mini-bundler 的简易实现

前言

上篇初识前端 bundler，我们简单介绍了 bundler 的概念，特点以及常用的工具，那么本文我们就来进行 bundler 的设计。

1. bundler 具备的能力

在设计之前，我们先来看看一个 bundler 本身需要具备哪些功能/能力。

模块解析

解析机制：详细说明如何解析一个模块，包括读取文件、处理不同类型的模块（如JS, CSS, 图片等）。
依赖提取：讨论如何从模块代码中提取依赖关系，例如使用正则表达式或AST（抽象语法树）分析。
路径解析：解释如何处理模块路径，包括相对路径和绝对路径的转换。

依赖图构建

图的数据结构：介绍用于表示依赖关系的数据结构（如对象、数组、图等）。
构建过程：详细描述构建依赖图的过程，包括如何处理循环依赖、缺失模块等问题。
优化策略：如果有，讨论为提高性能而采取的优化策略，如延迟解析、缓存等。

代码转换

转换工具：介绍用于代码转换的工具或库，例如Babel（用于ES6转换）。
处理流程：详细说明代码转换的步骤，包括语法树转换、特性降级等。

打包和输出

打包算法：描述如何将依赖图转换为浏览器可运行的代码包。
输出格式：讨论支持的输出格式（如UMD, CommonJS, ES Module等）。
代码分割和懒加载：如果支持，详细说明如何实现代码分割和懒加载功能。

性能优化

打包速度：探讨如何优化打包过程的速度，例如通过并行处理或利用缓存。
输出优化：介绍如何优化输出文件的大小，例如通过压缩、Tree Shaking等技术。

错误处理和调试

错误检测：说明如何检测和处理在打包过程中出现的错误。
调试支持：讨论如何支持开发者调试打包后的代码，如Source Map的生成和使用。

由于本次我们希望能实现一个简易版本的 bundler, 所以这块我们一开始不会设计的过于复杂，而是一步一步从最基本的开始。

2. bundler 的设计

我们提取出 bundler 比较核心的点，然后我们来进行 mini-bundler 的编写。即实现模块解析、依赖图构建、代码转化、插件系统的功能。

模块解析

文件读取：实现对文件系统的读取，用于获取模块内容。
模块类型处理：处理不同类型的模块，例如JavaScript和JSON。
依赖检测 ：解析模块中的import或require语句，以识别依赖关系。

依赖图构建

数据结构：定义一个简单的数据结构来表示模块及其依赖关系。
递归解析：从入口文件开始，递归地解析每个模块的依赖。

代码转换

字符串处理：将模块内容转换成可执行的代码字符串，可能包括对特定语法的转换。
Bundling：合并所有模块的代码字符串为一个单独的bundle文件。

插件系统

简单的插件接口：设计一个基本的插件接口，允许插件在特定的生命周期点介入。
插件的应用：在bundler的处理流程中，如模块解析或代码转换阶段，应用插件的逻辑。

3. mini-bundler 具体实现

我们来开始对每个模块进行设计。

模块解析

在设计前，首先我们先明白为什么需要模块解析：代码组织和维护性、依赖管理、性能优化。

所以，模块这一个概念在 bundler 中是十分重要的。在这里，我们最好去对模块进行数据结构的抽象。这个模块对象用于存储解析模块过程中获得的数据，包括模块的路径、内容、依赖等信息。

ts 复制代码

interface Moudule {
  id: string; // 唯一标识符，例如模块的绝对路径
  filePath: string; // 模块文件的路径 
  content: string; // 模块的原始内容 
  dependencies: string[]; // 依赖数组，存储依赖模块的路径
  mapping?: Record<string, string>; // 依赖的相对路径和绝对路径的映射关系
}

id：提供一个模块的唯一标识符。在大多数情况下，可以使用模块的文件路径作为其ID。
filePath：存储模块文件的路径。这对于模块解析和后续的打包过程非常关键。
content：包含模块的原始文本内容。这对于后续的代码转换和打包过程是必需的。
dependencies：一个字符串数组，包含该模块依赖的其他模块的路径。这对于构建依赖图和管理模块间的关系至关重要。
mapping：map 对象，保存依赖的相对路径和绝对路径的映射关系。

