JavaScript'i moodulite revolutsioon: Sügav sukeldumine lähtefaasiga importimisse

JavaScript'i ökosüsteem on pidevas arengus. Alates tagasihoidlikust algusest lihtsa skriptimiskeelena brauseritele on see kasvanud globaalseks jõujaamaks, mis toidab kõike alates keerulistest veebirakendustest kuni serveripoolse infrastruktuurini. Selle arengu nurgakiviks on olnud selle moodulisüsteemi, ES-moodulite (ESM), standardiseerimine. Kuid isegi kui ESM on muutunud universaalseks standardiks, on esile kerkinud uusi väljakutseid, mis nihutavad võimaliku piire. See on viinud põneva ja potentsiaalselt muutliku uue ettepanekuni TC39 poolt: lähtefaasiga importimine (Source Phase Imports).

See ettepanek, mis praegu liigub edasi standardite rajal, kujutab endast fundamentaalset nihet selles, kuidas JavaScript saab sõltuvustega hakkama. See tutvustab "kompileerimisaja" ehk "lähtefaasi" kontseptsiooni otse keeles endas, võimaldades arendajatel importida mooduleid, mis käivitatakse ainult kompileerimise ajal, mõjutades lõplikku käitusaegset koodi, ilma et nad kunagi selle osa oleksid. See avab ukse võimsatele funktsioonidele nagu natiivsed makrod, null-kulu tüübiabstraktsioonid ja sujuv kompileerimisaegne koodi genereerimine, kõik standardiseeritud ja turvalises raamistikus.

Arendajatele üle maailma on selle ettepaneku mõistmine võti, et valmistuda järgmiseks innovatsioonilaineks JavaScript'i tööriistades, raamistikes ja rakenduste arhitektuuris. See põhjalik juhend uurib, mis on lähtefaasiga importimine, milliseid probleeme see lahendab, selle praktilisi kasutusjuhtumeid ja sügavat mõju, mida see on valmis avaldama kogu globaalsele JavaScript'i kogukonnale.

JavaScript'i moodulite lühiajalugu: Tee ESM-ini

Et hinnata lähtefaasiga importimise olulisust, peame esmalt mõistma JavaScript'i moodulite teekonda. Suure osa oma ajaloost puudus JavaScript'il natiivne moodulisüsteem, mis viis loovate, kuid killustatud lahenduste perioodini.

Globaalide ja IIFE-de ajastu

Algselt haldasid arendajad sõltuvusi, laadides HTML-faili mitu <script> silti. See saastas globaalset nimeruumi (brauserites window objekt), mis viis muutujate kokkupõrgeteni, ettearvamatu laadimisjärjekorrani ja hooldusõudusunenäoni. Selle leevendamiseks oli levinud muster koheselt käivitatav funktsiooniväljend (IIFE), mis lõi skripti muutujatele privaatse skoobi, takistades nende lekkimist globaalsesse skoopi.

Kogukonnapõhiste standardite tõus

Rakenduste keerukamaks muutudes arendas kogukond välja robustsemaid lahendusi:

• CommonJS (CJS): Populariseeritud Node.js poolt, kasutab CJS sünkroonset require() funktsiooni ja exports objekti. See oli mõeldud serveri jaoks, kus moodulite failisüsteemist lugemine on kiire, blokeeriv operatsioon. Selle sünkroonne olemus muutis selle brauseri jaoks vähem sobivaks, kus võrgupäringud on asünkroonsed.
• Asynchronous Module Definition (AMD): Mõeldud brauserile, laadis AMD (ja selle populaarseim implementatsioon, RequireJS) mooduleid asünkroonselt. Selle süntaks oli CommonJS-ist sõnaohtram, kuid lahendas kliendipoolsetes rakendustes võrgulatentsuse probleemi.

Standardiseerimine: ES-moodulid (ESM)

Lõpuks tutvustas ECMAScript 2015 (ES6) natiivset, standardiseeritud moodulisüsteemi: ES-moodulid. ESM tõi mõlema maailma parimad omadused puhta, deklaratiivse süntaksiga (import ja export), mida saab staatiliselt analüüsida. See staatiline olemus võimaldab tööriistadel nagu bundlerid teha optimeerimisi, näiteks tree-shaking (kasutamata koodi eemaldamine), enne kui kood kunagi käivitatakse. ESM on loodud asünkroonseks ja on nüüd universaalne standard nii brauserites kui ka Node.js-is, ühendades killustatud ökosüsteemi.

