Revolucija v JavaScript modulih: Poglobljen pregled uvozov v izvorni fazi

Ekosistem JavaScripta je v stanju nenehnega razvoja. Od svojih skromnih začetkov kot preprost skriptni jezik za brskalnike je zrasel v globalno silo, ki poganja vse od kompleksnih spletnih aplikacij do strežniške infrastrukture. Temeljni kamen tega razvoja je bila standardizacija njegovega sistema modulov, ES modulov (ESM). Kljub temu, da je ESM postal univerzalni standard, so se pojavili novi izzivi, ki premikajo meje mogočega. To je pripeljalo do vznemirljivega in potencialno transformativnega novega predloga s strani TC39: uvozov v izvorni fazi (Source Phase Imports).

Ta predlog, ki trenutno napreduje skozi postopek standardizacije, predstavlja temeljni premik v načinu, kako lahko JavaScript obravnava odvisnosti. V jezik uvaja koncept "časa gradnje" ali "izvorne faze", kar razvijalcem omogoča uvoz modulov, ki se izvajajo samo med prevajanjem in vplivajo na končno kodo za izvajanje, ne da bi bili kdaj del nje. To odpira vrata zmogljivim funkcijam, kot so izvorni makri, brezplačne (zero-cost) tipne abstrakcije in poenostavljeno generiranje kode v času gradnje, vse znotraj standardiziranega in varnega okvira.

Za razvijalce po vsem svetu je razumevanje tega predloga ključno za pripravo na naslednji val inovacij v orodjih, ogrodjih in arhitekturi aplikacij v JavaScriptu. Ta obsežen vodnik bo raziskal, kaj so uvozi v izvorni fazi, katere probleme rešujejo, njihove praktične primere uporabe in globok vpliv, ki ga bodo imeli na celotno globalno skupnost JavaScripta.

Kratka zgodovina JavaScript modulov: Pot do ESM

Da bi lahko cenili pomen uvozov v izvorni fazi, moramo najprej razumeti potovanje JavaScript modulov. Večino svoje zgodovine JavaScript ni imel izvornega sistema modulov, kar je vodilo v obdobje kreativnih, a razdrobljenih rešitev.

Obdobje globalnih spremenljivk in IIFE-jev

Sprva so razvijalci upravljali odvisnosti z nalaganjem več <script> oznak v datoteki HTML. To je onesnažilo globalni imenski prostor (objekt window v brskalnikih), kar je vodilo do trkov spremenljivk, nepredvidljivih vrstnih redov nalaganja in nočne more pri vzdrževanju. Pogost vzorec za ublažitev tega je bil takoj izvršen funkcijski izraz (Immediately Invoked Function Expression - IIFE), ki je ustvaril zaseben obseg za spremenljivke skripte in preprečil njihovo uhajanje v globalni obseg.

Vzpon standardov, ki jih je poganjala skupnost

Ko so aplikacije postajale kompleksnejše, je skupnost razvila robustnejše rešitve:

• CommonJS (CJS): Populariziran z Node.js, CJS uporablja sinhrono funkcijo require() in objekt exports. Zasnovan je bil za strežnik, kjer je branje modulov iz datotečnega sistema hitra, blokirajoča operacija. Njegova sinhrona narava ga je naredila manj primernega za brskalnik, kjer so omrežne zahteve asinhrone.
• Asynchronous Module Definition (AMD): Zasnovan za brskalnik, je AMD (in njegova najbolj priljubljena implementacija, RequireJS) nalagal module asinhrono. Njegova sintaksa je bila bolj zgovorna kot pri CommonJS, vendar je rešila problem omrežne latence v odjemalskih aplikacijah.

Standardizacija: ES moduli (ESM)

Končno je ECMAScript 2015 (ES6) predstavil izvorni, standardiziran sistem modulov: ES module. ESM je prinesel najboljše iz obeh svetov s čisto, deklarativno sintakso (import in export), ki jo je mogoče statično analizirati. Ta statična narava omogoča orodjem, kot so združevalniki (bundlers), da izvajajo optimizacije, kot je "tree-shaking" (odstranjevanje neuporabljene kode), preden se koda sploh zažene. ESM je zasnovan tako, da je asinhron in je zdaj univerzalni standard v brskalnikih in Node.js, kar poenoti razdrobljen ekosistem.

