JavaScript moduļu revolūcija: dziļa ieniršana avota fāzes importos

JavaScript ekosistēma ir pastāvīgas evolūcijas stāvoklī. No saviem pieticīgajiem pirmsākumiem kā vienkārša skriptu valoda pārlūkprogrammām tā ir izaugusi par globālu spēkstaciju, kas darbina visu, sākot no sarežģītām tīmekļa lietotnēm līdz servera puses infrastruktūrai. Šīs evolūcijas stūrakmens ir bijis tās moduļu sistēmas, ES moduļu (ESM), standartizācija. Tomēr, pat kad ESM ir kļuvis par universālu standartu, ir radušies jauni izaicinājumi, kas pārkāpj iespējamā robežas. Tas ir novedis pie aizraujoša un potenciāli transformējoša jauna priekšlikuma no TC39: avota fāzes importi.

Šis priekšlikums, kas pašlaik virzās pa standartu apstiprināšanas ceļu, atspoguļo fundamentālu maiņu tajā, kā JavaScript var apstrādāt atkarības. Tas ievieš valodā tieši “būvēšanas laika” jeb “avota fāzes” konceptu, ļaujot izstrādātājiem importēt moduļus, kas tiek izpildīti tikai kompilēšanas laikā, ietekmējot gala izpildes laika kodu, nekad nekļūstot par tā daļu. Tas paver durvis tādām jaudīgām funkcijām kā vietējie makro, bezmaksas tipu abstrakcijas un optimizēta būvēšanas laika koda ģenerēšana – viss standartizētā, drošā ietvarā.

Izstrādātājiem visā pasaulē šī priekšlikuma izpratne ir galvenais, lai sagatavotos nākamajam inovāciju vilnim JavaScript rīkkopā, ietvaros un lietojumprogrammu arhitektūrā. Šis visaptverošais ceļvedis izpētīs, kas ir avota fāzes importi, kādas problēmas tie risina, to praktiskos pielietojuma gadījumus un dziļo ietekmi, kāda tiem būs uz visu globālo JavaScript kopienu.

Īsa JavaScript moduļu vēsture: Ceļš uz ESM

Lai novērtētu avota fāzes importu nozīmīgumu, mums vispirms ir jāsaprot JavaScript moduļu ceļojums. Lielu daļu savas vēstures JavaScript trūka vietējās moduļu sistēmas, kas noveda pie radošu, bet sadrumstalotu risinājumu perioda.

Globālo mainīgo un IIFE laikmets

Sākotnēji izstrādātāji pārvaldīja atkarības, ielādējot vairākus <script> tagus HTML failā. Tas piesārņoja globālo nosaukumvietu (window objektu pārlūkprogrammās), izraisot mainīgo sadursmes, neparedzamu ielādes secību un uzturēšanas murgu. Izplatīts paņēmiens, lai to mazinātu, bija nekavējoties izsaukta funkcijas izteiksme (Immediately Invoked Function Expression - IIFE), kas izveidoja privātu tvērumu skripta mainīgajiem, neļaujot tiem noplūst globālajā tvērumā.

Kopienas virzītu standartu uzplaukums

Lietojumprogrammām kļūstot sarežģītākām, kopiena izstrādāja robustākus risinājumus:

• CommonJS (CJS): Popularizēts ar Node.js, CJS izmanto sinhronu require() funkciju un exports objektu. Tas tika izstrādāts serverim, kur moduļu lasīšana no failu sistēmas ir ātra, bloķējoša operācija. Tā sinhronā daba padarīja to mazāk piemērotu pārlūkprogrammai, kur tīkla pieprasījumi ir asinhroni.
• Asinhronā moduļu definīcija (AMD): Izstrādāts pārlūkprogrammai, AMD (un tā populārākā implementācija, RequireJS) ielādēja moduļus asinhroni. Tā sintakse bija garāka nekā CommonJS, bet atrisināja tīkla latentuma problēmu klienta puses lietojumprogrammās.

Standartizācija: ES moduļi (ESM)

Visbeidzot, ECMAScript 2015 (ES6) ieviesa vietējo, standartizēto moduļu sistēmu: ES moduļus. ESM apvienoja labāko no abām pasaulēm ar tīru, deklaratīvu sintaksi (import un export), ko varēja statiski analizēt. Šī statiskā daba ļauj rīkiem, piemēram, saiņotājiem (bundlers), veikt optimizācijas, piemēram, koka kratīšanu (tree-shaking – neizmantotā koda noņemšana), pirms kods vispār tiek palaists. ESM ir izstrādāts, lai būtu asinhronisks, un tagad tas ir universāls standarts gan pārlūkprogrammās, gan Node.js, apvienojot sadrumstaloto ekosistēmu.

