引言

長(zhǎng)話短說(shuō)：無(wú)論您是在構(gòu)建、測(cè)試或檢查 JS，模塊解析始終是這一切的核心。盡管模塊解析在前端工具鏈中占據(jù)核心地位，但我們并沒(méi)有花太多時(shí)間來(lái)優(yōu)化它。通過(guò)本文討論的變更，工具的速度優(yōu)化 30%。

本期《前端翻譯計(jì)劃》共享的是“加速 JS 生態(tài)系統(tǒng)系列博客”，包括但不限于：

• PostCSS，SVGO 等等
• 模塊解析
• 使用 eslint
• npm 腳本
• draft-js emoji 插件
• polyfill 暴走
• 桶裝文件崩潰
• Tailwind CSS

本期共享的是第 2 篇博客 —— 模塊解析賦能性能優(yōu)化。

在本系列的第 1 篇博客中，我們發(fā)現(xiàn)了若干種加速 JS 工具庫(kù)的方法。雖然這些低層補(bǔ)丁使總構(gòu)建時(shí)間大大加速，但我們的工具中是否還有某些基建可以優(yōu)化。那些對(duì)常見(jiàn) JS 任務(wù)（比如打包、測(cè)試和 linting）的總時(shí)間影響更大的東東。

因此，我從我們行業(yè)常用的各種工具中收集了大約十幾個(gè) CPU 配置文件。經(jīng)過(guò)一番檢查后，我發(fā)現(xiàn)每個(gè)配置文件中都存在重復(fù)模式，該模式對(duì)這些任務(wù)的總運(yùn)行時(shí)間的影響高達(dá) 30%。它是我們基建中茲事體大的部分，值得深入探討。

這個(gè)關(guān)鍵部分稱為模塊解析。在我所有調(diào)試中，它花費(fèi)的時(shí)間比解析源碼還要多。

捕獲堆棧跟蹤的成本

當(dāng)我注意到這些跟蹤中最耗時(shí)的方面花費(fèi)在 captureLargerStackTrace 負(fù)責(zé)將堆棧跟蹤附加到 Error 對(duì)象的內(nèi)部 Node 函數(shù)時(shí)，好戲就開始了。這似乎有點(diǎn)不同尋常，因?yàn)檫@兩項(xiàng)任務(wù)都成功了，并且沒(méi)有顯示任何拋出錯(cuò)誤的跡象。

單擊分析數(shù)據(jù)中的一系列事件后，可以更清晰地了解正在發(fā)生的情況。幾乎所有錯(cuò)誤的產(chǎn)生都來(lái)自調(diào)用 Node 原生的 fs.statSync() 函數(shù)，而該函數(shù)又在名為 isFile 的函數(shù)內(nèi)調(diào)用。文檔提到 fs.statSync() 基本上相當(dāng)于 POSIX 的 fstat 命令，通常用于檢查磁盤上是否存在路徑，是文件還是目錄?？紤]到這一點(diǎn)，我們應(yīng)該只在文件不存在、缺乏文件讀取權(quán)限或類似特殊用例中獲取錯(cuò)誤。是時(shí)候瞄一下 isFile 的源碼了。

function isFile(file) {
  try {
    const stat = fs.statSync(file)
    return stat.isFile() || stat.isFIFO()
  } catch (err) {
    if (err.code === 'ENOENT' || err.code === 'ENOTDIR') {
      return false
    }
    throw err
  }
}

乍一看，這是一個(gè)看似無(wú)辜的函數(shù)，但天網(wǎng)恢恢疏而不漏。值得注意的是，我們忽略某些錯(cuò)誤情況并返回 false，而不是轉(zhuǎn)發(fā)錯(cuò)誤。 ENOENT 和 ENOTDIR 錯(cuò)誤代碼最終都意味著，磁盤上不存在該路徑。也許這就是我們看到的開銷？我的意思是，我們會(huì)立即忽略這些錯(cuò)誤。為了測(cè)試這個(gè)理論，我打印了 try/catch 區(qū)塊捕獲的所有錯(cuò)誤。你瞧，拋出的每個(gè)錯(cuò)誤要么是 ENOENT 代碼，要么是 ENOTDIR 代碼。

查看 Node 的 fs.statSync 文檔可以發(fā)現(xiàn)，它支持傳遞 throwIfNoEntry 選項(xiàng)，該選項(xiàng)可防止在不存在文件系統(tǒng)入口時(shí)報(bào)錯(cuò)。相反，在那種情況下它將返回 undefined。

function isFile(file) {
  const stat = fs.statSync(file, { throwIfNoEntry: false })
  return stat !== undefined && (stat.isFile() || stat.isFIFO())
}

