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Bundle-less 的思考和实践分享原创

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作者:杨兴元

随着 Snowpack、Vite 等利用提倡 no-bundle 的构建工具逐渐兴起,同时现代浏览器对原生 ESM 的普遍支持,Bundle-less 的概念席卷前端圈,那么我们如何理解 Bundle-less?究竟是炒概念还是能够真正地给业界带来收益?下面就来分享一下我对于 Bundle-less 的理解以及在这个方向上做过的一些探索。

如何理解 Bundle-less?

Bundle-less,也被叫做 Bundless,我觉得可以从这几个角度去理解:

  1. 首先是拆包,弱化传统意义上的打包概念,由单 bundle 拆分为数十或者上百个 bundle,这样可以更好地利用 HTTP2 的多路复用优势和提升缓存命中率。
  2. 然后是对于项目源代码不进行 bundle(no-bundle),在开发阶段可以省略 bundle 的开销,如 Vite、Snowpack、WMR,这层含义相信大家都比较熟悉了。
  3. 再者是依赖产物的模块化分发。对于庞大的外部依赖,一方面打包成本比较高,另一方面文件数量可能非常多,打包几乎是一个必选项,甚至需要多个 NPM 包合并打包。因此,针对依赖的打包也是非常重要的优化点,一般可以通过预打包 + 模块化缓存来进行优化,目前也有一些优化案例,如 Vite 中基于 Euild 的预打包器、基于 ESM  的 CDN 服务,如 Skypack、e.sh、jspm 等,当然也有一些新的自研方案,后文会详细介绍。

一、拆多少包更合适?

对于究竟拆多少包这个问题,大家的概念都一直比较模糊,打的包太多或者太少都可能出现加载性能的问题,比如过多的嵌套 import 导致网络瀑布流的产生、bundle 太少不能充分利用 HTTP2 下并发请求的优势。

针对这个问题,我们曾做过一系列的性能测试,最后得出的结论如下:

  1. 对于总产物资源大小相同的情况,资源加载分成的 chunk 数量在 10 - 25 之间进行并行加载性能最佳。
  2. 一次资源加载需要的依赖引用深度尽量等于 1 时加载性能最好。

image.png
image.png
3. 由于不打包的情况下项目的请求数量和请求深度问题都不可控,因此不适合在生产构建中采用 no-bundle 方案。

二、No-bundle 服务

1.代表方案 Vite

在开发环境中,Vite 主要做了两件事情:

  • 基于 E**uild 打包外部依赖
  • 创建 HTTP Server 以响应浏览器中<script type="module"> 所发起的一系列模块请求

而生产环境下直接使用 Rollup 进行打包。Vite 整体的优势是在于开发阶段,服务启动快、热更新快,明显地优化了开发者体验。

image.png

2.劣势及解决方案

2.1 文件编译耗时较长

No-bundle 方案虽然省去了 bundle 的开销,但仍然需要进行单文件的编译(如 TS、JSX、Less、Sass),编译的时长仍然可能会比较长(某些业务项目编译要 20 s 左右)。

Vite 在二次请求时会采用 Etag 标识返回协商缓存的内容,可以跳过编译消耗的时间,但服务重启后仍然需要进行全量的编译,体验不太好。

对此,一个比较好的解决方法是在服务退出时将 ModuleGraph 的内容缓存到本地,然后重启的时候激活缓存(hydrate),那么二次启动时仍然会使用协商缓存,达到比较快的首屏加载效果。

本地缓存在 Vite 中暂时还没有被完全实现,但也是未来的一个优化方向。https://github.com/vitejs/vite/issues/1309

2.2 海量请求的加载性能问题

请求数量达到一定量级(1000 +)的时候,no-bundle 服务都会遇到加载性能问题,对 Vite 而言,尽管二次请求会使用协商缓存,但实际上请求仍然会发送,在开发环境中(一般的业务项目会使用代理进行本地开发)表现仍然不容乐观,以之前接入 Vite 的某个业务项目为例:

项目第一次构建 (CSR构建时间为准) 页面加载时间(二次加载) 热更新
Webpack 80 s 构建 3~4 s 5 s 以上
使用 vite 方案 10 s 构建 10 s 左右 1 s 以内
时间缩短 50% 以上 vite 页面加载时间过长,由于调试后端接口需要频繁刷新页面,影响开发体验,需要进一步优化 80% 以上

经过一系列的尝试,最后发现 Service Worker 缓存可以很好地解决这一类问题,思路如下:

image.png

简单来说就是把 Vite 的编译结果缓存到  Service Worker,并对于 HMR 的模块及其依赖模块禁用缓存,保证模块的编译结果永远是最新的。优化之后页面加载时间由 10s 降低到了 5 s 以内,明显地提升了开发体验。

