جاوا اسکریپت Tree Shaking: بررسی عمیق حذف کدهای مرده برای توسعه‌دهندگان جهانی

در دنیای دیجیتال پرشتاب امروز، عملکرد وب از اهمیت بالایی برخوردار است. کاربران در سراسر جهان انتظار زمان بارگذاری بسیار سریع و تجربیات کاربری واکنش‌گرا را دارند، صرف‌نظر از مکان یا دستگاهشان. برای توسعه‌دهندگان فرانت‌اند، دستیابی به این سطح از عملکرد اغلب نیازمند بهینه‌سازی دقیق کد است. یکی از قدرتمندترین تکنیک‌ها برای کاهش حجم بسته‌های (bundle) جاوا اسکریپت و بهبود سرعت برنامه، tree shaking نام دارد. این پست وبلاگ یک دیدگاه جامع و جهانی در مورد tree shaking ماژول‌های جاوا اسکریپت ارائه می‌دهد و توضیح می‌دهد که چیست، چگونه کار می‌کند، چرا حیاتی است و چگونه می‌توان از آن به طور مؤثر در جریان کاری توسعه خود استفاده کرد.

Tree Shaking چیست؟

در هسته‌ی خود، tree shaking یک فرآیند حذف کد مرده است. این نام از مفهوم تکان دادن یک درخت برای از بین بردن برگ‌ها و شاخه‌های مرده گرفته شده است. در زمینه ماژول‌های جاوا اسکریپت، tree shaking شامل شناسایی و حذف کدهای استفاده‌نشده از بیلد نهایی برنامه شماست. این روش به‌ویژه هنگام کار با ماژول‌های مدرن جاوا اسکریپت که از سینتکس import و export (ماژول‌های ES) استفاده می‌کنند، مؤثر است.

هدف اصلی tree shaking ایجاد بسته‌های جاوا اسکریپت کوچک‌تر و کارآمدتر است. بسته‌های کوچک‌تر به معنای:

• زمان دانلود سریع‌تر برای کاربران، به‌ویژه آن‌هایی که اتصال اینترنت کندتر دارند یا در مناطقی با پهنای باند محدود هستند.
• کاهش زمان تجزیه (parsing) و اجرا توسط مرورگر، که منجر به بارگذاری اولیه سریع‌تر صفحات و تجربه کاربری روان‌تر می‌شود.
• مصرف حافظه کمتر در سمت کلاینت.

پایه و اساس: ماژول‌های ES

Tree shaking به شدت به ماهیت استاتیک سینتکس ماژول‌های ES متکی است. برخلاف سیستم‌های ماژول قدیمی‌تر مانند CommonJS (که توسط Node.js استفاده می‌شود)، جایی که وابستگی‌های ماژول به صورت پویا در زمان اجرا حل می‌شوند، ماژول‌های ES به باندلرها اجازه می‌دهند تا کد را به صورت استاتیک در طول فرآیند بیلد تجزیه و تحلیل کنند.

این مثال ساده را در نظر بگیرید:

`mathUtils.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;
}

            

              
                Copy
              
            
          

`main.js`

            import { add } from './mathUtils';

const result = add(5, 3);
console.log(result); // Output: 8

            

              
                Copy
              
            
          

در این سناریو، فایل `main.js` فقط تابع `add` را از `mathUtils.js` وارد می‌کند. یک باندلر که tree shaking را انجام می‌دهد، می‌تواند به صورت استاتیک این عبارت import را تجزیه و تحلیل کند و تشخیص دهد که `subtract` و `multiply` هرگز در برنامه استفاده نمی‌شوند. در نتیجه، این توابع استفاده‌نشده می‌توانند با خیال راحت از بسته نهایی حذف شوند و آن را سبک‌تر کنند.

Tree Shaking چگونه کار می‌کند؟

Tree shaking معمولاً توسط باندلرهای ماژول جاوا اسکریپت انجام می‌شود. محبوب‌ترین باندلرهایی که از tree shaking پشتیبانی می‌کنند عبارتند از:

• Webpack: یکی از پرکاربردترین باندلرهای ماژول، با قابلیت‌های قوی tree shaking.
• Rollup: که به طور خاص برای باندل کردن کتابخانه‌ها طراحی شده است، در tree shaking و تولید خروجی تمیز و حداقلی بسیار کارآمد است.
• Parcel: یک باندلر بدون نیاز به پیکربندی که به طور پیش‌فرض از tree shaking پشتیبانی می‌کند.
• esbuild: یک باندلر و کوچک‌کننده (minifier) بسیار سریع جاوا اسکریپت که tree shaking را نیز پیاده‌سازی می‌کند.