Mūsdienu ES moduļu slēptie ierobežojumi

ESM ir milzīgs panākums, bet tā dizains ir vērsts tikai uz izpildes laika uzvedību. import paziņojums apzīmē atkarību, kas ir jāiegūst, jāparsē un jāizpilda, kad lietojumprogramma darbojas. Šis uz izpildes laiku centrētais modelis, lai arī jaudīgs, rada vairākus izaicinājumus, kurus ekosistēma ir risinājusi ar ārējiem, nestandarta rīkiem.

1. problēma: Būvēšanas laika atkarību izplatība

Mūsdienu tīmekļa izstrāde lielā mērā paļaujas uz būvēšanas soli. Mēs izmantojam tādus rīkus kā TypeScript, Babel, Vite, Webpack un PostCSS, lai pārveidotu mūsu avota kodu optimizētā formātā ražošanai. Šis process ietver daudzas atkarības, kas ir nepieciešamas tikai būvēšanas laikā, nevis izpildes laikā.

Apsveriet TypeScript. Kad jūs rakstāt import { type User } from './types', jūs importējat entītiju, kurai nav izpildes laika ekvivalenta. TypeScript kompilators kompilēšanas laikā izdzēsīs šo importu un tipa informāciju. Tomēr no JavaScript moduļu sistēmas viedokļa tas ir tikai vēl viens imports. Saiņotājiem un dzinējiem ir jābūt īpašai loģikai, lai apstrādātu un atmestu šos "tikai tipa" importus, risinājums, kas pastāv ārpus JavaScript valodas specifikācijas.

2. problēma: Tiekšanās pēc bezmaksas abstrakcijām

Bezmaksas abstrakcija (zero-cost abstraction) ir funkcija, kas nodrošina augsta līmeņa ērtības izstrādes laikā, bet kompilējas uz ļoti efektīvu kodu bez izpildes laika papildu slodzes. Lielisks piemērs ir validācijas bibliotēka. Jūs varētu rakstīt:

validate(userSchema, userData);

Izpildes laikā tas ietver funkcijas izsaukumu un validācijas loģikas izpildi. Ko darīt, ja valoda varētu būvēšanas laikā analizēt shēmu un ģenerēt ļoti specifisku, iekļautu (inlined) validācijas kodu, noņemot vispārīgo `validate` funkcijas izsaukumu un shēmas objektu no gala pakotnes? Pašlaik to nav iespējams izdarīt standartizētā veidā. Visa `validate` funkcija un `userSchema` objekts ir jānosūta klientam, pat ja validāciju varēja veikt vai iepriekš kompilēt citādi.

3. problēma: Standartizētu makro trūkums

Makro ir jaudīga funkcija tādās valodās kā Rust, Lisp un Swift. Tie būtībā ir kods, kas raksta kodu kompilēšanas laikā. JavaScript mēs simulējam makro, izmantojot tādus rīkus kā Babel spraudņi vai SWC transformācijas. Visuresošākais piemērs ir JSX:

const element = <h1>Sveika, Pasaule</h1>;

Tas nav derīgs JavaScript kods. Būvēšanas rīks to pārveido par:

const element = React.createElement('h1', null, 'Sveika, Pasaule');

Šī transformācija ir jaudīga, bet pilnībā paļaujas uz ārējiem rīkiem. Nav vietēja, valodā iebūvēta veida, kā definēt funkciju, kas veic šāda veida sintakses transformāciju. Šī standartizācijas trūkums noved pie sarežģītas un bieži vien trauslas rīku ķēdes.

Iepazīstinām ar avota fāzes importiem: paradigmas maiņa

Avota fāzes importi ir tieša atbilde uz šiem ierobežojumiem. Priekšlikums ievieš jaunu importa deklarācijas sintaksi, kas skaidri atdala būvēšanas laika atkarības no izpildes laika atkarībām.