Skrite omejitve sodobnih ES modulov

ESM je velik uspeh, vendar je njegova zasnova osredotočena izključno na obnašanje med izvajanjem. Izjava import pomeni odvisnost, ki jo je treba pridobiti, razčleniti in izvesti, ko se aplikacija zažene. Ta model, osredotočen na izvajanje, čeprav zmogljiv, ustvarja več izzivov, ki jih ekosistem rešuje z zunanjimi, nestandardnimi orodji.

Problem 1: Povečanje števila odvisnosti v času gradnje

Sodobni spletni razvoj se močno opira na korak gradnje. Uporabljamo orodja, kot so TypeScript, Babel, Vite, Webpack in PostCSS, za preoblikovanje naše izvorne kode v optimizirano obliko za produkcijo. Ta proces vključuje veliko odvisnosti, ki so potrebne samo v času gradnje, ne pa tudi med izvajanjem.

Poglejmo TypeScript. Ko napišete import { type User } from './types', uvažate entiteto, ki nima ekvivalenta med izvajanjem. Prevajalnik TypeScript bo ta uvoz in informacije o tipu med prevajanjem izbrisal. Vendar pa je z vidika sistema modulov JavaScript to samo še en uvoz. Združevalniki in pogoni morajo imeti posebno logiko za obravnavo in zavračanje teh uvozov "samo za tipe", kar je rešitev, ki obstaja zunaj specifikacije jezika JavaScript.

Problem 2: Iskanje brezplačnih abstrakcij (Zero-Cost Abstractions)

Brezplačna abstrakcija (zero-cost abstraction) je funkcija, ki med razvojem zagotavlja visoko raven udobja, vendar se prevede v visoko učinkovito kodo brez dodatnih stroškov med izvajanjem. Popoln primer je knjižnica za validacijo. Morda boste napisali:

validate(userSchema, userData);

Med izvajanjem to vključuje klic funkcije in izvajanje logike validacije. Kaj pa, če bi jezik lahko v času gradnje analiziral shemo in generiral zelo specifično, vstavljeno (inlined) kodo za validacijo, s čimer bi odstranil splošni klic funkcije `validate` in objekt sheme iz končnega paketa? To je trenutno nemogoče narediti na standardiziran način. Celotna funkcija `validate` in objekt `userSchema` morata biti poslana odjemalcu, čeprav bi se validacija lahko izvedla ali pred-prevedla drugače.

Problem 3: Odsotnost standardiziranih makrov

Makri so zmogljiva funkcija v jezikih, kot so Rust, Lisp in Swift. V bistvu so koda, ki piše kodo v času prevajanja. V JavaScriptu simuliramo makre z orodji, kot so vtičniki za Babel ali transformacije SWC. Najbolj razširjen primer je JSX:

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

To ni veljaven JavaScript. Orodje za gradnjo ga pretvori v:

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

Ta transformacija je močna, vendar se v celoti zanaša na zunanja orodja. Ni izvornega, v jezik vgrajenega načina za definiranje funkcije, ki bi izvajala tovrstno sintaktično transformacijo. Pomanjkanje standardizacije vodi do kompleksne in pogosto krhke verige orodij.

Predstavljamo uvoze v izvorni fazi: Premik paradigme

Uvozi v izvorni fazi so neposreden odgovor na te omejitve. Predlog uvaja novo sintakso za deklaracijo uvoza, ki izrecno ločuje odvisnosti v času gradnje od odvisnosti med izvajanjem.

