Webpack 之 treeShaking

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webpack 2.0 开始引入 tree shaking 技术。在介绍技术之前,先介绍几个相关概念:

  • AST 对 JS 代码进行语法分析后得出的语法树 (Abstract Syntax Tree)。AST语法树可以把一段 JS 代码的每一个语句都转化为树中的一个节点。
  • DCE Dead Code Elimination,在保持代码运行结果不变的前提下,去除无用的代码。这样的好处是:
    • 减少程序体积
    • 减少程序执行时间
    • 便于将来对程序架构进行优化

    而所谓 Dead Code 主要包括:

    • 程序中没有执行的代码 (如不可能进入的分支,return 之后的语句等)
    • 导致 dead variable 的代码(写入变量之后不再读取的代码)

tree shaking 是 DCE 的一种方式,它可以在打包时忽略没有用到的代码。

机制简述

tree shaking 是 rollup 作者首先提出的。这里有一个比喻:

如果把代码打包比作制作蛋糕。传统的方式是把鸡蛋(带壳)全部丢进去搅拌,然后放入烤箱,最后把(没有用的)蛋壳全部挑选并剔除出去。而 treeshaking 则是一开始就把有用的蛋白蛋黄放入搅拌,最后直接作出蛋糕。

因此,相比于 排除不使用的代码,tree shaking 其实是 找出使用的代码

基于 ES6 的静态引用,tree shaking 通过扫描所有 ES6 的 export,找出被 import 的内容并添加到最终代码中。 webpack 的实现是把所有 import 标记为有使用/无使用两种,在后续压缩时进行区别处理。因为就如比喻所说,在放入烤箱(压缩混淆)前先剔除蛋壳(无使用的 import),只放入有用的蛋白蛋黄(有使用的 import)

使用方法

首先源码必须遵循 ES6 的模块规范 (import & export),如果是 CommonJS 规范 (require) 则无法使用。

根据webpack官网的提示,webpack2 支持 tree-shaking,需要修改配置文件,指定babel处理js文件时不要将ES6模块转成CommonJS模块,具体做法就是:

在.babelrc设置babel-preset-es2015的modules为fasle,表示不对ES6模块进行处理。

经过测试,webpack 3 和 4 不增加这个 .babelrc 文件也可以正常 tree shaking

Tree shaking 两步走

webpack 负责对代码进行标记,把 import & export 标记为 3 类:

  1. 所有 import 标记为 /* harmony import */
  2. 被使用过的 export 标记为 /* harmony export ([type]) */,其中 [type] 和 webpack 内部有关,可能是 bindingimmutable 等等。
  3. 没被使用过的 import 标记为 /* unused harmony export [FuncName] */,其中 [FuncName] 为 export 的方法名称

之后在 Uglifyjs (或者其他类似的工具) 步骤进行代码精简,把没用的都删除。

实例分析

所有实例代码均在demo/webpack 目录

方法的处理

编译后的 bundle.js 如下:

注:省略了 bundle.js 上边 webpack 自定义的模块加载代码,那些都是固定的。

对于没有使用的 bye 方法,webpack 标记为 unused harmony export bye,但是代码依旧保留。而 hello 就是正常的 harmony export (immutable)

之后使用 UglifyJSPlugin 就可以进行第二步,把 bye 彻底清除,结果如下:

只有 hello 的定义和调用。

类(class) 的处理

编译后的 bundle.js 如下:

注意到 webpack 是对 Util 类整体进行标记的(标记为被使用),而不是分别针对两个方法。也因此,最终打包的代码依然会包含 bye 方法。这表明 webpack tree shaking 只处理顶层内容,例如类和对象内部都不会再被分别处理。

这主要也是由于 JS 的动态语言特性所致。如果把 bye() 删除,考虑如下代码:

编译器并不能识别一个方法名字究竟是以直接调用的形式出现 (util.hello()) 还是以字符串的形式 (util['hello']()) 或者其他更加离奇的方式。因此误删方法只会导致运行出错,得不偿失。