應(yīng)用此選項(xiàng)允許我們避免 catch 區(qū)塊中的 if 語(yǔ)句，這反過(guò)來(lái)又使 try/catch 變得多余，并允許我們進(jìn)一步簡(jiǎn)化函數(shù)。

這一簡(jiǎn)單更改將項(xiàng)目的 lint 時(shí)間縮短了 7%。更棒的是，測(cè)試也從相同的更改中受益。

文件系統(tǒng)很昂貴

隨著該函數(shù)的堆棧跟蹤開銷被消除，我覺(jué)得還有一大坨優(yōu)化空間。您知道的，在幾分鐘內(nèi)捕獲的跟蹤中根本不應(yīng)該出現(xiàn)幾個(gè)錯(cuò)誤。因此，我在該函數(shù)中注入了一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)器，了解其調(diào)用頻率。顯而易見(jiàn)，它被調(diào)用了大約 15k 次，大約是項(xiàng)目中文件數(shù)量的 10 倍。這聽起來(lái)像是一個(gè)優(yōu)化的機(jī)會(huì)。

模塊與否，這是一個(gè)問(wèn)題

默認(rèn)情況下，工具需要了解三種說(shuō)明符：

• 相對(duì)模塊導(dǎo)入：./foo、../bar/boof

• 絕對(duì)模塊導(dǎo)入：/foo、/foo/bar/bob

• 包導(dǎo)入 foo、@foo/bar

從性能角度而言，三者中最有趣的是最后一個(gè)。裸導(dǎo)入說(shuō)明符，即不以點(diǎn) . 或斜杠 / 開頭的導(dǎo)入說(shuō)明符，是一種特殊的導(dǎo)入類型，通常引用 npm 包。該算法在 Node 的文檔中有深入說(shuō)明。其要點(diǎn)是，它嘗試解析包名稱，然后向上遍歷，檢查是否存在包含該模塊的特殊 node_modules 目錄，直到到達(dá)文件系統(tǒng)的根目錄。讓我們用一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明一下。

假設(shè)我們有一個(gè)位于 /Users/marvinh/my-project/src/features/DetailPage/components/Layout/index.js 的文件嘗試導(dǎo)入模塊 foo，然后該算法會(huì)檢查以下位置。

/Users/marvinh/my-project/src/features/DetailPage/components/Layout/node_modules/foo/

/Users/marvinh/my-project/src/features/DetailPage/components/node_modules/foo/

/Users/marvinh/my-project/src/features/DetailPage/node_modules/foo/

/Users/marvinh/my-project/src/features/node_modules/foo/

/Users/marvinh/my-project/src/node_modules/foo/

/Users/marvinh/my-project/node_modules/foo/

/Users/marvinh/node_modules/foo/

/Users/node_modules/foo/

此乃一大坨文件系統(tǒng)調(diào)用。簡(jiǎn)而言之，這會(huì)檢查每個(gè)目錄是否包含模塊目錄。檢查數(shù)量與導(dǎo)入文件所在的目錄數(shù)量直接相關(guān)。問(wèn)題是，導(dǎo)入 foo 的每個(gè)文件都會(huì)發(fā)生這種情況。這意味著，如果 foo 被導(dǎo)入到其他地方的文件中，我們會(huì)再次向上爬取整個(gè)目錄樹，直到找到包含該模塊的 node_modules 目錄。這就是緩存已解析模塊有很大幫助的一個(gè)方面。

但它會(huì)變得更好！一大坨項(xiàng)目都使用路徑映射別名來(lái)節(jié)省一點(diǎn)輸入，以便您可以在任何地方使用相同的導(dǎo)入說(shuō)明符，并避免一大坨點(diǎn) ../../../。這通常是通過(guò) TS 的 paths 編譯器選項(xiàng)或打包器中的解析別名來(lái)完成的。問(wèn)題在于，這些通常與包導(dǎo)入無(wú)法區(qū)分。如果我在 /Users/marvinh/my-project/src/features/ 處添加到功能目錄的路徑映射，以便我可以使用諸如 import {...} from “features/DetailPage” 之類的導(dǎo)入聲明，那么每個(gè)工具都應(yīng)該知道這一點(diǎn)。

但如果沒(méi)有呢？由于沒(méi)有每個(gè) JS 工具都使用的集中模塊解析包，因此它們是多個(gè)相互競(jìng)爭(zhēng)的工具，支持不同級(jí)別的功能。就本人而言，該項(xiàng)目大量使用路徑映射，并且它包含一個(gè) linting 插件，該插件不知道 TS 的 tsconfig.json 中定義的路徑映射。自然地，它假設(shè) features/DetailPage 指的是一個(gè) Node 模塊，這導(dǎo)致它執(zhí)行整個(gè)遞歸向上遍歷，希望找到該模塊。但它從未這樣做過(guò)，所以它會(huì)報(bào)錯(cuò)。