Nova sintaksa je preprosta in intuitivna: import source.

import { MyType } from './types.js'; // Standarden uvoz med izvajanjem
import source { MyMacro } from './macros.js'; // Nov uvoz v izvorni fazi

Osnovni koncept: Ločevanje faz

Ključna ideja je formalizirati dve ločeni fazi evalvacije kode:

1. Izvorna faza (čas gradnje): Ta faza se zgodi prva in jo obravnava "gostitelj" JavaScripta (kot je združevalnik, izvajalsko okolje kot Node.js ali Deno, ali razvojno/gradbeno okolje brskalnika). V tej fazi gostitelj išče deklaracije import source. Nato naloži in izvede te module v posebnem, izoliranem okolju. Ti moduli lahko pregledajo in preoblikujejo izvorno kodo modulov, ki jih uvažajo.
2. Faza izvajanja: To je faza, ki jo vsi poznamo. Pogon JavaScripta izvede končno, potencialno preoblikovano kodo. Vsi moduli, uvoženi preko import source, in koda, ki jih je uporabila, so popolnoma izginili; ne puščajo sledi v grafu modulov med izvajanjem.

Predstavljajte si to kot standardiziran, varen in z moduli seznanjen predprocesor, vgrajen neposredno v specifikacijo jezika. To ni samo zamenjava besedila kot pri predprocesorju C; to je globoko integriran sistem, ki lahko deluje s strukturo JavaScripta, kot so abstraktna sintaktična drevesa (AST).

Ključni primeri uporabe in praktični primeri

Prava moč uvozov v izvorni fazi postane jasna, ko pogledamo probleme, ki jih lahko elegantno rešijo. Raziščimo nekatere najvplivnejše primere uporabe.

Primer uporabe 1: Izvorne, brezplačne tipne anotacije

Eden od glavnih gonilnikov tega predloga je zagotoviti izvorni dom za sisteme tipov, kot sta TypeScript in Flow, znotraj samega jezika JavaScript. Trenutno je `import type { ... }` funkcija, specifična za TypeScript. Z uvozi v izvorni fazi to postane standarden jezikovni konstrukt.

Trenutno (TypeScript):

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

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

Prihodnost (Standardni JavaScript):

// types.js
export interface User { /* ... */ } // Ob predpostavki, da je sprejet tudi predlog za sintakso tipov

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

Prednost: Izjava import source jasno pove kateremukoli orodju ali pogonu JavaScript, da je ./types.js odvisnost samo za čas gradnje. Pogon med izvajanjem ne bo nikoli poskušal pridobiti ali razčleniti te datoteke. To standardizira koncept brisanja tipov, ga naredi za formalni del jezika in poenostavi delo združevalnikov, linterjev in drugih orodij.

Primer uporabe 2: Zmogljivi in higienični makri

Makri so najbolj transformativna uporaba uvozov v izvorni fazi. Razvijalcem omogočajo razširitev sintakse JavaScripta in ustvarjanje zmogljivih, domensko specifičnih jezikov (DSL) na varen in standardiziran način.

Predstavljajmo si preprost makro za beleženje, ki samodejno vključi ime datoteke in številko vrstice v času gradnje.

Definicija makra:

// macros.js
export function log(macroContext) {
// 'macroContext' bi zagotovil API-je za pregled mesta klica
const callSite = macroContext.getCallSiteInfo(); // npr. { file: 'app.js', line: 5 }
const messageArgument = macroContext.getArgument(0); // Pridobi AST za sporočilo // Vrne nov AST za klic console.log
return `console.log("[${callSite.file}:${callSite.line}]", ${messageArgument})`;
}

Uporaba makra:

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

Prevedena koda za izvajanje:

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

Prednost: Ustvarili smo bolj izrazno funkcijo `log`, ki vbrizga informacije iz časa gradnje neposredno v kodo za izvajanje. Med izvajanjem ni klica funkcije `log`, temveč samo neposreden `console.log`. To je prava brezplačna abstrakcija. Isti princip bi se lahko uporabil za implementacijo JSX, styled-components, knjižnic za internacionalizacijo (i18n) in še veliko več, vse brez posebnih vtičnikov za Babel.

Primer uporabe 3: Integrirano generiranje kode v času gradnje

Številne aplikacije se zanašajo na generiranje kode iz drugih virov, kot so GraphQL shema, definicija Protocol Buffers ali celo preprosta podatkovna datoteka, kot je YAML ali JSON.