2.3 (Vite 独有)开发/生产表现不一致

有不少人会吐槽 Vite 开发/生产环境的不一致性,因为开发环境使用 E**uild + Dev Server 架构,而生产环境直接用 Rollup。但由于生产环境的构建场景和开发阶段存在天然差异,开发和生产表现一致是不现实的。所以问题的核心在于保证生产环境构建的稳定性。

而影响生产构建稳定性最主要的部分在于依赖的处理上,进一步说是对于 CommonJS 格式的依赖处理上面,开发环境使用 Euild 而生产环境下使用 @rollup/plugin-commonjs,就容易导致生产构建出现一些奇怪的问题,如 @rollup/plugin-commonjs  ignoreTryCatch行为 https://github.com/rollup/plugins/pull/1005,在默认情况下忽略对于 try-catch 代码块中的 require 语法转换,这样对于某些依赖(如 jspdf-autotable)就会出现问题,而开发阶段使用 Euild 就不会出现。

解决这类问题有两种方案:

  • 生产环境也使用 E**uild 来进行依赖的打包,确保 CommonJS 的处理规则和开发阶段一致。该 feature 已经实现,将在 Vite 3.0 发布 https://github.com/vitejs/vite/pull/8280
  • 开发和生产阶段使用 ESM CDN 方案,用同一套依赖产物。

三、依赖产物的模块化分发

对于第三方依赖,我们可以将其进行预构建,然后将产物进行分发,这样所有的依赖可以被 external 掉了,可以很大程度上降低项目 bundle 的开销。

总体而言,这类方案有几大关键要素:

  • 预构建产物。
  • 模块化方案。
  • 产物分发机制。

接下来我们可以对照现有的案例来分析。

现有方案概览

首先是 Vite 的依赖预构建方案,使用 e**uild 对第三方依赖进行打包,基于浏览器原生 ESM 特性来加载第三方包的产物,同时将产物存储在本地,可以通过 Dev Server 访问产物资源。

其次包括开源社区的一些 ESM CDN 方案,如 Skypack、e**.sh。前者服务并未开源,后者使用 e**uild 进行模块打包或者单文件转译。这类方案也是依赖于浏览器原生 ESM 特性实现产物加载,通过第三方的 CDN 来进行产物分发,如通过 https://e**.sh/react@18.0.2 即可访问到对应的 react 包产物。

问题分析

当然,现有的依赖 Bundleless 方案并不能很好地运用到业务项目中,尤其是生产环境,因为以下的几个关键问题没有得到根本的解决:

  • 产物语法和 Polyfill 安全问题
  • 产物线上加载性能问题
  • 模块化加载方案的兼容性问题
  • 产物本地化调试问题

首先是产物语法和 Polyfill 安全问题。无论是 Vite 预构建还是社区开源的 Skypack 和 e**.sh 等 ESM CDN 方案,都不支持 ES3/ES5 语法降级,也没有基于 browserlist 的 polyfill 方案,这样一来就很无法兼容旧版本浏览器,如大部分需要支持 Android 4.4 / iOS 9 机型的业务就无法使用这些方案。

其次是产物的性能问题。如果你稍微了解一些 Vite,就知道 Vite 会把项目中所有的依赖(包括 lodash/add 这种 subpath)各自打包为一个 bundle 文件,在大型项目中依赖产物的数量仍然很大(100 +),根据之前 Bundleless 性能测试的结果,巨大的文件请求数量显然会带来页面加载的性能问题。

而对于开源的 ESM CDN 方案,一般有两种构建模式,分别的 bundle 模式和非 bundle 模式。在非 bundle  模式下会存在严重的网络瀑布流问题,而 bundle 模式下会把所有的间接依赖都打包进去,容易造成某些公共依赖重复打包的问题,使产物性能变差。同时,这些 ESM CDN 方案都不支持产物的 Tree Shaking,对于任何包都只能全量引入依赖产物,无法做到按需加载。

再者是模块化方案的兼容性问题。我们知道,ESM 在如今的前端圈大行其道,得到了众多浏览器的原生支持,但如果在生产环境也使用 ESM 格式的产物,那么很可能会产生兼容性问题,目前浏览器对于原生 ESM 的兼容性如下图:

image.png

对于需要兼容 IE11 或者低版本移动端机型的项目,现有的 ESM CDN 方案就无法使用了。

最后是产物的本地化调试和部署的问题。Vite 的预构建产物可以在本地使用,通过 Dev Server 分发,但也有一定的弊端:

  • 如果要调试产物,则需要开发者手动清除浏览器缓存
  • 产物仅存在本地,团队成员之间无法共享产物

而现有的 ESM CDN 产物本地化方面也显得捉襟见肘:

