JavaScript binarinio AST laipsniškas įkėlimas: srautinis modulių kompiliavimas

Nuolat besikeičiančioje žiniatinklio kūrimo aplinkoje JavaScript našumas išlieka lemiamu vartotojo patirties veiksniu. Kadangi žiniatinklio programos tampa vis sudėtingesnės, JavaScript įkėlimo ir vykdymo optimizavimas tampa pirmaeiliu uždaviniu. Binarinis AST (abstraktus sintaksės medis) laipsniškas įkėlimas ir srautinis modulių kompiliavimas yra dvi pažangios technikos, kurios gali pakeisti, kaip JavaScript yra tvarkomas šiuolaikinėse naršyklėse ir JavaScript varikliuose. Šiame straipsnyje gilinamasi į šias sąvokas, paaiškinant jų privalumus, įgyvendinimo aspektus ir galimą poveikį žiniatinkliui.

Kas yra abstraktus sintaksės medis (AST)?

Prieš gilinantis į binarinį AST ir laipsnišką įkėlimą, svarbu suprasti abstraktaus sintaksės medžio (AST) vaidmenį. Kai JavaScript variklis susiduria su kodu, pirmasis žingsnis yra analizė (parsing). Analizės metu neapdorotas JavaScript kodas paverčiamas AST, kuris yra medžio pavidalo kodo struktūros vaizdavimas. Ši medžio struktūra leidžia varikliui suprasti kodo semantiką ir paruošti jį vykdymui. Įsivaizduokite AST kaip labai struktūrizuotą jūsų JavaScript kodo brėžinį.

Pavyzdžiui, JavaScript kodas const x = 1 + 2; gali būti pavaizduotas AST taip (supaprastintai):

{
  "type": "VariableDeclaration",
  "declarations": [
    {
      "type": "VariableDeclarator",
      "id": {
        "type": "Identifier",
        "name": "x"
      },
      "init": {
        "type": "BinaryExpression",
        "operator": "+",
        "left": {
          "type": "Literal",
          "value": 1
        },
        "right": {
          "type": "Literal",
          "value": 2
        }
      }
    }
  ],
  "kind": "const"
}

Ši JSON tipo struktūra aiškiai apibrėžia kintamojo deklaravimą, identifikatorių ir binarinę išraišką su jos operandais.

Iššūkis: tradicinis JavaScript įkėlimas ir kompiliavimas

Tradiciškai JavaScript įkėlimas ir kompiliavimas vyksta taip:

1. Atsisiuntimas: Visas JavaScript failas atsisiunčiamas iš serverio.
2. Analizė: Atsisiųstas kodas yra išanalizuojamas į AST.
3. Kompiliavimas: AST yra kompiliuojamas į baitkodą arba mašininį kodą vykdymui.
4. Vykdymas: Sukompiliuotas kodas yra vykdomas.

Šis metodas kelia keletą iššūkių, ypač dideliems JavaScript failams:

• Paleidimo delsa: Vartotojai turi laukti, kol visas failas bus atsiųstas ir išanalizuotas, prieš pradedant naudotis programa. Tai ženkliai pailgina pradinį puslapio įkėlimo laiką. Įsivaizduokite vartotoją regione su lėtesniu interneto ryšiu – ši delsa gali būti dar didesnė.
• Atminties naudojimas: Visas AST turi būti laikomas atmintyje kompiliavimo metu. Tai gali būti problemiška įrenginiams su ribota atmintimi, ypač mobiliesiems įrenginiams.
• Blokuojančios operacijos: Analizė ir kompiliavimas gali būti blokuojančios operacijos, galinčios sustabdyti vartotojo sąsają ir trukdyti reakcijai.

Binarinis AST: kompaktiškesnis vaizdavimas

Binarinis AST yra serializuotas, binarinis AST vaizdavimas. Užuot saugojus AST kaip tekstinę struktūrą (pvz., JSON), jis yra koduojamas kompaktiškesniu binariniu formatu. Tai suteikia keletą privalumų:

• Sumažintas failo dydis: Binariniai AST yra žymiai mažesni už jų tekstinius atitikmenis. Tai reiškia greitesnį atsisiuntimo laiką ir sumažintą duomenų srauto suvartojimą. Atsižvelkite į tai, kad daugelis žiniatinklio programų aptarnauja vartotojus visame pasaulyje. Failo dydžio sumažinimas naudingas vartotojams su ribotais arba brangiais duomenų planais.
• Greitesnė analizė: Binarinio AST analizė paprastai yra greitesnė nei neapdoroto JavaScript teksto analizė. Variklis gali tiesiogiai įkelti iš anksto išanalizuotą struktūrą, praleisdamas pradinį analizės etapą.
• Pagerintas saugumas: Binariniai formatai gali pasiūlyti didesnį saugumą, apsunkindami kodo atvirkštinę inžineriją. Nors tai nėra visiškai patikima, tai prideda papildomą apsaugos sluoksnį nuo kenkėjiškų veikėjų.