Predstavljajte si, da imate GraphQL shemo in želite zanjo generirati optimiziran odjemalec. Danes to zahteva zunanja orodja ukazne vrstice in kompleksno nastavitev gradnje. Z uvozi v izvorni fazi bi to lahko postalo integriran del vašega grafa modulov.

Modul generatorja:

// graphql-codegen.js
export function createClient(schemaText) {
// 1. Razčleni schemaText
// 2. Generiraj JavaScript kodo za tipiziran odjemalec
// 3. Vrni generirano kodo kot niz
const generatedCode = `
export const client = {
query: { /* ... generirane metode ... */ }
};
`;
return generatedCode;
}

Uporaba generatorja:

// app.js
// 1. Uvozi shemo kot besedilo z uporabo 'Import Assertions' (ločena funkcionalnost)
import schema from './api.graphql' with { type: 'text' }; // 2. Uvozi generator kode z uvozom v izvorni fazi
import source { createClient } from './graphql-codegen.js'; // 3. Izvrši generator v času gradnje in vbrizgaj njegov izpis
export const { client } = createClient(schema);

Prednost: Celoten proces je deklarativen in del izvorne kode. Zagon zunanjega generatorja kode ni več ločen, ročen korak. Če se `api.graphql` spremeni, orodje za gradnjo samodejno ve, da mora ponovno zagnati izvorno fazo za `app.js`. To naredi razvojni potek enostavnejši, robustnejši in manj nagnjen k napakam.

Kako deluje: Gostitelj, peskovnik in faze

Pomembno je razumeti, da sam pogon JavaScript (kot je V8 v Chromu in Node.js) ne izvaja izvorne faze. Odgovornost pade na gostiteljsko okolje.

Vloga gostitelja

Gostitelj je program, ki prevaja ali izvaja kodo JavaScript. To je lahko:

• Združevalnik (bundler), kot so Vite, Webpack ali Parcel.
• Izvajalsko okolje, kot sta Node.js ali Deno.
• Celo brskalnik bi lahko deloval kot gostitelj za kodo, izvedeno v njegovih DevTools ali med procesom gradnje razvojnega strežnika.

Gostitelj orkestrira dvofazni proces:

1. Razčleni kodo in odkrije vse deklaracije import source.
2. Ustvari izolirano, peskovniško okolje (pogosto imenovano "Realm"), posebej za izvajanje modulov izvorne faze.
3. V tem peskovniku izvede kodo iz uvoženih izvornih modulov. Ti moduli dobijo posebne API-je za interakcijo s kodo, ki jo preoblikujejo (npr. API-ji za manipulacijo AST).
4. Transformacije se uporabijo, kar ustvari končno kodo za izvajanje.
5. Ta končna koda se nato preda običajnemu pogonu JavaScript za fazo izvajanja.

Varnost in peskovnik (sandboxing) sta ključna

Zagon kode v času gradnje prinaša potencialna varnostna tveganja. Zlonamerna skripta za čas gradnje bi lahko poskušala dostopati do datotečnega sistema ali omrežja na razvijalčevem računalniku. Predlog za uvoze v izvorni fazi daje velik poudarek na varnost.

Koda izvorne faze se izvaja v zelo omejenem peskovniku. Privzeto nima dostopa do:

• Lokalnega datotečnega sistema.
• Omrežnih zahtevkov.
• Globalnih spremenljivk med izvajanjem, kot sta window ali process.

Vse zmožnosti, kot je dostop do datotek, bi morale biti izrecno odobrene s strani gostiteljskega okolja, kar uporabniku daje popoln nadzor nad tem, kaj lahko skripte za čas gradnje počnejo. To jih naredi veliko varnejše od trenutnega ekosistema vtičnikov in skript, ki imajo pogosto poln dostop do sistema.

Globalni vpliv na ekosistem JavaScripta

Uvedba uvozov v izvorni fazi bo povzročila valovanje po celotnem globalnem ekosistemu JavaScripta in temeljito spremenila, kako gradimo orodja, ogrodja in aplikacije.

