JavaScript modulių „Tree Shaking“: Išsami analizė apie nereikalingo kodo šalinimą pasauliniams programuotojams

Šiuolaikiniame sparčiai besikeičiančiame skaitmeniniame pasaulyje žiniatinklio našumas yra svarbiausias. Vartotojai visame pasaulyje tikisi žaibiško įkėlimo greičio ir jautrios vartotojo patirties, nepriklausomai nuo jų buvimo vietos ar įrenginio. Frontend programuotojams pasiekti tokį našumo lygį dažnai reiškia kruopštų kodo optimizavimą. Viena iš galingiausių technikų, leidžiančių sumažinti JavaScript paketo dydį ir pagerinti programos greitį, yra žinoma kaip „tree shaking“. Šiame tinklaraščio įraše pateiksime išsamią, pasaulinę perspektyvą apie JavaScript modulių „tree shaking“, paaiškinsime, kas tai yra, kaip tai veikia, kodėl tai svarbu ir kaip efektyviai tai pritaikyti savo kūrimo procese.

Kas yra „Tree Shaking“?

Savo esme „tree shaking“ yra nereikalingo kodo šalinimo procesas. Pavadinimas kilo iš analogijos su medžio kratymu, siekiant pašalinti negyvus lapus ir šakas. JavaScript modulių kontekste „tree shaking“ apima nenaudojamo kodo identifikavimą ir pašalinimą iš galutinio jūsų programos paketo. Tai ypač efektyvu dirbant su moderniais JavaScript moduliais, kurie naudoja import ir export sintaksę (ES modulius).

Pagrindinis „tree shaking“ tikslas – sukurti mažesnius, efektyvesnius JavaScript paketus. Mažesni paketai reiškia:

• Greitesnį atsiuntimo laiką vartotojams, ypač tiems, kurie turi lėtesnį interneto ryšį arba yra regionuose su ribotu pralaidumu.
• Sumažintą naršyklės analizės ir vykdymo laiką, kas lemia greitesnį pradinį puslapio įkėlimą ir sklandesnę vartotojo patirtį.
• Mažesnį atminties suvartojimą kliento pusėje.

Pagrindas: ES moduliai

„Tree shaking“ labai priklauso nuo statinio ES modulių sintaksės pobūdžio. Skirtingai nuo senesnių modulių sistemų, tokių kaip CommonJS (naudojama Node.js), kur modulių priklausomybės išsprendžiamos dinamiškai vykdymo metu, ES moduliai leidžia kodo pakuotojams (bundlers) statiškai analizuoti kodą kūrimo (build) proceso metu.

Apsvarstykite šį paprastą pavyzdį:

`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
              
            
          

Šiame scenarijuje `main.js` failas importuoja tik `add` funkciją iš `mathUtils.js`. Kodo pakuotojas, atliekantis „tree shaking“, gali statiškai išanalizuoti šį importavimo sakinį ir nustatyti, kad `subtract` ir `multiply` funkcijos programoje niekada nenaudojamos. Dėl to šios nenaudojamos funkcijos gali būti saugiai pašalintos iš galutinio paketo, padarant jį kompaktiškesniu.

Kaip veikia „Tree Shaking“?

„Tree shaking“ paprastai atlieka JavaScript modulių pakuotojai. Populiariausi pakuotojai, palaikantys „tree shaking“, yra:

• Webpack: Vienas iš plačiausiai naudojamų modulių pakuotojų, turintis patikimas „tree shaking“ galimybes.
• Rollup: Specialiai sukurtas bibliotekų pakuotėms, Rollup yra itin efektyvus atliekant „tree shaking“ ir generuojant švarų, minimalų rezultatą.
• Parcel: Nulinės konfigūracijos pakuotojas, kuris taip pat palaiko „tree shaking“ iš karto.
• esbuild: Labai greitas JavaScript pakuotojas ir minifikatorius, kuris taip pat įgyvendina „tree shaking“.

Procesas paprastai susideda iš kelių etapų:

1. Analizė (Parsing): Pakuotojas nuskaito visus jūsų JavaScript failus ir sukuria abstraktų sintaksės medį (AST), atspindintį kodo struktūrą.
2. Ištyrimas (Analysis): Jis analizuoja importavimo ir eksportavimo sakinius, kad suprastų ryšius tarp modulių ir atskirų eksportų. Ši statinė analizė yra esminė.
3. Nenaudojamo kodo žymėjimas: Pakuotojas identifikuoja kodo šakas, kurios niekada nepasiekiamos, arba eksportus, kurie niekada neimportuojami, ir pažymi juos kaip nereikalingą kodą.
4. Šalinimas (Pruning): Pažymėtas nereikalingas kodas yra pašalinamas iš galutinio rezultato. Tai dažnai vyksta kartu su minifikavimu, kai nereikalingas kodas ne tik pašalinamas, bet ir neįtraukiamas į supakuotą failą.