设计好模块对象类型后，我们接着就是提取文件的信息，生成一个个模块类型实例子。

从上方定义的字段来看，我们过程会使用到读取文件、路径计算、ast 依赖提取。

ts 复制代码

function createModule(filePath: string): Module {
  const fileExtension = path.extname(filePath);
  let content = "";

  const dependencies: string[] = [];

  const mapping: Record<string, string> = {};

  if (fileExtension === ".js") {
    content = fs.readFileSync(filePath, "utf-8");
    const ast = parser.parse(content, {
      sourceType: "module",
    });

    const { code } =
      transformFromAstSync(ast, content, {
        presets: ["@babel/preset-env"],
      }) || {};

    content = code || content;

    traverse(ast, {
      ImportDeclaration({ node }) {
        dependencies.push(node.source.value);
      },
      CallExpression({ node }) {
        if (
          node.callee.type === "Identifier" &&
          node.callee.name === "require"
        ) {
          if (BabelType.isStringLiteral(node.arguments[0])) {
            dependencies.push(node.arguments[0].value);
          }
        }
      },
    });

    dependencies.forEach((dependency) => {
      const absoluteDependencyPath = path.resolve(filePath, "..", dependency);
      mapping[dependency] = absoluteDependencyPath;
    });
  } else if (fileExtension === ".json") {
    // 直接读取JSON文件并转换为JavaScript对象
    const jsonContent = fs.readFileSync(filePath, "utf-8");
    content = `module.exports = ${jsonContent}`;
  }

  return {
    id: path.resolve(filePath),
    filePath,
    content,
    dependencies,
    mapping,
  };
}

我们尝试解析一个文件。

ts 复制代码

console.log('hello, world')'

输入的结果如下：能看到在下方，我们已经进行了文件内容的提取。

上方，我们已经实现了模块解析中文件读取，模块类型处理，依赖检测的三个功能。

接着，我们来实现依赖图构建。

依赖图构建

依赖图构建是模块打包器的关键环节，主要用图的数据结构管理和优化模块间的依赖关系。

依赖关系：依赖图为应用的模块结构提供了一个清晰的视图，展示了不同模块之间的依赖关系。
优化操作：通过分析依赖图，打包器可以确定哪些模块是必需的，哪些不是，从而仅包含必要的模块，减少最终包的大小。
依赖错误/冲突：在构建依赖图时，可以检测到版本冲突或不兼容的依赖，从而提前处理这些问题。依赖图帮助识别循环依赖问题，这是一种常见的错误情况。

从上图来看，依赖图的构建，本质上从入口文件开始，去对文件进行递归遍历，生成每个文件的模块信息，并且关联起来。

ts 复制代码

/**
 * 创建依赖关系图。
 * 此函数根据入口文件路径构建项目的依赖关系图。它递归地遍历每个模块的依赖项，
 * 并将它们添加到依赖关系图中，这个图是一个映射，键为模块ID，值为模块对象。
 *
 * @param {string} entry - 入口文件的路径。
 * @returns {DependencyGraph} - 表示依赖关系的图，这是一个映射，其中键是模块ID，值是模块对象。
 */
const createDependencyGraph = (entry: string): DependencyGraph => { 
  // 入口文件模块
  const entryModule = createModule(entry);

  // 构建依赖图
  const graph: DependencyGraph = new Map<string, Module>();

  const explore = (module: Module) => {
    // 有过了，就不再处理了。
    if (graph.has(module.id)) {
      return;
    }
    
    // 没有的话，则加入依赖图中
    graph.set(module.id, module);

    // 遍历模块的其他依赖
    module.dependencies.forEach((dependencyPath) => {
      const absoluteDependencyPath = path.resolve(
        module.filePath,
        "..",
        dependencyPath
      );
      const dependencyModule = createModule(absoluteDependencyPath);
      explore(dependencyModule);
    });
  };

  explore(entryModule);
  return graph;
};

代码转换

上方已经将依赖图进行了构建，最后，我们只要将依赖图转换为可执行代码，理论上我们最小的 bundler 就可以完成了。

但这里有几个问题

依赖映射模块关系：模块中的依赖如何找到自己的模块信息，需要有一个映射关系。
浏览器代码无法执行模块化语法 ：即使我们在构建 module 的时候，会将语法进行兼容，但也还是会有 require，export 在浏览器无法运行问题。

关于这两个问题，都有解法。即生成模块信息以及自定义模块化导入，导出语法。

依赖映射模块关系：可以通过依赖的相对路径和绝对路径来处理。

我们有依赖图，且依赖图是根据绝对路径为键，模块信息为值。
模块项都有自己依赖的相对路径和绝对路径的映射关系。
我们可以自定义 require。

所以，我们可以自定义 require，module, module.exports, 将 require(相对路径) --> 找到模块中绝对路径的模块信息

核心代码

ts 复制代码

`
  (function(modules) {
    function require(id) {
      const [fn, dependencies] = modules[id];

      function localRequire(relativePath) {
        return require(dependencies[relativePath]);
      }

      const module = { exports: {} };

      fn(localRequire, module, module.exports);

      return module.exports;
    }

    require("${graph.keys().next().value}");
  })({${modules}})
`;