緩存所有的東西

接下來(lái)，我增強(qiáng)了日志記錄，查看調(diào)用該函數(shù)的唯一文件路徑有多少個(gè)，以及它是否始終返回相同的結(jié)果。只有大約 2.5k 個(gè)對(duì) isFile 的調(diào)用具有唯一的文件路徑，并且傳遞的文件參數(shù)和返回值之間存在強(qiáng)大的 1:1 映射。它仍然比項(xiàng)目中的文件數(shù)量多，但比總共被調(diào)用的 15k 次要低得多。如果我們?cè)谄渲車砑右粋€(gè)緩存，避免訪問(wèn)文件系統(tǒng)，那會(huì)如何？

const cache = new Map()

function resolve(file) {
  const cached = cache.get(file)
  if (cached !== undefined) return cached

  // 這里存在解析邏輯......

  const resolved = isFile(file)
  cache.set(file, resolved)
  return file
}

添加緩存使總 linting 時(shí)間又加快了 15%。不過(guò)，緩存的風(fēng)險(xiǎn)在于，它們可能會(huì)變得過(guò)時(shí)。它們通常必須在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)失效。為了安全起見(jiàn)，我最終選擇了一種更保守的方法來(lái)檢查緩存的文件是否仍然存在。如果您認(rèn)為工具經(jīng)常在監(jiān)視模式下運(yùn)行，那這種情況并不罕見(jiàn)，在監(jiān)視模式下，期望盡可能多地緩存，并且僅使更改的文件無(wú)效。

const cache = new Map()
function resolve(file) {
  const cached = cache.get(file)
  // 保守策略：檢查緩存文件是否存在硬盤上
  // 避免監(jiān)測(cè)模式下穩(wěn)定緩存時(shí)文件可能移動(dòng)或重命名
  if (cached !== undefined && isFile(file)) {
    return cached
  }
  // 這里存在解析邏輯......
  for (const ext of extensions) {
    const filePath = file + ext
    if (isFile(filePath)) {
      cache.set(file, filePath)
      return filePath
    }
  }
  throw new Error(`Could not resolve ${file}`)
}

老實(shí)說(shuō)，我本來(lái)希望它首先會(huì)抵消添加緩存的好處，因?yàn)榧词乖诰彺鎴?chǎng)景中我們也會(huì)訪問(wèn)文件系統(tǒng)。但從數(shù)字來(lái)看，這只使總 linting 時(shí)間惡化了 0.05%。相比之下，這是一個(gè)非常小的影響，但額外的文件系統(tǒng)調(diào)用不是更重要嗎？

文件擴(kuò)展名猜謎游戲

JS 中的模塊問(wèn)題在于，該語(yǔ)言從一開始就沒(méi)有模塊系統(tǒng)。當(dāng) Node 橫空出世時(shí)，它普及了 CommonJS 模塊系統(tǒng)。該系統(tǒng)有若干“可愛(ài)”的功能，比如能夠省略正在加載的文件的擴(kuò)展名。當(dāng)您編寫諸如 require("./foo") 之類的語(yǔ)句時(shí)，它會(huì)自動(dòng)添加 .js 擴(kuò)展名，并嘗試讀取 ./foo.js 處的文件。如果不存在，它將檢查 json 文件 ./foo.json ，如果也不可用，它將檢查 ./foo/index.js 處的 index 文件。

實(shí)際上，我們?cè)谶@里處理的是歧義，工具必須能夠理解 ./foo 的解析結(jié)果。這樣，很可能會(huì)產(chǎn)生浪費(fèi)的文件系統(tǒng)調(diào)用，因?yàn)闊o(wú)法提前知道將文件解析到哪里。工具實(shí)際上必須嘗試每種組合，直到找到匹配項(xiàng)。如果我們看看目前存在的可能擴(kuò)展的總數(shù)，情況會(huì)變得更糟。工具通常有一系列潛在的擴(kuò)展需要檢查。如果您包含 TS，那么在撰寫本文時(shí)，典型前端項(xiàng)目的完整列表為：

const extensions = [
  '.js',
  '.jsx',
  '.cjs',
  '.mjs',
  '.ts',
  '.tsx',
  '.mts',
  '.cts'
]