`sideEffects` vaidmuo

Svarbi sąvoka efektyviam „tree shaking“, ypač didesniuose projektuose arba naudojant trečiųjų šalių bibliotekas, yra šalutinių poveikių (side effects) koncepcija. Šalutinis poveikis – tai bet koks veiksmas, kuris įvyksta įvertinant modulį, nesusijęs su jo eksportuojamų verčių grąžinimu. Pavyzdžiai:

• Globalių kintamųjų modifikavimas (pvz., `window.myApp = ...`).
• HTTP užklausų siuntimas.
• Įrašų žurnale (log) darymas konsolėje.
• Tiesioginis DOM modifikavimas, kai tai nėra aiškiai iškviesta.
• Modulio importavimas vien dėl jo šalutinių poveikių (pvz., `import './styles.css';`).

Pakuotojai turi būti atsargūs šalindami kodą, kuris gali turėti būtinų šalutinių poveikių, net jei jo eksportai nėra tiesiogiai naudojami. Siekdami padėti pakuotojams priimti labiau pagrįstus sprendimus, programuotojai gali naudoti "sideEffects" savybę savo `package.json` faile.

`package.json` pavyzdys bibliotekai:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Nustačius "sideEffects": false, pakuotojui nurodoma, kad joks modulis šiame pakete neturi šalutinių poveikių. Tai leidžia pakuotojui agresyviai šalinti bet kokį nenaudojamą modulį ar eksportą. Jei šalutinius poveikius turi tik konkretūs failai, arba jei tam tikri failai turi būti įtraukti net jei jie nenaudojami (pvz., polifilai), galite nurodyti failų kelių masyvą:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Tai nurodo pakuotojui, kad nors didžiąją dalį kodo galima „iškratyti“, masyve nurodyti failai neturėtų būti šalinami, net jei atrodo nenaudojami. Tai gyvybiškai svarbu bibliotekoms, kurios gali registruoti globalius klausytojus (listeners) ar atlikti kitus veiksmus importavimo metu.

Kodėl „Tree Shaking“ svarbus pasaulinei auditorijai?

„Tree shaking“ nauda dar labiau išryškėja atsižvelgiant į pasaulinę vartotojų bazę:

1. Skaitmeninės atskirties mažinimas: Prieinamumas ir našumas

Daugelyje pasaulio vietų interneto prieiga gali būti nepastovi, lėta ar brangi. Dideli JavaScript paketai gali sukurti dideles kliūtis vartotojams šiuose regionuose. „Tree shaking“, sumažindamas kodo, kurį reikia atsisiųsti ir apdoroti, kiekį, daro žiniatinklio programas prieinamesnes ir našesnes visiems, nepriklausomai nuo jų geografinės padėties ar tinklo sąlygų.

Pasaulinis pavyzdys: Įsivaizduokite vartotoją Indijos kaimo vietovėje arba atokioje Ramiojo vandenyno saloje. Jie gali naudotis jūsų programa per 2G arba lėtą 3G ryšį. Gerai „iškratytas“ paketas gali reikšti skirtumą tarp veikiančios programos ir tokios, kuri viršija laukimo laiką arba tampa varginančiai lėta. Šis įtraukumas yra atsakingo pasaulinio žiniatinklio kūrimo bruožas.

2. Ekonomiškumas vartotojams

Regionuose, kur mobilieji duomenys yra apmokestinami pagal suvartojimą ir brangūs, vartotojai yra labai jautrūs duomenų suvartojimui. Mažesni JavaScript paketai tiesiogiai reiškia mažesnį duomenų naudojimą, todėl jūsų programa tampa patrauklesnė ir prieinamesnė platesnei demografinei grupei visame pasaulyje.

3. Optimizuotas išteklių naudojimas

Daugelis vartotojų naršo internete naudodami senesnius ar mažiau galingus įrenginius. Šie įrenginiai turi ribotą procesoriaus galią ir atmintį. Sumažindamas JavaScript turinio kiekį, „tree shaking“ sumažina apdorojimo naštą šiems įrenginiams, o tai lemia sklandesnį veikimą ir apsaugo nuo programos strigimų ar nereagavimo.

