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JavaScript内核与高级编程之：`ESM`与`CommonJS`的`Tree-shaking`：`JS`模块的静态与动态分析。

呦吼，各位老铁，大家好！我是今天的主讲人，咱们今天要唠嗑的主题是关于JavaScript里模块化这档子事儿，特别是ESM和CommonJS这俩“冤家”在Tree-shaking上的表现，以及JS模块的静态和动态分析。准备好了吗？咱们这就开车！

第一节：模块化“江湖”的那些事儿

在早期没有模块化概念的时候，咱们写JS代码那叫一个“野蛮生长”，变量满天飞，函数到处窜，一不小心就污染了全局作用域，简直就是一场灾难。后来，江湖上出现了各种模块化方案，目的只有一个：让代码更有序，更容易维护。

  • 全局 Function 模式： 这是最原始的模式，简单粗暴，直接把函数都挂载到window对象上。缺点嘛，显而易见，全局变量污染严重，命名冲突风险高。

    // global.js
function add(a, b) {
  return a + b;
}

function subtract(a, b) {
  return a - b;
}

// main.js
add(1, 2); // 调用全局函数

  • 命名空间模式： 稍微好一点，用一个对象来管理相关的函数和变量，减少全局变量冲突的概率。

    // namespace.js
var MyMath = {
  add: function(a, b) {
    return a + b;
  },
  subtract: function(a, b) {
    return a - b;
  }
};

// main.js
MyMath.add(1, 2); // 通过命名空间调用

  • IIFE（立即执行函数表达式）： 利用闭包特性，创建一个独立的作用域，避免变量污染。

    // iife.js
var MyModule = (function() {
  var privateVar = "secret";

  function publicFunction() {
    console.log("I'm a public function!");
  }

  return {
    publicFunction: publicFunction
  };
})();

// main.js
MyModule.publicFunction(); // 调用模块的公共方法

这些方法虽然能解决一些问题，但还是不够“正规”，代码复用和依赖管理都比较麻烦。直到CommonJS和ESM的出现，才真正让JS模块化走上了“康庄大道”。

第二节：CommonJS的“爱恨情仇”

CommonJS主要用于Node.js环境，它的核心是require和module.exports。

  • require: 用于引入模块。
  • module.exports: 用于导出模块。

看个例子：

// math.js (CommonJS模块)
function add(a, b) {
  return a + b;
}

function subtract(a, b) {
  return a - b;
}

module.exports = {
  add: add,
  subtract: subtract
};

// app.js
const math = require('./math.js');
console.log(math.add(5, 3)); // 输出 8

CommonJS的特点是：

  • 运行时加载： 在代码执行到require语句时，才会加载模块。
  • 动态性： 可以根据运行时条件加载不同的模块。
  • 值拷贝： 导出的实际上是值的拷贝，修改导出的值不会影响原始模块。

但是，CommonJS天生有一些缺陷，其中一点就是它不太方便进行静态分析，从而影响了Tree-shaking的效果。

第三节：ESM的“闪亮登场”

ESM (ECMAScript Modules) 是ES6引入的官方模块化标准，使用import和export来进行模块的导入和导出。

// math.js (ESM模块)
export function add(a, b) {
  return a + b;
}

export function subtract(a, b) {
  return a - b;
}

// app.js
import { add } from './math.js';
console.log(add(5, 3)); // 输出 8

ESM的特点是：

  • 编译时加载： 在代码编译阶段，就可以确定模块的依赖关系。
  • 静态性： 只能导入导出的变量，不能动态地导入。
  • 引用传递： 导出的实际上是值的引用，修改导出的值会影响原始模块。

第四节：Tree-shaking：摇掉“无用代码”

Tree-shaking是一种死代码消除技术，简单来说，就是把项目中没有用到的代码“摇掉”，从而减小打包后的体积，提升性能。

想象一下，你的代码库就像一棵大树，有很多枝繁叶茂的“代码枝条”。Tree-shaking就像一个园丁，把那些枯萎的、没用的“枝条”修剪掉，让大树更加健康。

CommonJS与Tree-shaking的“尴尬”

由于CommonJS是运行时加载，模块的依赖关系需要在运行时才能确定，因此很难进行静态分析。这意味着Tree-shaking很难准确地判断哪些代码没有被使用，从而无法有效地移除死代码。

例如：

// utils.js (CommonJS)
exports.add = function(a, b) {
  return a + b;
};

exports.subtract = function(a, b) {
  return a - b;
};

// app.js
const utils = require('./utils.js');
console.log(utils.add(1, 2));

即使app.js只使用了add函数，打包工具也很难确定subtract函数没有被使用，因为require语句是在运行时执行的。因此，subtract函数很可能被打包到最终的文件中。

ESM与Tree-shaking的“完美搭档”

ESM的静态性使得Tree-shaking成为可能。由于模块的依赖关系在编译时就已经确定，打包工具可以很容易地分析出哪些代码没有被使用，从而进行有效的死代码消除。

