JS `Tree Shaking` 的原理与 `package.json` `sideEffects` 字段配置

各位观众老爷，晚上好！我是你们的老朋友，今天咱们来聊聊前端性能优化里的一把利器：Tree Shaking，以及它的小伙伴package.json里的sideEffects字段。

开场白：摇掉不用的代码，让你的Bundle瘦成一道闪电

想象一下，你写了一个非常酷炫的JavaScript库，代码量巨大，功能丰富。但是呢，用户只需要用到其中的一小部分功能。如果把整个库都打包进去，那用户的浏览器加载起来得多慢啊！这时候，Tree Shaking就派上用场了。

Tree Shaking，顾名思义，就是把项目里没用到的代码像摇树一样摇下来，不打包到最终的bundle里。这样，用户只需要下载真正需要的代码，页面加载速度蹭蹭地往上涨。

第一幕：Tree Shaking的原理是什么？

Tree Shaking的本质，是静态分析代码，找出没有被引用的代码，然后把它从最终的bundle里移除。静态分析意味着这个过程发生在编译时，而不是运行时。

要理解Tree Shaking，我们需要先了解两个概念：

ES Modules（ESM）： Tree Shaking的前提是使用ESM规范来组织代码。ESM使用import和export来导入导出模块。这种静态的导入导出方式，方便了编译器进行依赖分析。
Dead Code（死代码）： 指的是程序中永远不会被执行到的代码。Tree Shaking的目标就是移除这些死代码。

Tree Shaking的步骤大致如下：

依赖分析： 编译器（例如Webpack、Rollup）会分析ESM的import和export语句，构建出一个模块依赖图。
标记活跃代码： 从入口文件开始，编译器会标记所有被引用的模块和变量为活跃代码。
移除死代码： 编译器会遍历整个模块依赖图，将没有被标记为活跃代码的模块和变量移除。

举个栗子：

假设我们有三个文件：

math.js:

export function add(a, b) {
  return a + b;
}

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

export function multiply(a, b) {
  return a * b;
}

utils.js:

export function formatNumber(num) {
  return num.toLocaleString();
}

export function formatDate(date) {
  return date.toISOString();
}

index.js:

import { add } from './math.js';
import { formatNumber } from './utils.js';

const result = add(2, 3);
const formattedResult = formatNumber(result);

console.log(formattedResult);

在这个例子中，subtract和multiply函数在math.js中定义了，但是没有被index.js引用。同样，formatDate函数在utils.js中定义了，也没有被index.js引用。

经过Tree Shaking之后，最终的bundle里只会包含add函数、formatNumber函数以及相关的依赖代码。subtract、multiply和formatDate函数都会被移除。

第二幕：package.json的sideEffects字段：告诉编译器哪些代码有副作用

Tree Shaking虽然很强大，但是它也有局限性。它只能移除那些没有副作用的代码。

什么是副作用呢？简单来说，副作用指的是函数或模块执行后，会对外部环境产生影响。例如：

修改全局变量
发送HTTP请求
操作DOM
执行console.log

如果一个函数或模块有副作用，即使它没有被显式引用，编译器也不能轻易地把它移除，因为它可能会影响程序的正常运行。

这时候，package.json里的sideEffects字段就派上用场了。sideEffects字段可以告诉编译器，哪些文件或模块是有副作用的。这样，编译器在进行Tree Shaking时，就可以更加准确地判断哪些代码可以安全地移除。

sideEffects字段的用法：

sideEffects字段是一个数组，可以包含以下值：

false: 表示整个包都没有副作用。
一个或多个文件路径或glob模式：表示这些文件或模块有副作用。

举个栗子：

假设我们有一个analytics.js文件，用于收集用户行为数据：

// analytics.js
export function trackEvent(eventName, eventData) {
  // 发送HTTP请求，将事件数据发送到服务器
  fetch('/api/analytics', {
    method: 'POST',
    body: JSON.stringify({
      eventName,
      eventData
    })
  });
}