有 8 個(gè)需要檢查的潛在擴(kuò)展。這還不是全部。您實(shí)際上必須將該列表加倍才能考慮 index 文件，這些文件也可以解析為所有這些擴(kuò)展名！這意味著，我們的工具除了循環(huán)瀏覽擴(kuò)展列表，直到找到磁盤上存在的擴(kuò)展之外，沒(méi)有其他選擇。當(dāng)我們想要解析 ./foo，并且實(shí)際文件是 foo.ts 時(shí)，我們需要檢查：

foo.js -> 不存在

foo.jsx -> 不存在

foo.cjs -> 不存在

foo.mjs -> 不存在

foo.ts -> 終于找到了！

這是四個(gè)不必要的文件系統(tǒng)調(diào)用。當(dāng)然，您可以更改擴(kuò)展的順序，并將項(xiàng)目中最常見(jiàn)的擴(kuò)展放在數(shù)組的開頭。這會(huì)增加提前找到正確擴(kuò)展的機(jī)會(huì)，但并不能完全消除問(wèn)題。

作為 ES2015 規(guī)范的一部分，提出了一個(gè)新的模塊系統(tǒng)。所有細(xì)節(jié)都沒(méi)有及時(shí)充實(shí)，但語(yǔ)法卻充實(shí)了。import 語(yǔ)句很快就占據(jù)了主導(dǎo)地位，因?yàn)樗鼈冊(cè)诠ぞ叻矫姹?CommonJS 有優(yōu)勢(shì)。由于其靜態(tài)性，它為更多工具增強(qiáng)功能開辟了空間，比如最著名的 tree-shaking（樹搖優(yōu)化），其中未使用的模塊甚至模塊中的功能可以輕松檢測(cè)到，并從生產(chǎn)版本中刪除。自然而然地，每個(gè)人都接受了新的導(dǎo)入語(yǔ)法。

但有一個(gè)問(wèn)題：只最終確定了語(yǔ)法，而不是實(shí)際的模塊加載或解析應(yīng)該如何工作。為了填補(bǔ)這一空白，工具重新使用了 CommonJS 中的現(xiàn)有語(yǔ)義。這對(duì)于采用是有好處的，因?yàn)橐浦泊蠖鄶?shù)代碼庫(kù)只需要進(jìn)行語(yǔ)法更改，并且這些可以通過(guò) codemods 自動(dòng)化。從采用的角度來(lái)看，這是一個(gè)很棒的方面！但這也意味著，我們繼承了導(dǎo)入說(shuō)明符應(yīng)解析為哪個(gè)文件擴(kuò)展名的猜測(cè)游戲。

模塊加載和解析的實(shí)際規(guī)范在幾年后最終確定，并通過(guò)強(qiáng)制擴(kuò)展糾正了這個(gè)錯(cuò)誤。

// 非法 ESM，導(dǎo)入說(shuō)明符缺失擴(kuò)展名
import { doSomething } from './foo'

// 合法 ESM
import { doSomething } from './foo.js'

通過(guò)消除這種歧義源并始終添加擴(kuò)展，我們可以避免一整類問(wèn)題。工具也變得更快。但生態(tài)系統(tǒng)在這方面取得進(jìn)展（甚至根本沒(méi)有取得進(jìn)展）還需要時(shí)間，因?yàn)楣ぞ咭呀?jīng)適應(yīng)了處理模糊性的問(wèn)題。

路在何方？

在整個(gè)調(diào)查過(guò)程中，我有點(diǎn)驚訝地發(fā)現(xiàn)在優(yōu)化模塊分辨率方面還有一大坨優(yōu)化空間，因?yàn)樗俏覀児ぞ叩暮诵摹１疚闹忻枋龅娜舾筛膶?linting 時(shí)間減少了 30%！

我們?cè)谶@里所做的若干優(yōu)化也不是 JS 獨(dú)有的。這些優(yōu)化與其他編程語(yǔ)言的工具中可以找到的優(yōu)化相同。當(dāng)談到模塊分辨率時(shí)，四個(gè)主要要點(diǎn)是：

• 盡可能避免調(diào)用文件系統(tǒng)
• 盡可能緩存，避免調(diào)用文件系統(tǒng)
• 當(dāng)使用 fs.stat 或 fs.statSync 時(shí)，請(qǐng)始終設(shè)置 throwIfNoEntry: false
• 盡可能限制向上遍歷

我們工具的緩慢并不是由 JS 這種語(yǔ)言造成的，而是因?yàn)楦緵](méi)有優(yōu)化。JS 生態(tài)系統(tǒng)的碎片化也無(wú)濟(jì)于事，因?yàn)闆](méi)有一個(gè)用于模塊解析的標(biāo)準(zhǔn)包。相反，有很多個(gè)包，并且它們都共享不同的功能子集。這并不奇怪，因?yàn)槎嗄陙?lái)支持的功能列表不斷增長(zhǎng)，并且在撰寫本文時(shí)還沒(méi)有一個(gè)庫(kù)可以支持所有這些功能。擁有一個(gè)每個(gè)人都使用的單一庫(kù)能使每個(gè)人一勞永逸地解決此問(wèn)題。

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