Jaunā sintakse ir vienkārša un intuitīva: import source.

import { MyType } from './types.js'; // Standarta, izpildes laika imports
import source { MyMacro } from './macros.js'; // Jauns, avota fāzes imports

Pamatkoncepcija: Fāžu atdalīšana

Galvenā ideja ir formalizēt divas atšķirīgas koda izvērtēšanas fāzes:

1. Avota fāze (būvēšanas laiks): Šī fāze notiek pirmā, un to apstrādā JavaScript "saimnieks" (piemēram, saiņotājs, izpildes vide kā Node.js vai Deno, vai pārlūkprogrammas izstrādes/būvēšanas vide). Šajā fāzē saimnieks meklē import source deklarācijas. Pēc tam tas ielādē un izpilda šos moduļus īpašā, izolētā vidē. Šie moduļi var pārbaudīt un pārveidot to moduļu avota kodu, kuri tos importē.
2. Izpildes laika fāze (izpildes laiks): Šī ir fāze, ar kuru mēs visi esam pazīstami. JavaScript dzinējs izpilda gala, potenciāli pārveidoto kodu. Visi moduļi, kas importēti, izmantojot import source, un kods, kas tos izmantoja, ir pilnībā pazuduši; tie neatstāj nekādas pēdas izpildes laika moduļu grafā.

Iedomājieties to kā standartizētu, drošu un moduļu apzinošu priekšprocesoru, kas iebūvēts tieši valodas specifikācijā. Tā nav tikai teksta aizstāšana kā C priekšprocesorā; tā ir dziļi integrēta sistēma, kas var strādāt ar JavaScript struktūru, piemēram, abstraktās sintakses kokiem (AST).

Galvenie pielietojuma gadījumi un praktiski piemēri

Avota fāzes importu patiesais spēks kļūst skaidrs, kad aplūkojam problēmas, kuras tie var eleganti atrisināt. Izpētīsim dažus no ietekmīgākajiem pielietojuma gadījumiem.

1. pielietojuma gadījums: Vietējās, bezmaksas tipu anotācijas

Viens no galvenajiem šī priekšlikuma virzītājspēkiem ir nodrošināt vietējo mājvietu tādām tipu sistēmām kā TypeScript un Flow pašā JavaScript valodā. Pašlaik `import type { ... }` ir TypeScript specifiska funkcija. Ar avota fāzes importiem tas kļūst par standarta valodas konstrukciju.

Pašlaik (TypeScript):

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

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

Nākotnē (standarta JavaScript):

// types.js
export interface User { /* ... */ } // Pieņemot, ka tiek pieņemts arī tipu sintakses priekšlikums

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

Ieguvums: import source paziņojums skaidri norāda jebkuram JavaScript rīkam vai dzinējam, ka ./types.js ir tikai būvēšanas laika atkarība. Izpildes laika dzinējs nekad nemēģinās to iegūt vai parsēt. Tas standartizē tipu dzēšanas koncepciju, padarot to par formālu valodas daļu un vienkāršojot saiņotāju, linteru un citu rīku darbu.

2. pielietojuma gadījums: Jaudīgi un higiēniski makro

Makro ir vistransformējošākais avota fāzes importu pielietojums. Tie ļauj izstrādātājiem paplašināt JavaScript sintaksi un izveidot jaudīgas, domēnspecifiskas valodas (DSL) drošā un standartizētā veidā.

Iedomāsimies vienkāršu žurnalēšanas makro, kas automātiski iekļauj faila un rindas numuru būvēšanas laikā.

Makro definīcija:

// macros.js
export function log(macroContext) {
// 'macroContext' nodrošinātu API, lai pārbaudītu izsaukuma vietu
const callSite = macroContext.getCallSiteInfo(); // piemēram, { file: 'app.js', line: 5 }
const messageArgument = macroContext.getArgument(0); // Iegūst AST ziņojumam // Atgriež jaunu AST console.log izsaukumam
return `console.log("[${callSite.file}:${callSite.line}]", ${messageArgument})`;
}

Makro izmantošana:

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

Kompilētais izpildes laika kods:

// app.js (pēc avota fāzes)
const value = 42;
console.log("[app.js:5]", `Vērtība ir: ${value}`);

Ieguvums: Mēs esam izveidojuši izteiksmīgāku `log` funkciju, kas ievada būvēšanas laika informāciju tieši izpildes laika kodā. Izpildes laikā nav `log` funkcijas izsaukuma, tikai tiešs `console.log`. Šī ir patiesa bezmaksas abstrakcija. Šo pašu principu varētu izmantot, lai implementētu JSX, styled-components, internacionalizācijas (i18n) bibliotēkas un daudz ko citu, viss bez pielāgotiem Babel spraudņiem.

3. pielietojuma gadījums: Integrēta būvēšanas laika koda ģenerēšana

Daudzas lietojumprogrammas paļaujas uz koda ģenerēšanu no citiem avotiem, piemēram, GraphQL shēmas, Protocol Buffers definīcijas vai pat vienkārša datu faila, piemēram, YAML vai JSON.