Tänapäevaste ES-moodulite varjatud piirangud

ESM on tohutult edukas, kuid selle disain on keskendunud eranditult käitusaja käitumisele. import lause tähistab sõltuvust, mis tuleb rakenduse käivitamisel alla laadida, parsida ja käivitada. See käitusajakeskne mudel, kuigi võimas, loob mitmeid väljakutseid, mida ökosüsteem on lahendanud väliste, mittestandardsete tööriistadega.

Probleem 1: Kompileerimisaegsete sõltuvuste vohamine

Tänapäevane veebiarendus sõltub suuresti kompileerimisetapist. Me kasutame tööriistu nagu TypeScript, Babel, Vite, Webpack ja PostCSS, et muuta oma lähtekood tootmiseks optimeeritud vormingusse. See protsess hõlmab paljusid sõltuvusi, mida on vaja ainult kompileerimisajal, mitte käitusajal.

Võtame näiteks TypeScript'i. Kui kirjutate import { type User } from './types', impordite olemuse, millel puudub käitusaegne vaste. TypeScript'i kompilaator kustutab selle impordi ja tüübiinfo kompileerimise ajal. Kuid JavaScript'i moodulisüsteemi vaatenurgast on see lihtsalt üks import. Bundleritel ja mootoritel peab olema eriloogika nende "ainult-tüüpi" importide käsitlemiseks ja eemaldamiseks, lahendus, mis eksisteerib väljaspool JavaScript'i keele spetsifikatsiooni.

Probleem 2: Püüdlus null-kulu abstraktsioonide poole

Null-kulu abstraktsioon on funktsioon, mis pakub arenduse ajal kõrgetasemelist mugavust, kuid kompileerub ülitõhusaks koodiks ilma käitusaja lisakuludeta. Täiuslik näide on valideerimisteek. Võite kirjutada:

validate(userSchema, userData);

Käitusajal hõlmab see funktsioonikutset ja valideerimisloogika täitmist. Mis siis, kui keel saaks kompileerimisajal analüüsida skeemi ja genereerida ülispetsiifilist, inlined-valideerimiskoodi, eemaldades üldise `validate` funktsioonikutse ja skeemi objekti lõplikust paketist? Praegu on seda standardiseeritud viisil võimatu teha. Kogu `validate` funktsioon ja `userSchema` objekt tuleb kliendile saata, isegi kui valideerimist oleks saanud teostada või eelkompileerida teisiti.

Probleem 3: Standardiseeritud makrode puudumine

Makrod on võimas funktsioon sellistes keeltes nagu Rust, Lisp ja Swift. Need on sisuliselt kood, mis kirjutab koodi kompileerimisajal. JavaScript'is simuleerime makrosid tööriistadega nagu Babeli pluginad või SWC teisendused. Kõige levinum näide on JSX:

const element = <h1>Hello, World</h1>;

See ei ole kehtiv JavaScript. Kompileerimistööriist teisendab selle:

const element = React.createElement('h1', null, 'Hello, World');

See teisendus on võimas, kuid tugineb täielikult välistele tööriistadele. Puudub natiivne, keelesisene viis defineerida funktsiooni, mis teostaks sellist süntaksi teisendust. See standardiseerimise puudumine viib keerulise ja sageli hapra tööriistaahelani.

Tutvustame lähtefaasiga importimist: Paradigma nihe

Lähtefaasiga importimine on otsene vastus nendele piirangutele. Ettepanek tutvustab uut impordi deklaratsiooni süntaksit, mis eraldab selgelt kompileerimisaegsed sõltuvused käitusaegsetest sõltuvustest.

Uus süntaks on lihtne ja intuitiivne: import source.

import { MyType } from './types.js'; // Tavaline käitusaja import
import source { MyMacro } from './macros.js'; // Uus, lähtefaasi import

Põhikontseptsioon: Faaside eraldamine

Põhiidee on vormistada kaks eraldiseisvat koodi hindamise faasi:

1. Lähtefaas (kompileerimisaeg): See faas toimub esimesena ja seda haldab JavaScript'i "host" (näiteks bundler, käitusaeg nagu Node.js või Deno, või brauseri arendus-/kompileerimiskeskkond). Selle faasi ajal otsib host import source deklaratsioone. Seejärel laadib ja käivitab see need moodulid spetsiaalses, isoleeritud keskkonnas. Need moodulid saavad uurida ja teisendada nende moodulite lähtekoodi, mis neid impordivad.
2. Käitusfaas (täitmisaeg): See on faas, millega me kõik oleme tuttavad. JavaScript'i mootor käivitab lõpliku, potentsiaalselt teisendatud koodi. Kõik import source kaudu imporditud moodulid ja neid kasutanud kood on täielikult kadunud; need ei jäta käitusaja mooduligraafi jälgegi.

