Vite的依赖预构建（Pre-bundling）机制：ESM到CommonJS的转换与缓存策略 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

Vite 的依赖预构建：ESM 到 CommonJS 的转换与缓存策略

大家好，今天我们要深入探讨 Vite 的一个核心特性：依赖预构建（Pre-bundling）。依赖预构建是 Vite 启动速度如此之快的重要原因之一。它涉及到将项目依赖从 CommonJS (CJS) 转换为 ES Modules (ESM)，并利用缓存机制来优化开发体验。

为什么要进行依赖预构建？

要理解依赖预构建的必要性，我们需要先了解浏览器对 JavaScript 模块的加载方式，以及 CommonJS 和 ES Modules 两种模块格式的区别。

ES Modules (ESM): 现代 JavaScript 的标准模块格式。它允许浏览器按需加载模块，这意味着只有在需要的时候才会加载相应的代码。这可以显著提高页面加载速度，尤其是在大型项目中。
CommonJS (CJS): Node.js 环境下常用的模块格式。它使用 require() 和 module.exports 进行模块的导入和导出。

浏览器本身原生支持 ESM，但许多 npm 包仍然以 CommonJS 格式发布。 Vite 的目标是利用浏览器对 ESM 的原生支持，以实现更快的开发和构建速度。然而，直接在浏览器中使用 CommonJS 包会带来一些问题：

浏览器不支持 require(): 浏览器无法直接执行 CommonJS 模块，因为它们不认识 require() 语法。
大量小模块的请求成本: 许多 CommonJS 包会将代码拆分成大量的小模块。如果直接在浏览器中加载这些模块，会导致大量的 HTTP 请求，这会显著降低页面加载速度，特别是在网络条件不佳的情况下。例如，lodash-es 虽然是 ESM 版本，但内部也包含大量的细粒度模块，直接引入也会产生性能问题。
CommonJS 的动态特性: CommonJS 的 require() 函数是动态的，可以在运行时根据条件加载不同的模块。这与 ESM 的静态分析特性相冲突，使得 Rollup 等打包工具难以进行优化。

为了解决这些问题，Vite 引入了依赖预构建。简单来说，依赖预构建就是将 CommonJS 格式的依赖转换为 ESM 格式，并将其打包成一个或几个更大的模块。

预构建的具体过程

Vite 的预构建过程主要包括以下几个步骤：

依赖发现 (Dependency Discovery): Vite 首先会扫描项目中的 JavaScript 和 TypeScript 文件，找出所有用到的依赖。它会分析 import 和 require() 语句，识别出需要预构建的依赖。
CommonJS 到 ESM 的转换: Vite 使用 esbuild 将 CommonJS 格式的依赖转换为 ESM 格式。 esbuild 是一个用 Go 编写的 JavaScript 打包工具，它的速度非常快，远超传统的 JavaScript 打包工具（如 Webpack 和 Rollup）。 esbuild 会分析 CommonJS 模块的依赖关系，并将其转换为等价的 ESM 代码。
模块打包 (Module Bundling): 将转换后的 ESM 模块打包成一个或几个更大的模块。 Vite 会根据依赖的大小和依赖关系，将一些相关的模块打包在一起，以减少 HTTP 请求的数量。 esbuild 也负责执行这个打包过程。
生成 node_modules/.vite 目录: Vite 会将预构建后的模块保存在 node_modules/.vite 目录下。这个目录是 Vite 专门用于存放预构建模块的地方。
重写导入语句 (Import Rewriting): Vite 会重写项目中的 import 语句，将其指向 node_modules/.vite 目录下的预构建模块。这样，浏览器就可以直接加载预构建后的 ESM 模块，而无需再处理 CommonJS 格式的依赖。

让我们通过一个例子来说明这个过程。假设你的项目依赖于 lodash 和 moment 两个库。 lodash 是一个常用的 JavaScript 工具库，它提供了许多有用的函数，而 moment 是一个处理日期和时间的库。这两个库通常都以 CommonJS 格式发布。

在没有预构建的情况下，如果你在浏览器中直接使用这两个库，会导致两个问题：

浏览器无法直接加载 CommonJS 模块。
即使使用一些工具将 CommonJS 模块转换为 ESM 模块，也会产生大量的 HTTP 请求，因为这两个库都包含大量的细粒度模块。

Vite 的预构建会解决这些问题。它会将 lodash 和 moment 转换为 ESM 格式，并将其打包成一个或几个更大的模块，然后将这些模块保存在 node_modules/.vite 目录下。最后，Vite 会重写项目中的 import 语句，将其指向 node_modules/.vite 目录下的预构建模块。

例如，你原来的代码可能是这样的：

import _ from 'lodash';
import moment from 'moment';

console.log(_.isArray([1, 2, 3]));
console.log(moment().format('YYYY-MM-DD'));

经过 Vite 的预构建后， import 语句会被重写成类似下面的形式：

import _ from '/node_modules/.vite/deps/lodash.js?v=some-hash';
import moment from '/node_modules/.vite/deps/moment.js?v=some-hash';

console.log(_.isArray([1, 2, 3]));
console.log(moment().format('YYYY-MM-DD'));

注意，import 语句现在指向了 node_modules/.vite 目录下的预构建模块，并且 URL 中包含了一个版本哈希值 (?v=some-hash)，用于缓存控制。