4. Greitesnis laikas iki interaktyvumo

Laikas, per kurį tinklalapis tampa visiškai interaktyvus, yra kritinis vartotojų pasitenkinimo rodiklis. „Tree shaking“ ženkliai prisideda prie šio rodiklio mažinimo, užtikrindamas, kad būtų atsiunčiamas, analizuojamas ir vykdomas tik būtinas JavaScript kodas.

Gerosios praktikos efektyviam „Tree Shaking“

Nors pakuotojai atlieka didžiąją dalį sunkaus darbo, yra keletas geriausių praktikų, kurių galite laikytis, kad maksimaliai padidintumėte „tree shaking“ efektyvumą savo projektuose:

1. Naudokite ES modulius

Svarbiausias reikalavimas „tree shaking“ yra ES modulių sintaksės (import ir export) naudojimas. Venkite senesnių modulių formatų, tokių kaip CommonJS (`require()`), savo kliento pusės kode, kai tik įmanoma, nes juos pakuotojams sunkiau analizuoti statiškai.

2. Naudokite bibliotekas be šalutinių poveikių

Rinkdamiesi trečiųjų šalių bibliotekas, teikite pirmenybę toms, kurios sukurtos atsižvelgiant į „tree shaking“. Daugelis modernių bibliotekų yra struktūrizuotos taip, kad eksportuotų atskiras funkcijas ar komponentus, todėl jos yra labai suderinamos su „tree shaking“. Ieškokite bibliotekų, kurios aiškiai dokumentuoja savo „tree shaking“ palaikymą ir kaip iš jų efektyviai importuoti.

Pavyzdys: Naudojant biblioteką, tokią kaip Lodash, vietoj:

            import _ from 'lodash';

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

            

              
                Copy
              
            
          

Rinkitės vardinius importus:

            import sum from 'lodash/sum';

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

            

              
                Copy
              
            
          

Tai leidžia pakuotojui įtraukti tik `sum` funkciją, o ne visą Lodash biblioteką.

3. Teisingai sukonfigūruokite savo pakuotoją

Įsitikinkite, kad jūsų pakuotojas sukonfigūruotas atlikti „tree shaking“. Webpack atveju tai paprastai reiškia mode: 'production' nustatymą, nes „tree shaking“ yra įjungtas pagal nutylėjimą produkcijos režimu. Taip pat gali tekti užtikrinti, kad būtų įjungta optimization.usedExports vėliavėlė.

Webpack konfigūracijos fragmentas:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Rollup atveju „tree shaking“ yra įjungtas pagal nutylėjimą. Jo elgesį galite valdyti su parinktimis, tokiomis kaip `treeshake.moduleSideEffects`.

4. Būkite atidūs šalutiniams poveikiams savo kode

Jei kuriate biblioteką ar didelę programą su keliais moduliais, būkite sąmoningi dėl netyčinių šalutinių poveikių. Jei modulis turi šalutinių poveikių, aiškiai pažymėkite jį naudodami "sideEffects" savybę `package.json` faile arba atitinkamai sukonfigūruokite savo pakuotoją.

5. Nereikalingai venkite dinaminių importų (kai „Tree Shaking“ yra pagrindinis tikslas)

Nors dinaminiai importai (`import()`) yra puikūs kodo padalijimui (code-splitting) ir tingiajam įkėlimui (lazy loading), jie kartais gali trukdyti statinei analizei atliekant „tree shaking“. Jei modulis importuojamas dinamiškai, pakuotojas gali nesugebėti kūrimo metu nustatyti, ar tas modulis iš tikrųjų naudojamas. Jei jūsų pagrindinis tikslas yra agresyvus „tree shaking“, užtikrinkite, kad statiškai importuoti moduliai nebūtų be reikalo perkeliami į dinaminius importus.

6. Naudokite minifikatorius, palaikančius „Tree Shaking“

Įrankiai, tokie kaip Terser (dažnai naudojamas su Webpack ir Rollup), yra sukurti veikti kartu su „tree shaking“. Jie atlieka nereikalingo kodo šalinimą kaip minifikavimo proceso dalį, dar labiau sumažindami paketų dydžius.

Iššūkiai ir įspėjimai

Nors galingas, „tree shaking“ nėra stebuklinga kulka ir susiduria su savais iššūkiais:

1. Dinaminis `import()`

Kaip minėta, modulius, importuotus naudojant dinaminį `import()`, sunkiau „iškratyti“, nes jų naudojimas nėra statiškai žinomas. Pakuotojai paprastai traktuoja šiuos modulius kaip potencialiai naudojamus ir juos įtraukia, net jei jie importuojami sąlygiškai ir sąlyga niekada netenkinama.