Laipsniškas įkėlimas: pradėkite anksčiau, darykite daugiau, greičiau

Laipsniškas įkėlimas binarinio AST koncepciją perkelia dar vienu žingsniu toliau. Užuot laukus, kol visas binarinis AST bus atsiųstas prieš pradedant kompiliavimą, variklis gali pradėti apdoroti AST mažesnėmis, laipsniškomis dalimis, kai tik jos atkeliauja. Tai leidžia programai pradėti vykdyti kodą anksčiau, pagerinant suvokiamą našumą.

Kaip tai veikia:

1. JavaScript failas yra užkoduojamas į binarinį AST ir padalijamas į mažesnes dalis.
2. Naršyklė pradeda atsisiųsti binarinio AST dalis.
3. Kai kiekviena dalis atkeliauja, variklis ją laipsniškai analizuoja ir kompiliuoja.
4. Variklis gali pradėti vykdyti sukompiliuotą kodą dar prieš atsisiunčiant visą failą.

Laipsniško įkėlimo privalumai:

• Greitesnis paleidimo laikas: Programa tampa interaktyvi daug greičiau, nes vykdymas gali prasidėti dar neatsisiuntus viso failo. Tai ypač naudinga vieno puslapio programoms (SPA), kurios gali turėti didelius pradinius JavaScript paketus.
• Sumažintas atminties naudojimas: Varikliui reikia laikyti atmintyje tik šiuo metu apdorojamą AST dalį, taip sumažinant bendrą atminties poreikį.
• Pagerintas reakcijos greitis: Paskirsčius analizės ir kompiliavimo apkrovą per tam tikrą laiką, vartotojo sąsaja išlieka jautresnė ir mažiau linkusi strigti.

Srautinis modulių kompiliavimas: kita evoliucija

Srautinis modulių kompiliavimas remiasi laipsnišku įkėlimu siekiant optimizuoti modulių kompiliavimą. Moduliai (naudojant import ir export teiginius) yra pagrindinė šiuolaikinio JavaScript kūrimo dalis. Srautinis kompiliavimas leidžia naršyklei kompiliuoti šiuos modulius, kai jie yra gaunami srautu, užuot laukus, kol visos priklausomybės bus įkeltos.

Kaip tai veikia:

1. Naršyklė atsisiunčia modulių grafiką (visų modulių priklausomybių medį).
2. Naršyklė pradeda atsisiųsti kiekvieno modulio binarinį AST.
3. Kai kiekvieno modulio binarinis AST yra gaunamas srautu, variklis jį kompiliuoja.
4. Variklis gali pradėti vykdyti modulius, kai tik jų priklausomybės tampa prieinamos, net jei visas modulių grafikas dar nėra visiškai atsiųstas.

Srautinio modulių kompiliavimo privalumai:

• Pagerintas modulių įkėlimo našumas: Sumažina laiką, reikalingą moduliams įkelti ir vykdyti, ypač sudėtingose programose su daug priklausomybių.
• Patobulintas paralelizmas: Leidžia naršyklei vienu metu kompiliuoti kelis modulius, dar labiau pagreitinant kompiliavimo procesą.
• Geresnis išteklių naudojimas: Optimizuoja išteklių paskirstymą, kompiliuojant modulius pagal poreikį ir sumažinant nereikalingus skaičiavimus.

Įgyvendinimo aspektai

Įgyvendinant binarinio AST laipsnišką įkėlimą ir srautinį modulių kompiliavimą, reikia atidžiai apsvarstyti ir naudoti tinkamus įrankius:

• Įrankiai: Kūrėjams reikia įrankių, kurie konvertuotų jų JavaScript kodą į binarinio AST formatą. Tam paprastai naudojami specializuoti kompiliatoriai arba kūrimo įrankiai. Atsiranda vis daugiau kūrimo įrankių, palaikančių binarinio AST transformacijas. Pavyzdžiui, tampa prieinami „Webpack“, „Parcel“ ir „esbuild“ papildiniai.
• Naršyklių palaikymas: Plačiam pritaikymui reikalingas pagrindinių naršyklių ir JavaScript variklių palaikymas. Nors kai kurie varikliai eksperimentuoja su šiomis technikomis, pilnas palaikymas vis dar vystomas. Svarbu sekti naujausius naršyklių funkcijų išleidimus.
• Serverio konfigūracija: Serveriai turi būti sukonfigūruoti taip, kad teiktų binarinio AST failus su atitinkamu MIME tipu. Tai užtikrina, kad naršyklė teisingai interpretuos failą kaip binarinį AST.
• Modulio formatas: Srautinis modulių kompiliavimas daugiausia taikomas ES moduliams (naudojant import ir export). Senesniems modulių formatams (pvz., CommonJS) gali prireikti kitokių optimizavimo strategijų.
• Derinimas (Debugging): Binarinių AST derinimas gali būti sudėtingas dėl jų binarinės prigimties. Kūrėjams reikia specializuotų derinimo įrankių, kurie gali interpretuoti ir vizualizuoti AST. Šaltinio žemėlapiai (source maps) taip pat tampa labai svarbūs derinimui.