副作用

副作用的意思某个方法或者文件执行了之后,还会对全局其他内容产生影响的代码。例如 polyfill 在各类 prototype 加入方法,就是副作用的典型。(也可以看出,程序和吃药不同,副作用不全是贬义的)

副作用总共有两种形态,是精简代码不得不考虑的问题。我们平时在重构代码时,也应当以相类似的思维去进行,否则总有踩坑的一天。

模块引入带来的副作用

如上代码经过 webpack + uglify 的处理后,会变成这样:

虽然 Util 类被引入之后没有进行任何使用,但是不能当做没引用过而直接删除。在混合后的代码中,可以看到 Util 类的本体 (export 的内容) 已经没有了,但是前后的 console.log 和对 Array.prototype 的扩展依然保留。这就是编译器为了确保代码执行效果不变而做的妥协,因为它不知道这两句代码到底是干嘛的,所以他默认认定所有代码 均有 副作用。

方法调用带来的副作用

我们引入并调用了 bye(),但是却没有使用它的返回值 result2,这种代码可以删吗?(扪心自问,如果是你人肉重构代码,直接删掉这行代码的可能性有没有超过 90% ?)

webpack 并没有删除这行代码,至少没有删除全部。它确实删除了 result2,但保留了 bye() 的调用(压缩的代码表现为 Object(r.a)())以及 bye() 的定义。

这同样是因为编译器不清楚 bye() 里面究竟做了什么。如果它包含了如 Array.prototye 的扩展,那删掉就又出问题了。

如何解决副作用?

我们很感谢 webpack 如此严谨,但如果某个方法就是没有副作用的,我们该怎么告诉 webpack 让他放心大胆的删除呢?

有 3 个方法,适用于不同的情况。

pure_funcs

util.js 和之前相同,不再重复。有差别的是 webpack.config.js,需要增加参数 pure_funcs,告诉 webpack Math.floor 是没有副作用的,你可以放心删除:

在添加了 pure_funcs 配置后,原来保留的 Math.floor(.5) 被删除了,达到了我们的预期效果。

但这个方法有一个很大的局限性,在于如果我们把 webpack 和 uglify 合并使用,经过 webpack 的代码的方法名已经被重命名了,那么在这里配置原始的方法名也就失去了意义。而例如 Math.floor 这类全局方法不会重命名,才会生效。因此适用性不算太强。

package.json 的 sideEffects

webpack 4 在 package.json 新增了一个配置项叫做 sideEffects, 值为 false 表示整个包都没有副作用;或者是一个数组列出有副作用的模块。详细的例子可以查看 webpack 官方提供的例子

从结果来看,如果 sideEffects 值为 false,当前包 export 了 5 个方法,而我们使用了 2 个,剩下 3 个也不会被打包,是符合预期的。但这要求包作者的自觉添加,因此在当前 webpack 4 推出不久的情况下,局限性也不算小。

concatenateModule

webpack 3 开始加入了 webpack.optimize.ModuleConcatenateModulePlugin(),到了 webpack 4 直接作为 `mode = ‘production’ 的默认配置。这是对 webpack bundle 的一个优化,把本来“每个模块包裹在一个闭包里”的情况,优化成“所有模块都包裹在同一个闭包里”的情况。本身对于代码缩小体积有很大的提升,这里也能侧面解决副作用的问题。

依然选取这样 2 个文件作为例子:

在开启了 concatenateModule 功能后,打包出来的代码如下:

首先,bye() 方法的调用和本体都被消除了。

其次,hello() 方法的调用和定义被合成到了一起,变成直接 console.log('hello')

第三就是这个功能原有的目的:代码量减少了。

这个功能的本意是把所有模块最终输出到同一个方法内部,从而把调用和定义合并到一起。这样像 bye() 这样没有副作用的方法就可以在合并之后被轻易识别出来,并加以删除。有关这个功能更加详细的介绍可以看这篇文章

总结

  1. 使用 ES6 模块语法编写代码
  2. 工具类函数尽量以单独的形式输出,不要集中成一个对象或者类
  3. 声明 sideEffects
  4. 自己在重构代码时也要注意副作用
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