency"],
//异步模块
"blocks": ["ImportDependenciesBlock"]
}
}


无抛出错误则再触发 compilation.hooks:succeedEntry,到此 module 生成结束。

plugins

一个webpack的插件由以下几方面组成:
  • 一个非匿名的js函数
  • 在它的原型对象上定义apply方法
  • 指明挂载自身的webpack钩子事件
  • 操作webpack内部情况的特定数据
  • 方法完成时唤起webpack提供的回调

插件的基本结构
插件是在原型中带有一个apply方法的实例化对象,当安装插件的时候,这个apply方法就会被webpack调用一次。apply方法提供一个指向当前活动的webpack compiler的引用,该引用允许访问compiler的回调

简单的Plugin案例
function HelloWorldPlugin() {
//
};
HelloWorldPlugin.prototype.apply = function(compiler) {
compiler.plugin('webpacksEventHook', function(compilation, callback) {
console.log('Hello World!')
callback();
});
};

module.exports = HelloWorldPlugin;


function HelloCompilationPlugin(options) {}

HelloCompilationPlugin.prototype.apply = function(compiler) {

// Setup callback for accessing a compilation:
compiler.plugin("compilation", function(compilation) {

// Now setup callbacks for accessing compilation steps:
compilation.plugin("optimize", function() {
console.log("Assets are being optimized.");
});
});
};

module.exports = HelloCompilationPlugin;


插件的使用
const HelloWorldPlugin = require('hello-world');

const webpackConfig = {
// ... config settings here ...
plugins: [
new HelloWorldPlugin({options: true})
]
};




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加入于:2020-04-13