Poveikis skirtingoms programoms

Binarinio AST laipsniško įkėlimo ir srautinio modulių kompiliavimo nauda gali skirtis priklausomai nuo programos tipo:

• Vieno puslapio programos (SPA): SPA su dideliais pradiniais JavaScript paketais gali gauti didžiausią našumo pagerėjimą. Greitesnis paleidimo laikas ir sumažintas atminties naudojimas gali dramatiškai pagerinti vartotojo patirtį. Apsvarstykite tarptautines el. prekybos svetaines su turtingomis sąsajomis. Šios technikos gali pagerinti pradinį įkėlimą lėto pralaidumo tinkluose.
• Didelės žiniatinklio programos: Sudėtingos žiniatinklio programos su daugybe modulių ir priklausomybių gali pasinaudoti srautiniu modulių kompiliavimu, kas lemia greitesnį modulių įkėlimą ir pagerintą bendrą našumą. Daugelis įmonių žiniatinklio programų yra kandidatės šioms optimizacijoms.
• Mobiliosios programos: Mobilieji įrenginiai su ribotais ištekliais gali labai pasinaudoti sumažintu atminties poreikiu ir pagerintu reakcijos greičiu, kurį siūlo šios technikos. Besivystančiose šalyse, kuriose naudojami senesni išmanieji telefonai, šios optimizacijos yra ypač svarbios naudojimo patogumui.
• Progresyviosios žiniatinklio programos (PWA): PWA, sukurtos veikti neprisijungus, gali panaudoti binarinius AST, kad sumažintų talpykloje saugomų išteklių dydį, dar labiau pagerindamos našumą ir vartotojo patirtį.

JavaScript našumo ateitis

Binarinio AST laipsniškas įkėlimas ir srautinis modulių kompiliavimas yra reikšmingas žingsnis į priekį JavaScript našumo optimizavimo srityje. Kai šios technikos taps plačiau priimtos, jos gali iš esmės pakeisti, kaip kuriamos ir pristatomos žiniatinklio programos. Įsivaizduokite ateitį, kurioje žiniatinklio programos įkeliamos akimirksniu, nepriklausomai nuo tinklo sąlygų ar įrenginio galimybių. Šios technikos tiesia kelią į tą ateitį.

Šie pasiekimai taip pat atveria duris naujiems tyrimams ir plėtrai tokiose srityse kaip:

• Pažangus kodo optimizavimas: Binariniai AST suteikia struktūrizuotesnį ir efektyvesnį kodo vaizdavimą, leidžiantį taikyti sudėtingesnes optimizavimo technikas.
• Pagerintas saugumas: Tolesni binarinio AST saugumo tyrimai gali lemti patikimesnę apsaugą nuo kenkėjiško kodo.
• Suderinamumas tarp platformų: Binarinių AST formatų standartizavimas gali palengvinti JavaScript vykdymą įvairiose platformose.

Išvada

JavaScript binarinio AST laipsniškas įkėlimas ir srautinis modulių kompiliavimas yra galingos technikos, galinčios žymiai pagerinti žiniatinklio programų našumą. Mažindamos failų dydžius, gerindamos analizės greitį ir įgalindamos laipsnišką kompiliavimą, šios technikos prisideda prie greitesnio paleidimo laiko, mažesnio atminties naudojimo ir geresnio reakcijos greičio. Bręstant naršyklių palaikymui ir įrankiams, šios technikos taps esminiais įrankiais žiniatinklio kūrėjams, siekiantiems suteikti išskirtinę vartotojo patirtį įvairiuose įrenginiuose ir tinklo sąlygose. Būti informuotam apie šiuos pasiekimus ir eksperimentuoti su jų įgyvendinimu yra labai svarbu norint išlikti priekyje nuolat besikeičiančiame žiniatinklio kūrimo pasaulyje.

Pagrindinės mintys

• Binariniai AST sumažina JavaScript failo dydį ir pagreitina analizę.
• Laipsniškas įkėlimas leidžia pradėti vykdymą dar neatsisiuntus viso failo.
• Srautinis modulių kompiliavimas optimizuoja modulių įkėlimo našumą.
• Šios technikos ypač naudingos SPA, didelėms žiniatinklio programoms ir mobiliosioms programėlėms.
• Norint įgyvendinti, būtina sekti naršyklių palaikymo ir įrankių naujienas.

Pasinaudodami šiais pasiekimais, kūrėjai gali kurti greitesnes, jautresnes ir efektyvesnes žiniatinklio programas, kurios suteikia puikią vartotojo patirtį pasaulinei auditorijai.