于是，整体代码为

ts 复制代码

/**
 * 打包依赖关系图为单一字符串。
 * 此函数接收一个依赖关系图，将其转换为一个包含所有模块和它们依赖的单一字符串。
 * 字符串的格式允许它被执行并作为模块系统使用，其中每个模块都被封装在一个函数中，
 * 并且有一个映射来表示其依赖关系。
 *
 * @param {DependencyGraph} graph - 依赖关系图，包含项目中所有模块的信息。
 * @returns {string} - 一个字符串，包含所有模块及其依赖，可以被执行以模拟模块系统。
 */
const bundle = (graph: DependencyGraph): string => {
  let modules = "";

  graph.forEach((mod) => {
    modules += `
      "${mod.id}": [
        function (require, module, exports) {
          ${mod.content}
        },
        ${JSON.stringify(mod.mapping)},
      ],
    `;
  });

  return `
    (function(modules) {
      function require(id) {
        const [fn, dependencies] = modules[id];

        function localRequire(relativePath) {
          return require(dependencies[relativePath]);
        }

        const module = { exports: {} };

        fn(localRequire, module, module.exports);

        return module.exports;
      }

      require("${graph.keys().next().value}");
    })({${modules}})
  `;
};

代码写完，我们来做一个测试。

index.js 文件：入口文件，引入 add.js

add.js 文件: 引入 sub 函数，并提供 add，sub 函数。

sub.js 文件: 提供 sub 函数。最终运行，得到下方的代码

我们将 index.js 作为入口文件

js 复制代码

const run = () => {
  const filePath = path.resolve(__dirname, "./index.js");

  const graph = createDependencyGraph(filePath);
  const result = bundle(graph);

  const outputPath = path.resolve(__dirname, "./output/bundle.js");
  fs.writeFileSync(outputPath, result);
};

js 复制代码

(function (modules) {
  function require(id) {
    const [fn, dependencies] = modules[id];

    function localRequire(relativePath) {
      return require(dependencies[relativePath]);
    }

    const module = { exports: {} };

    fn(localRequire, module, module.exports);

    return module.exports;
  }

  require("/xxxxx/xxxxx//wheel-awesome/mini-bundler/src/index.js");
})({
  "/xxxxx/xxxxx//wheel-awesome/mini-bundler/src/index.js": [
    function (require, module, exports) {
      "use strict";

      var _add = require("./add.js");
      var a = (0, _add.add)(1, 12);
      var b = (0, _add.sub)(1, 12);
      console.log(a, b);
    },
    {
      "./add.js":
        "/xxxxx/xxxxx//wheel-awesome/mini-bundler/src/add.js",
    },
  ],

  "/xxxxx/xxxxx//wheel-awesome/mini-bundler/src/add.js": [
    function (require, module, exports) {
      "use strict";

      Object.defineProperty(exports, "__esModule", {
        value: true,
      });
      exports["default"] = exports.add = void 0;
      Object.defineProperty(exports, "sub", {
        enumerable: true,
        get: function get() {
          return _sub.sub;
        },
      });
      var _sub = require("./sub.js");
      var add = (exports.add = function add(a, b) {
        return a + b;
      });
      var _default = (exports["default"] = add);
    },
    {
      "./sub.js":
        "/xxxxx/xxxxx//wheel-awesome/mini-bundler/src/sub.js",
    },
  ],

  "/xxxxx/xxxxx//wheel-awesome/mini-bundler/src/sub.js": [
    function (require, module, exports) {
      "use strict";

      Object.defineProperty(exports, "__esModule", {
        value: true,
      });
      exports.sub = sub;
      function sub(a, b) {
        return a - b;
      }
    },
    {},
  ],
});

运行代码，也得到了正确的输出。

一个简单的 bundler 就实现了。当然，目前还有很多细节，如循环依赖，文件扩展，插件系统等东西都还没有实现，但理论上也是个 mvp 的版本。主要是为了了解一个 bundler 是如何运作的。

由于篇幅关系，所以插件系统会专门在开一篇文章讲解。

4. 总结

本文简单的简单介绍了 bundler 的主要能力，设计一个简单的 mini bundler, bundler技术细节点（模块解析，依赖图构建，代码转换）的实现。

这也仅仅是一个简易的 bundler 的开始，下一章会继续设计其插件系统。

资料

代码实现