Mõelge sellest kui standardiseeritud, turvalisest ja mooduliteadlikust eelprotsessorist, mis on otse keele spetsifikatsiooni sisse ehitatud. See ei ole lihtsalt tekstiasendus nagu C eelprotsessor; see on sügavalt integreeritud süsteem, mis suudab töötada JavaScript'i struktuuriga, näiteks abstraktsete süntaksipuudega (AST-dega).

Peamised kasutusjuhud ja praktilised näited

Lähtefaasiga importimise tõeline jõud selgub, kui vaatame probleeme, mida see saab elegantselt lahendada. Uurime mõningaid kõige mõjukamaid kasutusjuhtumeid.

Kasutusjuht 1: Natiivsed, null-kulu tüübiannotatsioonid

Üks peamisi selle ettepaneku ajendeid on pakkuda natiivset kodu tüübisüsteemidele nagu TypeScript ja Flow JavaScript'i keeles endas. Praegu on `import type { ... }` TypeScript-spetsiifiline funktsioon. Lähtefaasiga importimisega muutub see standardseks keelekonstruktsiooniks.

Praegune (TypeScript):

// types.ts
export interface User {
id: number;
name: string;
}

// app.ts
import type { User } from './types';
const user: User = { id: 1, name: 'Alice' };

Tulevane (standardne JavaScript):

// types.js
export interface User { /* ... */ } // Eeldusel, et ka tüübisüntaksi ettepanek võetakse vastu

// app.js
import source { User } from './types.js';
const user: User = { id: 1, name: 'Alice' };

Kasu: import source lause ütleb selgelt igale JavaScript'i tööriistale või mootorile, et ./types.js on ainult kompileerimisaegne sõltuvus. Käitusaja mootor ei ürita seda kunagi alla laadida ega parsida. See standardiseerib tüübi eemaldamise kontseptsiooni, muutes selle keele formaalseks osaks ja lihtsustades bundlerite, linterite ja muude tööriistade tööd.

Kasutusjuht 2: Võimsad ja hügieenilised makrod

Makrod on lähtefaasiga importimise kõige muutlikum rakendus. Need võimaldavad arendajatel laiendada JavaScript'i süntaksit ja luua võimsaid, domeenispetsiifilisi keeli (DSL-e) turvalisel ja standardiseeritud viisil.

Kujutame ette lihtsat logimismakrot, mis lisab kompileerimisajal automaatselt faili ja rea numbri.

Makro definitsioon:

// macros.js
export function log(macroContext) {
// 'macroContext' pakuks API-sid kutsekoha uurimiseks
const callSite = macroContext.getCallSiteInfo(); // nt { file: 'app.js', line: 5 }
const messageArgument = macroContext.getArgument(0); // Hangi sõnumi jaoks AST // Tagasta uus AST console.log kutse jaoks
return `console.log("[${callSite.file}:${callSite.line}]", ${messageArgument})`;
}

Makro kasutamine:

// app.js
import source { log } from './macros.js'; const value = 42;
log(`The value is: ${value}`);

Kompileeritud käitusaja kood:

// app.js (pärast lähtefaasi)
const value = 42;
console.log("[app.js:5]", `The value is: ${value}`);

Kasu: Oleme loonud väljendusrikkama `log` funktsiooni, mis süstib kompileerimisaegset teavet otse käitusaja koodi. Käitusajal ei ole `log` funktsiooni kutset, vaid otse `console.log`. See on tõeline null-kulu abstraktsioon. Sama põhimõtet saaks kasutada JSX-i, styled-components'ide, rahvusvahelistumise (i18n) teekide ja palju muu implementeerimiseks, kõik ilma kohandatud Babeli pluginateta.

Kasutusjuht 3: Integreeritud kompileerimisaegne koodi genereerimine

Paljud rakendused tuginevad koodi genereerimisele muudest allikatest, näiteks GraphQL skeemist, Protocol Buffers'i definitsioonist või isegi lihtsast andmefailist nagu YAML või JSON.