  • 本地开发只能使用第三方 CDN,调试产物会比较困难
  • 项目线上部署时也只能使用第三方 CDN 的资源,无法做到私有化部署

解决思路

面对如上的核心问题,我们可以逐个展开思考,各个击破,解决思路分别如下:

  • 对于产物语法和 Polyfill 安全问题,在预构建阶段,可通过 babel/swc 编译出特定 target (视项目情况而定)下的安全产物。
  • 对于产物线上加载性能问题,我们需要完成一套项目依赖分析工具,对项目的模块依赖图进行分析,将项目使用到的依赖进行合并(combo)打包,使最后依赖的产物 chunk 数量保持在性能最佳的范围之内。
  • 对于模块化加载方案的兼容性问题,我们可以在无需兼容旧版本浏览器的项目使用原生 ESM 特性,否则降级为 SystemJS 加载方案。
  • 对于产物本地化调试和部署问题,我们一方面需要维护一份第三方 CDN 服务,类似 Skypack、e**.sh,另一方面需要支持将 CDN 产物下载至本地,并通过特定的模块化加载方案来加载这些本地的产物。

自研方案

根据如上的业界方案问题分析与解决思路,我们自研了一套依赖 Bundleless 的方案,整体架构如下:

image.png

1. 基于 Import Map

在现有的社区方案中,一般用路径重写的方式来管理 CDN 依赖的路径,比如:

import React from 'react'
// 改写为
import React from '/-/v70/react@v17.0.1'

这么做导致一些问题:

  • 多实例问题。在产物代码中将路径写死,这样对于 peerDependencies 不太友好,比如某个组件库的 React 引用路径被改写为/v1/react@16.14,而项目依赖的 React 版本为 17.0.2,那么就会产生 React 多实例问题。
  • 缓存命中率比较低。如果 A 依赖 B,B 的代码发生变化,那么 A 里面对应的 import 代码也发生变化,A 的缓存也会失效。

我们希望用一个集中的空间来管理依赖关系,并避免多实例的问题,而 Import Map 就可以解决这些问题。接入原理如下:

<script type="importmap">
{
  "imports": {
    // 保证单实例
    "react": "https://tosv.byted.org/obj/eden-internal/ulkl_lm_zlp/ljhwZthlaukjlkulzlp/npm_cdn/dev/react/17.0.2/0636c3a4.js",
    "react-dom": "https://tosv.byted.org/obj/eden-internal/ulkl_lm_zlp/ljhwZthlaukjlkulzlp/npm_cdn/dev/lodash/4.17.21/8ba9d138.js"
  }
}
</script>
<script type="module">
import React from 'react';
import ReactDOM from 'react-dom'
</script>

浏览器的 import map 兼容性: https://caniuse.com/?search=importmap

相关 Polyfill: es-module-shims(地址) 、SystemJS

2. 模块合并

首先基于 E**uild 将项目进行预打包(性能考虑),需要开启 metafile 配置,在 onEnd 钩子或者 build API 的返回值中可以获取构建元信息,即 meta 对象,由 inputs 字段可以解析出模块依赖图。

// meta 对象
{  
  "inputs": {
    // 当前模块路径
    "../node_modules/.pnpm/object-assign@4.1.1/node_modules/object-assign/index.js": {
      // 模块大小
      "bytes": 2108,
      // 依赖模块数组
      "imports": []
    },
    "../node_modules/.pnpm/react@17.0.2/node_modules/react/cjs/react.development.js": {
      "bytes": 72141,
      "imports": [
        {
          "path": "../node_modules/.pnpm/object-assign@4.1.1/node_modules/object-assign/index.js",
          "kind": "require-call"
        }
      ]
    },
  }
}

根据当前的模块依赖图信息,我们可以将项目中用到的依赖进行分组,通过特定的依赖分组算法产出一些依赖组的信息,算法细节比较复杂,篇幅原因就不展开了。

3. 多包(combo)模式打包

Combo 模式打包即把多个依赖包打包到一起,主要会产生如下的问题:

  • 多包出现导出名称冲突
  • Subpath 问题大量出现的问题
3.1不同包的导出名冲突问题

首先需要解决命名导出的问题,整体由两部分构成,在构建时阶段注入一些带有包名前缀的 specifier,运行时根据包名取出这些 specifier,从根本上解决导出名冲突问题。

3.1.1 构建时注水

导入导出检测

在构建之前需要探测 NPM 包所有的导出,包含以下的情况:

  • ESM
    • Named/Default export,通过 es-module-lexer 扫描
    • export * from ‘xxx’,通过 e**uild 预打包,开启 metafile 模式,在 metafile 中获取所有的 export 名
  • CJS
    • 尝试通过直接 require 拿到所有的导出名
    • 若 require 失败,降级到 AST 解析,分析所有的导出名