این فرآیند به طور کلی شامل چندین مرحله است:

1. تجزیه (Parsing): باندلر تمام فایل‌های جاوا اسکریپت شما را می‌خواند و یک درخت سینتکس انتزاعی (AST) که ساختار کد را نشان می‌دهد، ایجاد می‌کند.
2. تحلیل (Analysis): عبارات import و export را برای درک روابط بین ماژول‌ها و خروجی‌های فردی تحلیل می‌کند. این تحلیل استاتیک کلیدی است.
3. نشانه‌گذاری کد استفاده‌نشده: باندلر مسیرهای کدی را که هرگز اجرا نمی‌شوند یا خروجی‌هایی که هرگز وارد نمی‌شوند را شناسایی کرده و آن‌ها را به عنوان کد مرده نشانه‌گذاری می‌کند.
4. هرس کردن (Pruning): کد مرده نشانه‌گذاری شده سپس از خروجی نهایی حذف می‌شود. این کار اغلب همراه با کوچک‌سازی (minification) اتفاق می‌افتد، جایی که کد مرده نه تنها حذف می‌شود بلکه در فایل باندل‌شده نیز گنجانده نمی‌شود.

نقش `sideEffects`

یک مفهوم حیاتی برای tree shaking مؤثر، به‌ویژه در پروژه‌های بزرگ‌تر یا هنگام استفاده از کتابخانه‌های شخص ثالث، مفهوم عوارض جانبی (side effects) است. یک عارضه جانبی هر عملی است که هنگام ارزیابی یک ماژول رخ می‌دهد، فراتر از بازگرداندن مقادیر export شده آن. مثال‌ها عبارتند از:

• تغییر متغیرهای سراسری (مثلاً `window.myApp = ...`).
• ارسال درخواست‌های HTTP.
• لاگ کردن در کنسول.
• تغییر مستقیم DOM بدون اینکه به طور صریح فراخوانی شود.
• وارد کردن یک ماژول صرفاً برای عوارض جانبی آن (مثلاً `import './styles.css';`).

باندلرها باید در مورد حذف کدی که ممکن است عوارض جانبی ضروری داشته باشد، حتی اگر خروجی‌های آن مستقیماً استفاده نشوند، محتاط باشند. برای کمک به باندلرها در تصمیم‌گیری‌های آگاهانه‌تر، توسعه‌دهندگان می‌توانند از ویژگی "sideEffects" در فایل `package.json` خود استفاده کنند.

مثال `package.json` برای یک کتابخانه:

            
{
  "name": "my-utility-library",
  "version": "1.0.0",
  "sideEffects": false,
  // ... other properties
}

            

              
                Copy
              
            
          

تنظیم "sideEffects": false به باندلر می‌گوید که هیچ یک از ماژول‌های این بسته عوارض جانبی ندارند. این به باندلر اجازه می‌دهد تا هر ماژول یا خروجی استفاده‌نشده را به شدت هرس کند. اگر فقط فایل‌های خاصی عوارض جانبی دارند، یا اگر قرار است فایل‌های خاصی حتی در صورت عدم استفاده گنجانده شوند (مانند polyfill‌ها)، می‌توانید آرایه‌ای از مسیرهای فایل را مشخص کنید:

            
{
  "name": "my-library",
  "version": "1.0.0",
  "sideEffects": [
    "./src/polyfills.js",
    "./src/styles.css"
  ],
  // ... other properties
}

            

              
                Copy
              
            
          

این به باندلر می‌گوید که در حالی که بیشتر کدها قابل tree shake هستند، فایل‌های لیست شده در آرایه نباید حذف شوند، حتی اگر به نظر استفاده‌نشده بیایند. این برای کتابخانه‌هایی که ممکن است شنونده‌های سراسری ثبت کنند یا اقدامات دیگری را هنگام وارد شدن انجام دهند، حیاتی است.

