JavaScript内核与高级编程之：`JavaScript` 的 `Rollup`：其在 `Tree-shaking` 中的底层实现。

各位观众老爷，大家好！欢迎来到今天的“扒皮式” JavaScript 讲座。今天咱们的主题是“JavaScript 的 Rollup：其在 Tree-shaking 中的底层实现”。

Rollup，作为前端模块打包工具链中的重要一员，以其强大的 Tree-shaking 能力闻名江湖。但江湖传闻，Tree-shaking 的水很深，今天咱们就来把它扒个精光，看看 Rollup 到底是怎么实现的，以及它背后的原理。

一、开胃小菜：什么是 Tree-shaking？

简单来说，Tree-shaking 就是“摇掉死代码”。想象一下，你有一棵代码树，上面挂满了各种模块。但并不是所有的模块都会被用到，有些模块就像枯枝败叶一样，白白占据着空间。Tree-shaking 的作用就是把这些没用的模块摇掉，只保留真正需要的模块，从而减小打包后的文件体积，提升性能。

举个栗子：

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

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

// main.js
import { add } from './utils.js';

console.log(add(1, 2));

在这个例子中，utils.js 定义了 add 和 subtract 两个函数，但 main.js 只用到了 add 函数。如果没有 Tree-shaking，打包后的文件中会包含 subtract 函数，这就造成了浪费。而 Tree-shaking 会把 subtract 函数从打包结果中移除，只保留 add 函数。

二、Rollup 的 Tree-shaking 机制：静态分析是关键

Rollup 实现 Tree-shaking 的核心是静态分析。它会在不执行代码的情况下，分析代码的结构和依赖关系，从而判断哪些模块是真正被用到的。这和动态分析（在运行时分析代码）是不同的。

Rollup 的 Tree-shaking 主要分为以下几个步骤：

1. 模块解析 (Module Resolution): Rollup 首先要找到项目中所有的模块，并建立模块之间的依赖关系。这通常涉及到解析 import 和 export 语句，以及查找模块文件。
2. 抽象语法树 (AST) 构建: 对于每个模块，Rollup 会将其解析成抽象语法树（AST）。AST 是代码的一种抽象表示，它以树形结构描述了代码的语法结构。
3. 依赖关系分析: Rollup 会遍历 AST，分析模块的依赖关系。它会找出哪些模块导入了哪些模块，以及每个模块导出了哪些变量。
4. 标记和清除: Rollup 会从入口模块开始，递归地标记所有被使用的模块。然后，它会清除所有未被标记的模块，这些模块就被认为是死代码。
5. 代码生成: 最后，Rollup 会根据标记结果，生成最终的打包代码。只包含被标记的模块。

三、Rollup 的配置：让 Tree-shaking 更上一层楼

Rollup 的配置可以影响 Tree-shaking 的效果。一些常见的配置选项包括：

• input: 指定入口模块。Tree-shaking 会从入口模块开始分析依赖关系。
• output.format: 指定输出格式。不同的输出格式可能影响 Tree-shaking 的效果。例如，ESM 格式更适合 Tree-shaking，因为它可以明确地声明模块的导入和导出关系。
• plugins: Rollup 插件可以扩展 Rollup 的功能，例如，可以使用插件来处理不同类型的文件，或者优化代码。一些插件也可以影响 Tree-shaking 的效果。

四、代码实战：Rollup + Tree-shaking 示例

咱们来一个简单的例子，演示 Rollup 的 Tree-shaking 功能。

1. 项目结构：

   my-project/
   ├── src/
   │   ├── utils.js
   │   └── main.js
   ├── rollup.config.js
   └── package.json

2. src/utils.js：

   export function add(a, b) {
     console.log("add 被调用了");
     return a + b;
   }
   
   export function subtract(a, b) {
     console.log("subtract 被调用了");
     return a - b;
   }
   
   export function multiply(a, b) {
       console.log("multiply 被调用了");
       return a * b;
   }

3. src/main.js：

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

4. rollup.config.js：

   import { terser } from 'rollup-plugin-terser'; // 用于代码压缩，方便观察tree-shaking效果
   
   export default {
     input: 'src/main.js',
     output: {
       file: 'dist/bundle.js',
       format: 'es' // 使用ES模块格式，更有利于tree-shaking
     },
     plugins: [terser()] // 使用terser插件进行代码压缩
   };

5. package.json：

   {
     "name": "my-project",
     "version": "1.0.0",
     "description": "",
     "main": "index.js",
     "scripts": {
       "build": "rollup -c"
     },
     "keywords": [],
     "author": "",
     "license": "ISC",
     "devDependencies": {
       "rollup": "^2.79.1",
       "rollup-plugin-terser": "^7.0.2"
     }
   }

6. 安装依赖：

   npm install

7. 打包：

   npm run build

8. 查看 dist/bundle.js：

   function r(r,n){return r+n}console.log(r(1,2));

   可以看到，subtract 和 multiply 函数已经被移除，只有 add 函数被保留下来了。这就是 Tree-shaking 的效果。控制台只会打印 “add 被调用了”，说明 subtract 和 multiply 没有被调用。