构造入口模块

在拿到所有导出名的基础之上,构建虚拟模块,交由 bundler 进行打包,格式如下:

export { 包名_导出字段名 } from '包名'

也就是在 NPM 包每个导出名前面加上包名_,完成注水过程,以防止重名。

3.1.2 运行时脱水 (Hydrate)

如上包名_导出字段名 的这种导出在业务中是直接使用的,我们需要在模块系统中进行运行时拦截(脱水过程),把真正的导出字段名取出。

如以下的导入:

// 在以 e** 的方式对依赖进行 external 后,webpack 产物中的引入代码
import * as __WEBPACK_EXTERNAL_MODULE_react_router_ from 'react-reouter'

我们将会改写成以下的代码:

// 1. 换成临时变量
import * as __WEBPACK_EXTERNAL_MODULE_react_router_$0 from "react-router";
// 2. 对原来的变量重新赋值,通过 __EDEN_COMBO_HYDRATE__ 工具函数将导出名去掉包名前缀
// 如 react_router_Router => Router
var __WEBPACK_EXTERNAL_MODULE_react_router_ = __EDEN_COMBO_HYDRATE__(
  __WEBPACK_EXTERNAL_MODULE_react_router_$0,
  "react_router"
);
3.2大量 subpath 问题

做实际落地项目的过程中发现第三方包中使用大量的 subpath,如下图的依赖分组结果所示:

image.png

这种情况下 import map 的体积会很大,因为每个 subpath 都会对应一个远程地址。解决方案是进行 subpath 合并打包,如@babel/runtime/helper/e**/assertThisInitialized@babel/runtime/helpers/e**/inheritsLoose,原始产物中的引入代码如下:

import * as __WEBPACK_EXTERNAL_MODULE_babel_runtime_helers_e**_inheritsLoose from '@babel/runtime/helpers/e**/inheritsLoose';
import * as __WEBPACK_EXTERNAL_MODULE_babel_runtime_helers_e**_assertThisInitialized from '@babel/runtime/helpers/e**/assertThisInitialized';

改写成如下的形式:

import * as _babel_runtime_ from '@babel/runtime';
var __WEBPACK_EXTERNAL_MODULE_babel_runtime_helers_e**_inheritsLoose = __EDEN_COMBO_HYDRATE__(
  _babel_runtime_,
  '_babel_runtime_helers_e**_inheritsLoose'
);
var __WEBPACK_EXTERNAL_MODULE_babel_runtime_helers_e**_assertThisInitialized = __EDEN_COMBO_HYDRATE__(
  _babel_runtime_,
  '_babel_runtime_helers_e**_assertThisInitialized'
);

这样对于 @babel/runtime 只留下一个 importmap 的 key-value 对,有效减少 import map 的体积。

4. 产物 Tree Shaking

在 E**uild 预打包阶段扫描源文件所用到的 specifier,然后构建对应的虚拟模块交给打包器进行打包:

export { cloneDeep } from 'lodash-es'
export { Spin } from '@douyinfe/semi-ui'

这样可以做到一定程度的 Tree Shaking。

5. Polyfill 安全

根据不同的 runtimeTarget 要求(Eden 默认自带以下前三种 runtimeTarget,包括 Modern、PCLegacy、MobileLegacy)和产物模块格式,注入不同的 Polyfill 内容:

  • 现代浏览器: 注入 import map 的 polyfill 即可
  • PC 端老旧浏览器: PC 端默认 browserlist 下所有第三方包所需的 Polyfill + Systemjs 产物
  • 移动端老旧浏览器: 移动端默认 browserlist 下所有第三方包所需的 Polyfill + Systemjs 产物
  • 自定义 runtimeTarget 或模块格式: 指定 browserlist 下所有第三方包所需的 Polyfill,如果是 Systemjs 格式,则加入 Systemjs 的 Polyfill

Polyfill 内容在所有第三方包编译完成后进行累计去重,然后统一打包成一个 Chunk,通过 script 标签注入到页面中:

image.png

6. 产物本地化

依赖产物本地化有两个好处:

  • 可以在本地调试依赖的产物代码
  • 可以将依赖产物代码同业务代码一同部署(私有化部署)

具体的做法如下:

在使用编译服务将依赖包打包完成并上传 CDN 后,构建插件会重新请求 CDN 的资源,并将资源写入到本地磁盘中。

image.png

然后,构建插件通过在本地 Dev Server 加入中间件来对本地临时目录启用静态资源服务。

与此同时,插入到 HTML 中的 import map 的远程 CDN 产物被改写为本地静态资源服务的地址。

因此,最后项目中访问到的第三方包资源即为临时目录中的产物代码。

小结

本文从拆包数量、no-bundle 服务和依赖产物的模块化分发三个角度介绍了 Bundle-less 目前的具体概念及应用,不知道你对 Bundle-less 有没有新的理解呢?

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