Iedomājieties, ka jums ir GraphQL shēma un jūs vēlaties tai ģenerēt optimizētu klientu. Šodien tas prasa ārējus CLI rīkus un sarežģītu būvēšanas iestatīšanu. Ar avota fāzes importiem tas varētu kļūt par integrētu daļu no jūsu moduļu grafa.

Ģeneratora modulis:

// graphql-codegen.js
export function createClient(schemaText) {
// 1. Parsē schemaText
// 2. Ģenerē JavaScript kodu tipizētam klientam
// 3. Atgriež ģenerēto kodu kā virkni
const generatedCode = `
export const client = {
query: { /* ... ģenerētas metodes ... */ }
};
`;
return generatedCode;
}

Ģeneratora izmantošana:

// app.js
// 1. Importē shēmu kā tekstu, izmantojot Import Assertions (atsevišķa funkcija)
import schema from './api.graphql' with { type: 'text' }; // 2. Importē koda ģeneratoru, izmantojot avota fāzes importu
import source { createClient } from './graphql-codegen.js'; // 3. Izpilda ģeneratoru būvēšanas laikā un ievieto tā izvadi
export const { client } = createClient(schema);

Ieguvums: Viss process ir deklaratīvs un daļa no avota koda. Ārējā koda ģeneratora palaišana vairs nav atsevišķs, manuāls solis. Ja `api.graphql` mainās, būvēšanas rīks automātiski zina, ka tam ir jāpārstartē avota fāze priekš `app.js`. Tas padara izstrādes darbplūsmu vienkāršāku, robustāku un mazāk pakļautu kļūdām.

Kā tas darbojas: Saimnieks, smilškaste un fāzes

Ir svarīgi saprast, ka pats JavaScript dzinējs (piemēram, V8 pārlūkā Chrome un Node.js) neizpilda avota fāzi. Atbildība gulstas uz saimniekvidi.

Saimnieka loma

Saimnieks ir programma, kas kompilē vai izpilda JavaScript kodu. Tas varētu būt:

• Saiņotājs (bundler), piemēram, Vite, Webpack vai Parcel.
• Izpildes vide, piemēram, Node.js vai Deno.
• Pat pārlūkprogramma varētu darboties kā saimnieks kodam, kas tiek izpildīts tās DevTools vai izstrādes servera būvēšanas procesa laikā.

Saimnieks organizē divfāžu procesu:

1. Tas parsē kodu un atklāj visas import source deklarācijas.
2. Tas izveido izolētu, smilškastes (sandboxed) vidi (bieži sauktu par "Realm") īpaši avota fāzes moduļu izpildei.
3. Tas izpilda kodu no importētajiem avota moduļiem šajā smilškastē. Šiem moduļiem tiek dotas īpašas API, lai mijiedarbotos ar kodu, ko tie pārveido (piemēram, AST manipulācijas API).
4. Transformācijas tiek piemērotas, rezultātā iegūstot gala izpildes laika kodu.
5. Šis gala kods tiek nodots parastajam JavaScript dzinējam izpildes laika fāzei.

Drošība un smilškaste ir kritiski svarīgas

Koda palaišana būvēšanas laikā rada potenciālus drošības riskus. Ļaunprātīgs būvēšanas laika skripts varētu mēģināt piekļūt failu sistēmai vai tīklam izstrādātāja datorā. Avota fāzes importu priekšlikums liek lielu uzsvaru uz drošību.

Avota fāzes kods tiek palaists ļoti ierobežotā smilškastē. Pēc noklusējuma tam nav piekļuves:

• Vietējai failu sistēmai.
• Tīkla pieprasījumiem.
• Izpildes laika globālajiem mainīgajiem, piemēram, window vai process.

Jebkādas iespējas, piemēram, piekļuve failiem, būtu skaidri jāpiešķir saimniekvidei, dodot lietotājam pilnīgu kontroli pār to, ko būvēšanas laika skripti drīkst darīt. Tas padara to daudz drošāku nekā pašreizējā spraudņu un skriptu ekosistēma, kuriem bieži ir pilnīga piekļuve sistēmai.

Globālā ietekme uz JavaScript ekosistēmu

Avota fāzes importu ieviešana izraisīs viļņošanos visā globālajā JavaScript ekosistēmā, fundamentāli mainot to, kā mēs veidojam rīkus, ietvarus un lietojumprogrammas.