// utils.js (ESM)
export function add(a, b) {
  return a + b;
}

export function subtract(a, b) {
  return a - b;
}

// app.js
import { add } from './utils.js';
console.log(add(1, 2));

在这种情况下，打包工具可以明确地知道app.js只使用了add函数，因此可以安全地移除subtract函数，从而减小打包后的体积。

第五节：静态分析与动态分析：Tree-shaking的“幕后英雄”

要理解Tree-shaking，就必须了解静态分析和动态分析的概念。

特性 静态分析 动态分析
执行时间 编译时 运行时
依赖关系确定 在编译阶段确定模块的依赖关系 在运行时确定模块的依赖关系
优点 可以提前发现潜在的错误，方便进行Tree-shaking等优化 可以更全面地了解程序的行为，适用于一些需要运行时信息的场景
缺点 可能存在误判，无法处理一些动态特性（如动态导入） 需要实际运行代码，开销较大，可能会受到运行时环境的影响
适用场景 代码规范检查、类型检查、Tree-shaking等优化 性能分析、安全漏洞检测、动态调试等
模块化方案 ESM CommonJS

Tree-shaking主要依赖于静态分析。通过分析代码的AST（抽象语法树），打包工具可以确定模块的依赖关系，从而判断哪些代码没有被使用。

第六节：代码示例：手把手教你Tree-shaking

咱们用Webpack来演示一下Tree-shaking的效果。

  1. 创建项目目录：

    mkdir tree-shaking-demo
cd tree-shaking-demo
npm init -y

  2. 安装Webpack：

    npm install webpack webpack-cli --save-dev

  3. 创建webpack.config.js：

    // webpack.config.js
const path = require('path');

module.exports = {
  mode: 'production', // 重要：设置为production模式才能启用Tree-shaking
  entry: './src/index.js',
  output: {
    filename: 'bundle.js',
    path: path.resolve(__dirname, 'dist')
  }
};

  4. 创建src目录和相关文件：

    mkdir src
cd src
touch index.js math.js
cd ..

  5. 编写math.js (ESM):

    // src/math.js
export function add(a, b) {
  return a + b;
}

export function subtract(a, b) {
  return a - b;
}

  6. 编写index.js:

    // src/index.js
import { add } from './math.js';

console.log(add(5, 3));

  7. 构建项目：

    npx webpack

  8. 查看打包后的文件 dist/bundle.js：

你会发现，subtract函数并没有被打包进去，这就是Tree-shaking的功劳！

第七节：注意事项与最佳实践

  • 使用ESM： 这是进行Tree-shaking的前提。
  • mode设置为production： Webpack在production模式下才会启用Tree-shaking。
  • 避免副作用： 副作用是指函数或模块在执行过程中，除了返回值之外，还会对外部环境产生影响。例如，修改全局变量、修改传入的参数等。副作用会影响Tree-shaking的效果，因为打包工具很难确定这些副作用是否被使用。
  • 使用纯函数： 尽量使用纯函数（相同的输入始终产生相同的输出，并且没有副作用），这样可以更容易地进行Tree-shaking。
  • 谨慎使用动态导入： 动态导入（import()）会降低Tree-shaking的效果，因为它是在运行时加载模块的。

第八节：CommonJS的“自我救赎”

虽然CommonJS天生不利于Tree-shaking，但也有一些方法可以提高Tree-shaking的效果。

  • 使用/*#__PURE__*/注释： 告诉打包工具某个函数或表达式是纯函数，可以安全地移除。

    // utils.js (CommonJS)
exports.add = /*#__PURE__*/function(a, b) {
  return a + b;
};

exports.subtract = /*#__PURE__*/function(a, b) {
  return a - b;
};

  • 使用sideEffects标志： 在package.json中设置sideEffects标志，告诉打包工具哪些文件或模块包含副作用。

    // package.json
{
  "name": "tree-shaking-demo",
  "version": "1.0.0",
  "description": "",
  "main": "index.js",
  "scripts": {
    "build": "webpack"
  },
  "keywords": [],
  "author": "",
  "license": "ISC",
  "devDependencies": {
    "webpack": "^5.88.2",
    "webpack-cli": "^5.1.4"
  },
  "sideEffects": false // 或者指定包含副作用的文件列表，例如：["./src/polyfill.js"]
}

总结：

ESM和CommonJS是JavaScript模块化的两种主要方案。ESM凭借其静态性，在Tree-shaking方面具有天然的优势。虽然CommonJS在Tree-shaking方面存在一些挑战，但通过一些技巧，也可以提高Tree-shaking的效果。

希望今天的讲座能让大家对ESM和CommonJS的Tree-shaking有更深入的理解。记住，选择合适的模块化方案，并善用Tree-shaking，可以让你的代码更加高效、简洁！ 咱们下期再见！

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