五、Tree-shaking 的局限性：动态导入的挑战

虽然 Tree-shaking 很强大，但它也有局限性。最主要的局限性在于动态导入。

动态导入是指在运行时导入模块，例如使用 import() 语法。由于 Rollup 是静态分析工具，它无法确定动态导入的模块是否会被使用，因此无法对动态导入的模块进行 Tree-shaking。

例如：

// main.js
if (Math.random() > 0.5) {
  import('./moduleA.js').then(module => {
    module.default();
  });
}

在这个例子中，moduleA.js 是否会被导入取决于 Math.random() 的结果。Rollup 无法确定 moduleA.js 是否会被使用，因此它会将 moduleA.js 打包到最终的文件中。

六、绕过 Tree-shaking 的“坑”：纯函数的重要性

Tree-shaking 依赖于对代码的静态分析。如果代码中存在一些“坑”，可能会导致 Tree-shaking 失效。其中一个常见的坑是副作用 (Side Effects)。

副作用是指函数除了返回值之外，还会对外部环境产生影响，例如修改全局变量、发送网络请求等。如果一个函数有副作用，Rollup 就无法确定它是否可以被安全地移除，因为移除它可能会导致程序出错。

为了让 Tree-shaking 更好地工作，应该尽量编写纯函数 (Pure Functions)。纯函数是指没有副作用的函数，它的返回值只取决于它的输入参数。

例如：

// 非纯函数
let count = 0;
function increment(a) {
  count += a;
  return count;
}

// 纯函数
function add(a, b) {
  return a + b;
}

increment 函数不是纯函数，因为它修改了全局变量 count。add 函数是纯函数，因为它没有副作用。

七、深入 Rollup 源码：AST 的奥秘

Rollup 的 Tree-shaking 算法涉及到对 AST 的深入理解。AST 是一种树形结构，它表示了代码的语法结构。Rollup 会遍历 AST，分析代码的依赖关系，并标记出未使用的模块。

咱们简单看一下 AST 的结构：

// 示例代码
function add(a, b) {
  return a + b;
}

// AST 结构 (简化版)
{
  "type": "Program",
  "body": [
    {
      "type": "FunctionDeclaration",
      "id": {
        "type": "Identifier",
        "name": "add"
      },
      "params": [
        {
          "type": "Identifier",
          "name": "a"
        },
        {
          "type": "Identifier",
          "name": "b"
        }
      ],
      "body": {
        "type": "BlockStatement",
        "body": [
          {
            "type": "ReturnStatement",
            "argument": {
              "type": "BinaryExpression",
              "operator": "+",
              "left": {
                "type": "Identifier",
                "name": "a"
              },
              "right": {
                "type": "Identifier",
                "name": "b"
              }
            }
          }
        ]
      }
    }
  ]
}

这个 AST 表示了一个简单的 add 函数。Rollup 会遍历这个 AST，找出函数的名字、参数、返回值等信息，从而分析代码的依赖关系。

八、表格总结：Rollup Tree-shaking 的关键点

关键点	描述
静态分析	在不执行代码的情况下，分析代码的结构和依赖关系。
模块解析	找到项目中所有的模块，并建立模块之间的依赖关系。
抽象语法树 (AST)	代码的一种抽象表示，它以树形结构描述了代码的语法结构。
依赖关系分析	遍历 AST，分析模块的依赖关系，找出哪些模块导入了哪些模块，以及每个模块导出了哪些变量。
标记和清除	从入口模块开始，递归地标记所有被使用的模块。然后，清除所有未被标记的模块。
动态导入	Rollup 无法对动态导入的模块进行 Tree-shaking。
副作用	函数除了返回值之外，还会对外部环境产生影响。有副作用的函数可能会导致 Tree-shaking 失效。
纯函数	没有副作用的函数，它的返回值只取决于它的输入参数。编写纯函数可以提高 Tree-shaking 的效果。

九、进阶思考：Tree-shaking 的未来

随着前端技术的不断发展，Tree-shaking 也在不断进化。未来的 Tree-shaking 可能会更加智能化，能够处理更复杂的代码结构，并支持更多的动态导入场景。

例如，一些研究人员正在探索使用类型信息来改进 Tree-shaking。如果能够知道变量的类型，就可以更准确地判断代码的依赖关系，从而提高 Tree-shaking 的效果。

此外，一些新的打包工具也在尝试使用运行时分析来辅助 Tree-shaking。虽然运行时分析会增加打包的复杂度，但它可以处理一些静态分析无法解决的问题，例如动态导入。

十、总结：Tree-shaking 的艺术

Tree-shaking 是一门艺术，它需要我们对代码的结构、依赖关系和副作用有深入的理解。只有掌握了 Tree-shaking 的原理和技巧，才能编写出更高效、更精简的代码。

希望今天的讲座对大家有所帮助。记住，Tree-shaking 不仅仅是一种技术，更是一种编程思想，它鼓励我们编写更清晰、更模块化的代码。

感谢各位的观看！下次再见！