چرا Tree Shaking برای مخاطبان جهانی مهم است؟

مزایای tree shaking هنگام در نظر گرفتن پایگاه کاربران جهانی تقویت می‌شود:

۱. پر کردن شکاف دیجیتال: دسترسی‌پذیری و عملکرد

در بسیاری از نقاط جهان، دسترسی به اینترنت می‌تواند ناپایدار، کند یا گران باشد. بسته‌های بزرگ جاوا اسکریپت می‌توانند موانع قابل توجهی برای ورود کاربران در این مناطق ایجاد کنند. Tree shaking، با کاهش مقدار کدی که نیاز به دانلود و پردازش دارد، برنامه‌های وب را برای همه، صرف‌نظر از موقعیت جغرافیایی یا شرایط شبکه، در دسترس‌تر و کارآمدتر می‌کند.

مثال جهانی: کاربری را در یک منطقه روستایی در هند یا یک جزیره دورافتاده در اقیانوس آرام در نظر بگیرید. آن‌ها ممکن است از طریق اتصال 2G یا 3G کند به برنامه شما دسترسی پیدا کنند. یک بسته به خوبی tree shake شده می‌تواند تفاوت بین یک برنامه قابل استفاده و برنامه‌ای که زمان آن به پایان می‌رسد یا به طرز ناامیدکننده‌ای کند می‌شود را رقم بزند. این فراگیری، نشانه‌ی توسعه وب جهانی مسئولانه است.

۲. بهره‌وری هزینه برای کاربران

در مناطقی که داده‌های تلفن همراه به صورت متری و گران است، کاربران به مصرف داده بسیار حساس هستند. بسته‌های جاوا اسکریپت کوچک‌تر مستقیماً به مصرف داده کمتر ترجمه می‌شوند، و برنامه شما را برای طیف وسیع‌تری از جمعیت در سراسر جهان جذاب‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر می‌کند.

۳. استفاده بهینه از منابع

بسیاری از کاربران با دستگاه‌های قدیمی‌تر یا کم‌قدرت‌تر به وب دسترسی دارند. این دستگاه‌ها دارای قدرت پردازنده و حافظه محدودی هستند. با به حداقل رساندن بار جاوا اسکریپت، tree shaking بار پردازشی روی این دستگاه‌ها را کاهش می‌دهد و منجر به عملکرد روان‌تر و جلوگیری از خرابی یا عدم پاسخگویی برنامه می‌شود.

۴. زمان سریع‌تر تا تعامل (Time-to-Interactive)

زمانی که طول می‌کشد تا یک صفحه وب کاملاً تعاملی شود، یک معیار حیاتی برای رضایت کاربر است. Tree shaking با اطمینان از اینکه فقط کد جاوا اسکریپت ضروری دانلود، تجزیه و اجرا می‌شود، به طور قابل توجهی به کاهش این معیار کمک می‌کند.

بهترین شیوه‌ها برای Tree Shaking مؤثر

در حالی که باندلرها بخش زیادی از کار سخت را انجام می‌دهند، چندین بهترین شیوه وجود دارد که می‌توانید برای به حداکثر رساندن اثربخشی tree shaking در پروژه‌های خود دنبال کنید:

۱. از ماژول‌های ES استقبال کنید

اساسی‌ترین نیاز برای tree shaking استفاده از سینتکس ماژول ES (import و export) است. تا حد امکان از فرمت‌های ماژول قدیمی مانند CommonJS (`require()`) در کد سمت کلاینت خود اجتناب کنید، زیرا تحلیل استاتیک آن‌ها برای باندلرها دشوارتر است.

۲. از کتابخانه‌های بدون عوارض جانبی استفاده کنید

هنگام انتخاب کتابخانه‌های شخص ثالث، آن‌هایی را انتخاب کنید که با در نظر گرفتن tree shaking طراحی شده‌اند. بسیاری از کتابخانه‌های مدرن به گونه‌ای ساختار یافته‌اند که توابع یا مؤلفه‌های جداگانه را export می‌کنند، که باعث می‌شود با tree shaking بسیار سازگار باشند. به دنبال کتابخانه‌هایی باشید که به وضوح پشتیبانی خود از tree shaking و نحوه import کارآمد از آن‌ها را مستند کرده‌اند.

مثال: هنگام استفاده از کتابخانه‌ای مانند Lodash، به جای:

            import _ from 'lodash';

const sum = _.sum([1, 2, 3]);

            

              
                Copy
              
            
          

واردات نام‌گذاری شده را ترجیح دهید:

            import sum from 'lodash/sum';

const result = sum([1, 2, 3]);

            

              
                Copy
              
            
          

این به باندلر اجازه می‌دهد تا فقط تابع `sum` را شامل شود، نه کل کتابخانه Lodash را.