这个analytics.js文件有明显的副作用：它会发送HTTP请求。因此，我们需要在package.json里声明它有副作用：

{
  "name": "my-library",
  "version": "1.0.0",
  "sideEffects": [
    "./analytics.js"
  ]
}

这样，即使analytics.js文件没有被显式引用，编译器也不会把它移除。

更复杂的栗子：

假设我们的库包含一些CSS文件，这些CSS文件会修改页面的样式。这些CSS文件也有副作用，因为它们会影响页面的外观。

{
  "name": "my-library",
  "version": "1.0.0",
  "sideEffects": [
    "./src/styles/*.css"
  ]
}

这里使用了glob模式./src/styles/*.css，表示./src/styles目录下的所有CSS文件都有副作用。

sideEffects字段的注意事项：

如果你的包确实没有任何副作用，最好设置"sideEffects": false。这可以帮助编译器更积极地进行Tree Shaking，从而减小bundle体积。
sideEffects字段的值必须是相对路径，相对于package.json文件。
如果你不确定某个文件或模块是否有副作用，最好保守一点，把它声明为有副作用。否则，可能会导致程序出现意想不到的错误。
对于使用CommonJS规范编写的模块，Tree Shaking的效果可能不太好。因为CommonJS是动态导入导出模块，编译器很难进行静态分析。建议尽可能使用ESM规范来编写模块。

第三幕：Tree Shaking的局限性与最佳实践

虽然Tree Shaking很强大，但也不是万能的。它也有一些局限性：

动态导入： import() 语句是动态的，编译器无法在编译时确定要导入哪些模块，因此Tree Shaking对动态导入的支持有限。
CommonJS模块： 如前所述，CommonJS的动态特性使得Tree Shaking难以进行。
副作用不明确的代码： 如果代码的副作用不明确，编译器可能无法正确地进行Tree Shaking。

为了最大限度地利用Tree Shaking，我们可以遵循以下最佳实践：

使用ESM规范： 尽可能使用ESM规范来编写模块。
避免副作用： 尽量编写没有副作用的函数和模块。
明确声明副作用： 使用sideEffects字段明确声明哪些文件或模块有副作用。
使用支持Tree Shaking的打包工具： Webpack、Rollup等打包工具都支持Tree Shaking。
代码分割： 将代码分割成更小的模块，可以提高Tree Shaking的效果。

第四幕：代码示例：Webpack配置Tree Shaking

要让Webpack支持Tree Shaking，需要做一些配置：

使用ESM规范： 确保你的代码使用ESM规范。
配置mode： 将Webpack的mode设置为production。在production模式下，Webpack会自动启用Tree Shaking。
配置optimization： 确保optimization.usedExports选项设置为true。这个选项会告诉Webpack标记未使用的exports，以便进行Tree Shaking。
配置sideEffects： 在package.json里配置sideEffects字段，声明哪些文件或模块有副作用。

Webpack配置示例：

// webpack.config.js
module.exports = {
  mode: 'production', // 设置为production模式
  entry: './src/index.js',
  output: {
    filename: 'bundle.js',
    path: path.resolve(__dirname, 'dist')
  },
  optimization: {
    usedExports: true, // 启用usedExports
    minimize: true, // 启用代码压缩
    minimizer: [
      new TerserPlugin({
        terserOptions: {
          compress: {
            drop_console: true, // 移除console.log
          },
        },
      }),
    ],
  },
};

在这个例子中，我们将mode设置为production，并且启用了optimization.usedExports和代码压缩。这样，Webpack就会自动进行Tree Shaking，移除未使用的代码。

第五幕：总结与展望

Tree Shaking是一项强大的技术，可以有效地减小JavaScript bundle的体积，提高页面加载速度。要充分利用Tree Shaking，我们需要使用ESM规范，避免副作用，明确声明副作用，并使用支持Tree Shaking的打包工具。

随着前端技术的不断发展，Tree Shaking也在不断进化。未来，我们可以期待Tree Shaking在动态导入、CommonJS模块等方面的支持更加完善，从而更好地优化前端性能。

表格总结:

特性/概念	描述	作用/意义	注意事项

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