Kujutage ette, et teil on GraphQL skeem ja soovite selle jaoks genereerida optimeeritud kliendi. Täna nõuab see väliseid CLI-tööriistu ja keerulist kompileerimisseadistust. Lähtefaasiga importimisega võiks see muutuda teie mooduligraafi integreeritud osaks.

Generaatori moodul:

// graphql-codegen.js
export function createClient(schemaText) {
// 1. Parsi schemaText
// 2. Genereeri JavaScript kood tüübistatud kliendi jaoks
// 3. Tagasta genereeritud kood stringina
const generatedCode = `
export const client = {
query: { /* ... genereeritud meetodid ... */ }
};
`;
return generatedCode;
}

Generaatori kasutamine:

// app.js
// 1. Impordi skeem tekstina kasutades Import Assertions (eraldi funktsioon)
import schema from './api.graphql' with { type: 'text' }; // 2. Impordi koodigeneraator kasutades lähtefaasi importi
import source { createClient } from './graphql-codegen.js'; // 3. Käivita generaator kompileerimisajal ja süsti selle väljund
export const { client } = createClient(schema);

Kasu: Kogu protsess on deklaratiivne ja osa lähtekoodist. Välise koodigeneraatori käivitamine ei ole enam eraldi, manuaalne samm. Kui `api.graphql` muutub, teab kompileerimistööriist automaatselt, et peab `app.js` jaoks lähtefaasi uuesti käivitama. See muudab arendustöövoo lihtsamaks, robustsemaks ja vähem vigadele altiks.

Kuidas see töötab: Host, liivakast ja faasid

Oluline on mõista, et JavaScript'i mootor ise (nagu V8 Chrome'is ja Node.js-is) ei käivita lähtefaasi. Vastutus langeb host-keskkonnale.

Hosti roll

Host on programm, mis kompileerib või käivitab JavaScript'i koodi. See võib olla:

• Bundler nagu Vite, Webpack või Parcel.
• Käitusaeg nagu Node.js või Deno.
• Isegi brauser võib toimida hostina koodi puhul, mis käivitatakse selle DevTools'is või arendusserveri kompileerimisprotsessi ajal.

Host orkestreerib kahefaasilist protsessi:

1. See parsib koodi ja avastab kõik import source deklaratsioonid.
2. See loob isoleeritud, liivakastis keskkonna (sageli nimetatakse "Realmiks") spetsiaalselt lähtefaasi moodulite käivitamiseks.
3. See käivitab imporditud lähtemoodulite koodi selles liivakastis. Nendele moodulitele antakse spetsiaalsed API-d, et suhelda koodiga, mida nad teisendavad (nt AST manipuleerimise API-d).
4. Teisendused rakendatakse, mille tulemuseks on lõplik käitusaja kood.
5. See lõplik kood edastatakse seejärel tavalisele JavaScript'i mootorile käitusfaasi jaoks.

Turvalisus ja liivakast on kriitilise tähtsusega

Koodi käivitamine kompileerimisajal toob kaasa potentsiaalseid turvariske. Pahatahtlik kompileerimisaegne skript võib proovida pääseda ligi arendaja masina failisüsteemile või võrgule. Lähtefaasiga importimise ettepanek paneb suurt rõhku turvalisusele.

Lähtefaasi kood töötab väga piiratud liivakastis. Vaikimisi puudub sellel juurdepääs:

• Kohalikule failisüsteemile.
• Võrgupäringutele.
• Käitusaja globaalidele nagu window või process.

Kõik võimekused, nagu failijuurdepääs, peavad olema host-keskkonna poolt selgesõnaliselt antud, andes kasutajale täieliku kontrolli selle üle, mida kompileerimisaegsed skriptid teha tohivad. See muudab selle palju turvalisemaks kui praegune pluginate ja skriptide ökosüsteem, millel on sageli täielik juurdepääs süsteemile.

Globaalne mõju JavaScript'i ökosüsteemile

Lähtefaasiga importimise kasutuselevõtt saadab lained üle kogu globaalse JavaScript'i ökosüsteemi, muutes fundamentaalselt seda, kuidas me ehitame tööriistu, raamistikke ja rakendusi.