Za avtorje ogrodij in knjižnic

Ogrodja, kot so React, Svelte, Vue in Solid, bi lahko izkoristila uvoze v izvorni fazi, da bi njihovi prevajalniki postali del samega jezika. Prevajalnik Svelte, ki komponente Svelte pretvori v optimiziran vanilijev JavaScript, bi se lahko implementiral kot makro. JSX bi lahko postal standarden makro, s čimer bi odpravili potrebo, da ima vsako orodje svojo lastno implementacijo transformacije.

Knjižnice CSS-in-JS bi lahko vso svojo analizo stilov in generiranje statičnih pravil izvedle v času gradnje, s čimer bi dostavile minimalno ali celo ničelno izvajalsko kodo, kar bi vodilo do znatnih izboljšav zmogljivosti.

Za razvijalce orodij

Za ustvarjalce orodij, kot so Vite, Webpack, esbuild in drugi, ta predlog ponuja zmogljivo, standardizirano točko razširitve. Namesto da bi se zanašali na kompleksen API za vtičnike, ki se razlikuje med orodji, se lahko neposredno priklopijo na lastno fazo gradnje jezika. To bi lahko vodilo k bolj enotnemu in interoperabilnemu ekosistemu orodij, kjer makro, napisan za eno orodje, brezhibno deluje v drugem.

Za razvijalce aplikacij

Za milijone razvijalcev, ki vsak dan pišejo aplikacije v JavaScriptu, so koristi številne:

• Enostavnejše konfiguracije gradnje: Manj zanašanja na kompleksne verige vtičnikov za običajna opravila, kot so obdelava TypeScripta, JSX ali generiranje kode.
• Izboljšana zmogljivost: Prave brezplačne abstrakcije bodo vodile do manjših paketov in hitrejšega izvajanja.
• Izboljšana razvijalska izkušnja: Sposobnost ustvarjanja prilagojenih, domensko specifičnih razširitev jezika bo odklenila nove ravni izraznosti in zmanjšala ponavljajočo se kodo.

Trenutno stanje in pot naprej

Uvozi v izvorni fazi so predlog, ki ga razvija TC39, odbor, ki standardizira JavaScript. Proces TC39 ima štiri glavne faze, od Faze 1 (predlog) do Faze 4 (končano in pripravljeno za vključitev v jezik).

Konec leta 2023 je predlog "uvozi v izvorni fazi" (skupaj s svojim nasprotnikom, makri) na Fazi 2. To pomeni, da je odbor sprejel osnutek in aktivno dela na podrobni specifikaciji. Osnovna sintaksa in semantika sta v veliki meri določeni, in to je faza, kjer se spodbujajo začetne implementacije in eksperimenti za pridobivanje povratnih informacij.

To pomeni, da danes ne morete uporabljati import source v svojem brskalniku ali projektu Node.js. Vendar pa lahko pričakujemo, da se bo eksperimentalna podpora pojavila v najsodobnejših orodjih za gradnjo in transpilatorjih v bližnji prihodnosti, ko bo predlog zorel proti Fazi 3. Najboljši način za obveščenost je sledenje uradnim predlogom TC39 na GitHubu.

Zaključek: Prihodnost je v času gradnje

Uvozi v izvorni fazi predstavljajo enega najpomembnejših arhitekturnih premikov v zgodovini JavaScripta od uvedbe ES modulov. Z ustvarjanjem formalne, standardizirane ločitve med časom gradnje in časom izvajanja, predlog obravnava temeljno vrzel v jeziku. Prinaša zmožnosti, ki so si jih razvijalci dolgo želeli – makre, metaprogramiranje v času prevajanja in prave brezplačne abstrakcije – iz področja prilagojenih, razdrobljenih orodij v samo jedro JavaScripta.

To je več kot le nov del sintakse; to je nov način razmišljanja o tem, kako gradimo programsko opremo z JavaScriptom. Opolnomoči razvijalce, da več logike prenesejo z uporabnikove naprave na razvijalčev računalnik, kar rezultira v aplikacijah, ki niso le močnejše in bolj izrazne, ampak tudi hitrejše in učinkovitejše. Medtem ko predlog nadaljuje svojo pot proti standardizaciji, bi ga morala celotna globalna skupnost JavaScripta spremljati z nestrpnostjo. Nova doba inovacij v času gradnje je tik za obzorjem.