2. Suderinamumas su CommonJS

Pakuotojams dažnai tenka susidurti su CommonJS parašytais moduliais. Nors daugelis modernių pakuotojų gali tam tikru mastu transformuoti CommonJS į ES modulius, tai ne visada pavyksta puikiai. Jei biblioteka labai remiasi CommonJS funkcijomis, kurios išsprendžiamos dinamiškai, „tree shaking“ gali nesugebėti efektyviai pašalinti jos kodo.

3. Netinkamas šalutinių poveikių valdymas

Neteisingai pažymėjus modulius kaip neturinčius šalutinių poveikių, kai iš tikrųjų jie juos turi, gali sugesti programos. Tai ypač dažna, kai bibliotekos modifikuoja globalius objektus ar registruoja įvykių klausytojus importavimo metu. Visada kruopščiai testuokite sukonfigūravę `sideEffects`.

4. Sudėtingi priklausomybių grafai

Labai didelėse programose su sudėtingomis priklausomybių grandinėmis, statinė analizė, reikalinga „tree shaking“, gali tapti skaičiavimo prasme brangi. Tačiau paketų dydžio sumažinimas dažnai atsveria kūrimo laiko padidėjimą.

5. Derinimas (Debugging)

Kai kodas yra „iškratomas“, jis pašalinamas iš galutinio paketo. Dėl to kartais gali būti sunkiau derinti, nes naršyklės kūrėjo įrankiuose galite nerasti tikslaus kodo, kurio tikitės, jei jis buvo pašalintas. Šaltinio žemėlapiai (source maps) yra būtini šiai problemai sušvelninti.

Pasauliniai aspektai programuotojų komandoms

Programuotojų komandoms, išsidėsčiusioms skirtingose laiko juostose ir kultūrose, suprasti ir įgyvendinti „tree shaking“ yra bendra atsakomybė. Štai kaip pasaulinės komandos gali efektyviai bendradarbiauti:

• Nustatykite kūrimo standartus: Apibrėžkite aiškias gaires dėl modulių naudojimo ir bibliotekų integravimo komandoje. Užtikrinkite, kad visi suprastų ES modulių ir šalutinių poveikių valdymo svarbą.
• Dokumentacija yra svarbiausia: Dokumentuokite projekto kūrimo konfigūraciją, įskaitant pakuotojo nustatymus ir bet kokias specifines instrukcijas šalutinių poveikių valdymui. Tai ypač svarbu naujiems komandos nariams ar tiems, kurie ateina iš skirtingų techninių sričių.
• Naudokite CI/CD: Integruokite automatinius patikrinimus į savo nuolatinės integracijos / nuolatinio diegimo (CI/CD) procesus, kad stebėtumėte paketų dydžius ir nustatytumėte regresijas, susijusias su „tree shaking“. Netgi galima naudoti įrankius paketų sudėčiai analizuoti.
• Tarpkultūriniai mokymai: Organizuokite seminarus ar žinių dalijimosi sesijas, kad užtikrintumėte, jog visi komandos nariai, nepriklausomai nuo jų pagrindinės buvimo vietos ar patirties lygio, būtų kompetentingi optimizuoti JavaScript pasauliniam našumui.
• Apsvarstykite regionines kūrimo aplinkas: Nors optimizavimas yra globalus, supratimas, kaip skirtingos tinklo sąlygos (imituojamos kūrėjo įrankiuose) veikia našumą, gali suteikti vertingų įžvalgų komandos nariams, dirbantiems skirtingose infrastruktūros aplinkose.

Išvada: „Tree Shaking“ – kelias į geresnį žiniatinklį

JavaScript modulių „tree shaking“ yra nepakeičiama technika bet kuriam moderniam žiniatinklio programuotojui, siekiančiam kurti efektyvias, našias ir prieinamas programas. Pašalindami nereikalingą kodą, mes mažiname paketų dydžius, o tai lemia greitesnį įkėlimo laiką, geresnę vartotojo patirtį ir mažesnį duomenų suvartojimą – privalumus, kurie ypač svarbūs pasaulinei auditorijai, susiduriančiai su įvairiomis tinklo sąlygomis ir įrenginių galimybėmis.

ES modulių naudojimas, protingas bibliotekų pasirinkimas ir teisingas pakuotojų konfigūravimas yra efektyvaus „tree shaking“ pagrindas. Nors iššūkių yra, privalumai pasauliniam našumui ir įtraukumui yra neginčijami. Toliau kurdami pasauliui, nepamirškite iškratyti nereikalingų dalykų ir pateikti tik tai, kas būtina, padarydami internetą greitesne ir prieinamesne vieta visiems.