缓存策略

Vite 使用了强大的缓存策略来优化开发体验。预构建后的模块会被缓存在两个地方：

浏览器缓存: Vite 会为预构建后的模块设置 HTTP 缓存头，以便浏览器可以缓存这些模块。 URL 中的版本哈希值 (?v=some-hash) 用于控制缓存的更新。当依赖的版本发生变化时，Vite 会生成一个新的哈希值，浏览器会重新下载新的模块。
文件系统缓存: Vite 会将预构建后的模块保存在 node_modules/.vite 目录下。当下次启动 Vite 时，如果依赖没有发生变化，Vite 会直接从文件系统缓存中加载这些模块，而无需重新构建。

Vite 的缓存策略可以显著提高开发速度。第一次启动 Vite 时，需要进行依赖预构建，这可能会花费一些时间。但是，后续的启动速度会非常快，因为 Vite 可以直接从缓存中加载预构建模块。

以下是一些与缓存相关的配置选项：

optimizeDeps.force: 强制 Vite 重新进行依赖预构建。当你需要清除缓存并重新构建依赖时，可以使用这个选项。例如，可以在 vite.config.js 中设置 optimizeDeps: { force: true }。
optimizeDeps.exclude: 排除某些依赖，使其不参与预构建。当你需要手动处理某些依赖时，可以使用这个选项。例如，如果你想使用 unpkg 等 CDN 服务来加载某个依赖，可以将它从预构建中排除。
optimizeDeps.include: 指定需要预构建的依赖。默认情况下，Vite 会自动检测需要预构建的依赖。但是，在某些情况下，Vite 可能无法正确检测到所有的依赖。这时，你可以使用这个选项来手动指定需要预构建的依赖。

自定义预构建行为

Vite 提供了一些配置选项，允许你自定义预构建的行为。这些选项都位于 vite.config.js 文件的 optimizeDeps 字段下。

以下是一些常用的配置选项：

选项	类型	描述
`entries`	`string[]`	指定用于扫描依赖的入口文件。默认情况下，Vite 会扫描 `index.html` 文件。如果你想使用不同的入口文件，可以使用这个选项。
`exclude`	`string[]`	排除某些依赖，使其不参与预构建。例如，你可以排除一些体积较大的依赖，或者一些你希望手动处理的依赖。
`include`	`string[]`	指定需要预构建的依赖。默认情况下，Vite 会自动检测需要预构建的依赖。但是，在某些情况下，Vite 可能无法正确检测到所有的依赖。这时，你可以使用这个选项来手动指定需要预构建的依赖。
`esbuildOptions`	`EsbuildOptions`	传递给 `esbuild` 的配置选项。你可以使用这个选项来自定义 `esbuild` 的行为，例如设置目标浏览器、配置插件等。
`force`	`boolean`	强制 Vite 重新进行依赖预构建。当你需要清除缓存并重新构建依赖时，可以使用这个选项。
`needsInterop`	`string[]`	强制为某些 CommonJS 依赖生成 CommonJS 互操作代码。在某些情况下，`esbuild` 可能无法正确处理一些 CommonJS 依赖，导致在 ESM 环境下无法正常工作。这时，你可以使用这个选项来强制生成 CommonJS 互操作代码，以解决兼容性问题。 `needsInterop` 的值是一个字符串数组，指定需要生成互操作代码的依赖的名称。

例如，如果你想排除 lodash 和 moment 两个库，可以使用以下配置：

// vite.config.js
import { defineConfig } from 'vite';

export default defineConfig({
  optimizeDeps: {
    exclude: ['lodash', 'moment'],
  },
});

如果你想强制 Vite 重新进行依赖预构建，可以使用以下配置：

// vite.config.js
import { defineConfig } from 'vite';

export default defineConfig({
  optimizeDeps: {
    force: true,
  },
});

预构建的常见问题和解决方案

在使用 Vite 的预构建功能时，可能会遇到一些问题。以下是一些常见的问题和解决方案：

依赖无法正确预构建: 有时，Vite 可能无法正确预构建某些依赖，导致在浏览器中无法正常工作。这可能是因为依赖的格式不正确，或者依赖的依赖关系过于复杂。
- 解决方案:
  - 检查依赖的格式是否正确。确保依赖是以 CommonJS 或 ESM 格式发布的。
  - 尝试使用 optimizeDeps.include 选项手动指定需要预构建的依赖。
  - 尝试使用 optimizeDeps.exclude 选项排除该依赖，并尝试手动处理它。
  - 升级 Vite 到最新版本，因为新版本可能修复了一些预构建的问题。
预构建速度慢: 在某些情况下，预构建过程可能会很慢，尤其是在大型项目中。
- 解决方案:
  - 确保你的项目没有包含过多的依赖。删除不必要的依赖可以显著提高预构建速度。
  - 检查你的 node_modules 目录是否完整。如果 node_modules 目录损坏，可能会导致预构建速度变慢。尝试删除 node_modules 目录并重新安装依赖。
  - 升级 Node.js 到最新版本，因为新版本的 Node.js 可能包含一些性能优化。
  - 使用更快的硬盘，例如 SSD。
缓存问题: 有时，缓存可能会导致一些问题，例如在更新依赖后，浏览器仍然加载旧版本的代码。
- 解决方案:
  - 使用 optimizeDeps.force 选项强制 Vite 重新进行依赖预构建。
  - 清除浏览器缓存。
  - 重启 Vite 开发服务器。

总结

Vite 的依赖预构建是其核心特性之一，它通过将 CommonJS 依赖转换为 ESM 格式，并利用缓存机制来优化开发体验。理解预构建的工作原理可以帮助你更好地利用 Vite 的优势，并解决在使用过程中可能遇到的问题。通过合理的配置，可以进一步优化预构建过程，提高开发效率。

更多IT精英技术系列讲座，到智猿学院