۳. باندلر خود را به درستی پیکربندی کنید

اطمینان حاصل کنید که باندلر شما برای انجام tree shaking پیکربندی شده است. برای Webpack، این معمولاً شامل تنظیم mode: 'production' است، زیرا tree shaking به طور پیش‌فرض در حالت production فعال است. همچنین ممکن است لازم باشد اطمینان حاصل کنید که پرچم optimization.usedExports فعال است.

قطعه پیکربندی Webpack:

            
// webpack.config.js
module.exports = {
  //...
  mode: 'production',
  optimization: {
    usedExports: true,
    minimize: true
  }
};

            

              
                Copy
              
            
          

برای Rollup، tree shaking به طور پیش‌فرض فعال است. می‌توانید رفتار آن را با گزینه‌هایی مانند treeshake.moduleSideEffects کنترل کنید.

۴. مراقب عوارض جانبی در کد خود باشید

اگر در حال ساخت یک کتابخانه یا یک برنامه بزرگ با چندین ماژول هستید، از ایجاد عوارض جانبی ناخواسته آگاه باشید. اگر یک ماژول عوارض جانبی دارد، آن را به صراحت با استفاده از ویژگی "sideEffects" در `package.json` علامت‌گذاری کنید یا باندلر خود را به درستی پیکربندی کنید.

۵. از واردات پویا به طور غیرضروری اجتناب کنید (وقتی هدف اصلی Tree Shaking است)

در حالی که واردات پویا (`import()`) برای تقسیم کد و بارگذاری تنبل عالی هستند، گاهی اوقات می‌توانند مانع تحلیل استاتیک برای tree shaking شوند. اگر یک ماژول به صورت پویا وارد شود، باندلر ممکن است نتواند در زمان بیلد تشخیص دهد که آیا آن ماژول واقعاً استفاده می‌شود یا خیر. اگر هدف اصلی شما tree shaking تهاجمی است، اطمینان حاصل کنید که ماژول‌های وارد شده به صورت استاتیک به طور غیرضروری به واردات پویا منتقل نمی‌شوند.

۶. از کوچک‌کننده‌هایی (Minifiers) استفاده کنید که از Tree Shaking پشتیبانی می‌کنند

ابزارهایی مانند Terser (که اغلب با Webpack و Rollup استفاده می‌شود) برای کار در کنار tree shaking طراحی شده‌اند. آنها حذف کد مرده را به عنوان بخشی از فرآیند کوچک‌سازی انجام می‌دهند و باعث کاهش بیشتر حجم بسته‌ها می‌شوند.

چالش‌ها و هشدارها

در حالی که tree shaking قدرتمند است، یک راه حل جادویی نیست و با مجموعه چالش‌های خاص خود همراه است:

۱. `import()` پویا

همانطور که ذکر شد، tree shake کردن ماژول‌هایی که با استفاده از `import()` پویا وارد می‌شوند، دشوارتر است زیرا استفاده از آنها به صورت استاتیک مشخص نیست. باندلرها معمولاً این ماژول‌ها را به عنوان بالقوه استفاده‌شده در نظر می‌گیرند و آنها را شامل می‌شوند، حتی اگر به صورت شرطی وارد شده باشند و شرط هرگز برآورده نشود.

۲. قابلیت همکاری با CommonJS

باندلرها اغلب باید با ماژول‌های نوشته شده در CommonJS سر و کار داشته باشند. در حالی که بسیاری از باندلرهای مدرن می‌توانند تا حدی CommonJS را به ماژول‌های ES تبدیل کنند، این کار همیشه کامل نیست. اگر یک کتابخانه به شدت به ویژگی‌های CommonJS که به صورت پویا حل می‌شوند متکی باشد، tree shaking ممکن است نتواند کد آن را به طور مؤثر هرس کند.

۳. مدیریت نادرست عوارض جانبی

علامت‌گذاری نادرست ماژول‌ها به عنوان بدون عوارض جانبی در حالی که در واقع دارند، می‌تواند منجر به برنامه‌های خراب شود. این امر به ویژه زمانی رایج است که کتابخانه‌ها اشیاء سراسری را تغییر می‌دهند یا شنونده‌های رویداد را هنگام وارد شدن ثبت می‌کنند. همیشه پس از پیکربندی `sideEffects` به طور کامل تست کنید.