Ietvaru un bibliotēku autoriem

Tādi ietvari kā React, Svelte, Vue un Solid varētu izmantot avota fāzes importus, lai padarītu savus kompilatorus par daļu no pašas valodas. Svelte kompilators, kas pārvērš Svelte komponentus par optimizētu vaniļas JavaScript, varētu tikt implementēts kā makro. JSX varētu kļūt par standarta makro, novēršot nepieciešamību katram rīkam veidot savu pielāgoto transformācijas implementāciju.

CSS-in-JS bibliotēkas varētu veikt visu savu stilu parsēšanu un statisko noteikumu ģenerēšanu būvēšanas laikā, nosūtot minimālu vai pat nulles izpildes laika kodu, kas novestu pie ievērojamiem veiktspējas uzlabojumiem.

Rīkkopu izstrādātājiem

Vite, Webpack, esbuild un citu rīku veidotājiem šis priekšlikums piedāvā jaudīgu, standartizētu paplašināšanas punktu. Tā vietā, lai paļautos uz sarežģītu spraudņu API, kas atšķiras starp rīkiem, viņi var tieši pieslēgties valodas pašas būvēšanas laika fāzei. Tas varētu novest pie vienotākas un savietojamākas rīkkopu ekosistēmas, kur makro, kas rakstīts vienam rīkam, nevainojami darbojas citā.

Lietojumprogrammu izstrādātājiem

Miljoniem izstrādātāju, kas katru dienu raksta JavaScript lietojumprogrammas, ieguvumi ir daudzskaitlīgi:

• Vienkāršākas būvēšanas konfigurācijas: Mazāka paļaušanās uz sarežģītām spraudņu ķēdēm tādiem biežiem uzdevumiem kā TypeScript, JSX vai koda ģenerēšanas apstrāde.
• Uzlabota veiktspēja: Patiesas bezmaksas abstrakcijas novedīs pie mazākiem pakotņu izmēriem un ātrākas izpildes laika darbības.
• Uzlabota izstrādātāja pieredze: Spēja izveidot pielāgotus, domēnspecifiskus valodas paplašinājumus atklās jaunus izteiksmīguma līmeņus un samazinās šablona kodu.

Pašreizējais statuss un ceļš uz priekšu

Avota fāzes importi ir priekšlikums, ko izstrādā TC39, komiteja, kas standartizē JavaScript. TC39 procesam ir četri galvenie posmi, no 1. posma (priekšlikums) līdz 4. posmam (pabeigts un gatavs iekļaušanai valodā).

2023. gada beigās "avota fāzes importu" priekšlikums (kopā ar tā līdzinieku, makro) ir 2. posmā. Tas nozīmē, ka komiteja ir pieņēmusi projektu un aktīvi strādā pie detalizētas specifikācijas. Galvenā sintakse un semantika lielākoties ir noteikta, un šis ir posms, kurā tiek veicinātas sākotnējās implementācijas un eksperimenti, lai sniegtu atgriezenisko saiti.

Tas nozīmē, ka jūs šodien nevarat izmantot import source savā pārlūkprogrammā vai Node.js projektā. Tomēr mēs varam sagaidīt, ka tuvākajā nākotnē eksperimentāls atbalsts parādīsies progresīvos būvēšanas rīkos un transpaileros, priekšlikumam virzoties uz 3. posmu. Labākais veids, kā būt informētam, ir sekot oficiālajiem TC39 priekšlikumiem GitHub.

Noslēgums: Nākotne ir būvēšanas laikā

Avota fāzes importi ir viena no nozīmīgākajām arhitektūras maiņām JavaScript vēsturē kopš ES moduļu ieviešanas. Izveidojot formālu, standartizētu atdalījumu starp būvēšanas laiku un izpildes laiku, priekšlikums aizpilda fundamentālu plaisu valodā. Tas ienes iespējas, kuras izstrādātāji jau sen ir vēlējušies — makro, kompilēšanas laika metaprogrammēšanu un patiesas bezmaksas abstrakcijas — no pielāgotu, sadrumstalotu rīku jomas tieši JavaScript kodolā.

Tas ir vairāk nekā tikai jauna sintakses daļa; tas ir jauns domāšanas veids par to, kā mēs veidojam programmatūru ar JavaScript. Tas dod izstrādātājiem iespēju pārvietot vairāk loģikas no lietotāja ierīces uz izstrādātāja datoru, rezultātā radot lietojumprogrammas, kas ir ne tikai jaudīgākas un izteiksmīgākas, bet arī ātrākas un efektīvākas. Kamēr priekšlikums turpina savu ceļu uz standartizāciju, visai globālajai JavaScript kopienai vajadzētu to vērot ar nepacietību. Jauns būvēšanas laika inovāciju laikmets ir tepat pie horizonta.