Raamistike ja teekide autoritele

Raamistikud nagu React, Svelte, Vue ja Solid saaksid kasutada lähtefaasiga importimist, et muuta oma kompilaatorid keele enda osaks. Svelte'i kompilaator, mis muudab Svelte'i komponendid optimeeritud vanilla JavaScript'iks, saaks olla implementeeritud makrona. JSX võiks muutuda standardseks makroks, eemaldades vajaduse, et igal tööriistal oleks oma kohandatud teisenduse implementatsioon.

CSS-in-JS teegid saaksid teostada kogu oma stiilide parsimise ja staatiliste reeglite genereerimise kompileerimisajal, tarnides minimaalse käitusaja või isegi null-käitusaja, mis tooks kaasa märkimisväärseid jõudluse parandusi.

Tööriistade arendajatele

Vite'i, Webpacki, esbuildi ja teiste loojate jaoks pakub see ettepanek võimsat, standardiseeritud laienduspunkti. Selle asemel, et tugineda keerulisele pluginate API-le, mis erineb tööriistade vahel, saavad nad otse haakuda keele enda kompileerimisaegse faasiga. See võib viia ühtsema ja koostöövõimelisema tööriistade ökosüsteemini, kus ühe tööriista jaoks kirjutatud makro töötab sujuvalt ka teises.

Rakenduste arendajatele

Miljonitele arendajatele, kes iga päev JavaScript'i rakendusi kirjutavad, on kasu mitmekülgne:

• Lihtsamad kompileerimiskonfiguratsioonid: Väiksem sõltuvus keerulistest pluginate ahelatest tavaliste ülesannete jaoks nagu TypeScript'i, JSX-i või koodi genereerimise käsitlemine.
• Parem jõudlus: Tõelised null-kulu abstraktsioonid toovad kaasa väiksemad paketisuurused ja kiirema käitusaja.
• Parem arendajakogemus: Võimalus luua kohandatud, domeenispetsiifilisi keelelaiendusi avab uusi väljendusrikkuse tasemeid ja vähendab korduvat koodi.

Praegune staatus ja tee edasi

Lähtefaasiga importimine on ettepanek, mida arendab TC39, komitee, mis standardiseerib JavaScript'i. TC39 protsessil on neli peamist etappi, alates 1. etapist (ettepanek) kuni 4. etapini (valmis ja keelde lisamiseks valmis).

2023. aasta lõpu seisuga on "lähtefaasiga importimise" ettepanek (koos oma vastega, makrodega) 2. etapis. See tähendab, et komitee on mustandi heaks kiitnud ja töötab aktiivselt üksikasjaliku spetsifikatsiooni kallal. Põhisüntaks ja semantika on suures osas paigas ning see on etapp, kus tagasiside saamiseks julgustatakse esialgseid implementatsioone ja eksperimente.

See tähendab, et te ei saa täna oma brauseri või Node.js projektis kasutada import source'i. Siiski võime oodata eksperimentaalse toe ilmumist tipptasemel kompileerimistööriistades ja transpilerites lähitulevikus, kui ettepanek küpseb 3. etapi suunas. Parim viis kursis püsimiseks on jälgida ametlikke TC39 ettepanekuid GitHubis.

Kokkuvõte: Tulevik on kompileerimisaegne

Lähtefaasiga importimine kujutab endast ühte kõige olulisemat arhitektuurilist nihet JavaScript'i ajaloos alates ES-moodulite kasutuselevõtust. Luues formaalse, standardiseeritud eralduse kompileerimisaja ja käitusaja vahel, lahendab ettepanek keeles oleva fundamentaalse lünga. See toob võimekused, mida arendajad on ammu soovinud – makrod, kompileerimisaegne metaprogrammeerimine ja tõelised null-kulu abstraktsioonid – välja kohandatud, killustatud tööriistade valdkonnast ja otse JavaScript'i enda tuuma.

See on rohkem kui lihtsalt uus süntaksitükk; see on uus viis mõelda, kuidas me JavaScript'iga tarkvara ehitame. See annab arendajatele võimu liigutada rohkem loogikat kasutaja seadmest arendaja masinasse, mille tulemuseks on rakendused, mis ei ole mitte ainult võimsamad ja väljendusrikkamad, vaid ka kiiremad ja tõhusamad. Kuna ettepanek jätkab oma teekonda standardiseerimise suunas, peaks kogu globaalne JavaScript'i kogukond ootusärevalt jälgima. Uus kompileerimisaegse innovatsiooni ajastu on kohe silmapiiril.