۴. گراف‌های وابستگی پیچیده

در برنامه‌های بسیار بزرگ با زنجیره‌های وابستگی پیچیده، تحلیل استاتیک مورد نیاز برای tree shaking می‌تواند از نظر محاسباتی گران باشد. با این حال، دستاوردهای حاصل از کاهش حجم بسته اغلب بر افزایش زمان بیلد غلبه می‌کند.

۵. اشکال‌زدایی (Debugging)

وقتی کد tree shake می‌شود، از بسته نهایی حذف می‌شود. این گاهی اوقات می‌تواند اشکال‌زدایی را چالش‌برانگیزتر کند، زیرا ممکن است کد دقیقی را که انتظار دارید در ابزارهای توسعه‌دهنده مرورگر پیدا نکنید اگر حذف شده باشد. Source mapها برای کاهش این مشکل بسیار مهم هستند.

ملاحظات جهانی برای تیم‌های توسعه

برای تیم‌های توسعه که در مناطق زمانی و فرهنگ‌های مختلف پراکنده هستند، درک و پیاده‌سازی tree shaking یک مسئولیت مشترک است. در اینجا نحوه همکاری مؤثر تیم‌های جهانی آورده شده است:

• ایجاد استانداردهای بیلد: دستورالعمل‌های روشنی برای استفاده از ماژول و یکپارچه‌سازی کتابخانه در تیم تعریف کنید. اطمینان حاصل کنید که همه اهمیت ماژول‌های ES و مدیریت عوارض جانبی را درک می‌کنند.
• مستندسازی کلیدی است: پیکربندی بیلد پروژه، از جمله تنظیمات باندلر و هر دستورالعمل خاصی برای مدیریت عوارض جانبی را مستند کنید. این امر به ویژه برای اعضای جدید تیم یا کسانی که از پیش‌زمینه‌های فنی متفاوت به تیم می‌پیوندند، مهم است.
• استفاده از CI/CD: بررسی‌های خودکار را در خطوط لوله یکپارچه‌سازی مداوم/استقرار مداوم (CI/CD) خود برای نظارت بر حجم بسته‌ها و شناسایی رگرسیون‌های مربوط به tree shaking ادغام کنید. حتی می‌توان از ابزارهایی برای تجزیه و تحلیل ترکیب بسته‌ها استفاده کرد.
• آموزش بین فرهنگی: کارگاه‌ها یا جلسات به اشتراک‌گذاری دانش را برای اطمینان از اینکه همه اعضای تیم، صرف‌نظر از مکان اصلی یا سطح تجربه آنها، در بهینه‌سازی جاوا اسکریپت برای عملکرد جهانی مهارت دارند، برگزار کنید.
• در نظر گرفتن محیط‌های توسعه منطقه‌ای: در حالی که بهینه‌سازی جهانی است، درک اینکه چگونه شرایط مختلف شبکه (شبیه‌سازی شده در ابزارهای توسعه‌دهنده) بر عملکرد تأثیر می‌گذارد، می‌تواند بینش‌های ارزشمندی را برای اعضای تیم که در محیط‌های زیرساختی مختلف کار می‌کنند، فراهم کند.

نتیجه‌گیری: راه خود را به سوی یک وب بهتر باز کنید

Tree shaking ماژول‌های جاوا اسکریپت یک تکنیک ضروری برای هر توسعه‌دهنده وب مدرنی است که قصد دارد برنامه‌های کارآمد، با عملکرد بالا و در دسترس بسازد. با حذف کد مرده، ما حجم بسته‌ها را کاهش می‌دهیم که منجر به زمان بارگذاری سریع‌تر، تجربیات کاربری بهتر و مصرف داده کمتر می‌شود - مزایایی که به ویژه برای مخاطبان جهانی که با شرایط شبکه و قابلیت‌های دستگاه‌های متنوع روبرو هستند، تأثیرگذار است.

استقبال از ماژول‌های ES، استفاده هوشمندانه از کتابخانه‌ها و پیکربندی صحیح باندلرهای شما، سنگ بنای tree shaking مؤثر هستند. در حالی که چالش‌هایی وجود دارد، مزایای آن برای عملکرد و فراگیری جهانی غیرقابل انکار است. همانطور که به ساختن برای جهان ادامه می‌دهید، به یاد داشته باشید که موارد غیرضروری را حذف کنید و فقط آنچه را که ضروری است ارائه دهید، و وب را به مکانی سریع‌تر و در دسترس‌تر برای همه تبدیل کنید.