Перегляд графа модулів JavaScript: Аналіз залежностей

У сучасній розробці JavaScript модульність є ключовою. Розбиття застосунків на керовані, повторно використовувані модулі сприяє підтримці, тестуванню та співпраці. Однак керування залежностями між цими модулями може швидко стати складним. Саме тут на допомогу приходять перегляд графа модулів та аналіз залежностей. Ця стаття надає всебічний огляд того, як будуються та переглядаються графи модулів JavaScript, а також переваг та інструментів, що використовуються для аналізу залежностей.

Що таке граф модулів?

Граф модулів – це візуальне представлення залежностей між модулями в проєкті JavaScript. Кожен вузол у графі представляє модуль, а ребра – це зв'язки імпорту/експорту між ними. Розуміння цього графа є вирішальним з кількох причин:

• Візуалізація залежностей: Дозволяє розробникам бачити зв'язки між різними частинами застосунку, виявляючи потенційні складнощі та "вузькі місця".
• Виявлення циклічних залежностей: Граф модулів може виділити циклічні залежності, які можуть призвести до несподіваної поведінки та помилок під час виконання.
• Усунення "мертвого" коду: Аналізуючи граф, розробники можуть ідентифікувати модулі, які не використовуються, та видалити їх, зменшуючи загальний розмір бандла. Цей процес часто називають "tree shaking" (видалення невикористаного коду).
• Оптимізація коду: Розуміння графа модулів дозволяє приймати обґрунтовані рішення щодо розділення коду (code splitting) та відкладеного завантаження (lazy loading), покращуючи продуктивність застосунку.

Системи модулів у JavaScript

Перш ніж занурюватися в перегляд графа, важливо зрозуміти різні системи модулів, що використовуються в JavaScript:

Модулі ES (ESM)

Модулі ES є стандартною системою модулів у сучасному JavaScript. Вони використовують ключові слова import та export для визначення залежностей. ESM підтримується нативно більшістю сучасних браузерів та Node.js (починаючи з версії 13.2.0 без експериментальних прапорців). ESM сприяє статичному аналізу, який є вирішальним для tree shaking та інших оптимізацій.

Приклад:

            
// moduleA.js
export function add(a, b) {
  return a + b;
}

// moduleB.js
import { add } from './moduleA.js';

console.log(add(2, 3)); // Output: 5

            

              
                Copy
              
            
          

CommonJS (CJS)

CommonJS – це система модулів, що використовується переважно в Node.js. Вона використовує функцію require() для імпорту модулів та об'єкт module.exports для їх експорту. CJS є динамічною, тобто залежності вирішуються під час виконання. Це робить статичний аналіз більш складним порівняно з ESM.

Приклад:

            
// moduleA.js
module.exports = {
  add: function(a, b) {
    return a + b;
  }
};

// moduleB.js
const moduleA = require('./moduleA.js');

console.log(moduleA.add(2, 3)); // Output: 5

            

              
                Copy
              
            
          

Asynchronous Module Definition (AMD)

AMD була розроблена для асинхронного завантаження модулів у браузерах. Вона використовує функцію define() для визначення модулів та їхніх залежностей. Сьогодні AMD менш поширена через широке впровадження ESM.

Приклад:

            
// moduleA.js
define(function() {
  return {
    add: function(a, b) {
      return a + b;
    }
  };
});

// moduleB.js
define(['./moduleA.js'], function(moduleA) {
  console.log(moduleA.add(2, 3)); // Output: 5
});

            

              
                Copy
              
            
          

Universal Module Definition (UMD)

UMD намагається забезпечити систему модулів, яка працює у всіх середовищах (браузерах, Node.js тощо). Вона зазвичай використовує комбінацію перевірок, щоб визначити, яка система модулів доступна, і відповідно адаптується.

Побудова графа модулів

Побудова графа модулів передбачає аналіз вихідного коду для ідентифікації операторів імпорту та експорту, а потім з'єднання модулів на основі цих зв'язків. Цей процес зазвичай виконується пакувальником модулів або інструментом статичного аналізу.

Статичний аналіз

Статичний аналіз передбачає дослідження вихідного коду без його виконання. Він базується на парсингу коду та ідентифікації операторів імпорту та експорту. Це найпоширеніший підхід для побудови графів модулів, оскільки він дозволяє виконувати такі оптимізації, як tree shaking.

Етапи статичного аналізу:

1. Парсинг: Вихідний код парситься в абстрактне синтаксичне дерево (AST). AST представляє структуру коду в ієрархічному форматі.
2. Вилучення залежностей: AST переглядається для ідентифікації операторів import, export, require() та define().
3. Побудова графа: Граф модулів будується на основі вилучених залежностей. Кожен модуль представлений як вузол, а зв'язки імпорту/експорту представлені як ребра.

Динамічний аналіз

Динамічний аналіз передбачає виконання коду та моніторинг його поведінки. Цей підхід менш поширений для побудови графів модулів, оскільки він вимагає запуску коду, що може зайняти багато часу і бути нездійсненним у всіх випадках.

Проблеми з динамічним аналізом:

• Покриття коду: Динамічний аналіз може не охоплювати всі можливі шляхи виконання, що призводить до неповного графа модулів.
• Навантаження на продуктивність: Виконання коду може спричинити навантаження на продуктивність, особливо для великих проєктів.
• Ризики безпеки: Запуск недовіреного коду може створювати ризики безпеки.

Алгоритми перегляду графа модулів

Після побудови графа модулів можуть використовуватися різні алгоритми перегляду для аналізу його структури.

Пошук у глибину (DFS)

DFS досліджує граф, заглиблюючись якомога далі по кожній гілці перед поверненням. Він корисний для виявлення циклічних залежностей.

Як працює DFS:

1. Почати з кореневого модуля.
2. Відвідати сусідній модуль.
3. Рекурсивно відвідувати сусідні модулі сусіда, доки не буде досягнуто глухого кута або не буде зустрінутий раніше відвіданий модуль.
4. Повернутися до попереднього модуля та дослідити інші гілки.

Виявлення циклічних залежностей за допомогою DFS: Якщо DFS зустрічає модуль, який вже був відвіданий у поточному шляху обходу, це свідчить про циклічну залежність.

Пошук у ширину (BFS)

BFS досліджує граф, відвідуючи всіх сусідів модуля, перш ніж перейти на наступний рівень. Він корисний для пошуку найкоротшого шляху між двома модулями.

Як працює BFS:

1. Почати з кореневого модуля.
2. Відвідати всіх сусідів кореневого модуля.
3. Відвідати всіх сусідів сусідів і так далі.

Топологічне сортування

Топологічне сортування – це алгоритм для впорядкування вузлів у орієнтованому ациклічному графі (DAG) таким чином, що для кожного орієнтованого ребра від вузла A до вузла B вузол A з'являється перед вузлом B у впорядкуванні. Це особливо корисно для визначення правильного порядку завантаження модулів.

Застосування в бандлінгу модулів: Пакувальники модулів використовують топологічне сортування, щоб забезпечити завантаження модулів у правильному порядку, задовольняючи їхні залежності.

Інструменти для аналізу залежностей

Доступно кілька інструментів для допомоги в аналізі залежностей у проєктах JavaScript.

Webpack

Webpack – це популярний пакувальник модулів, який аналізує граф модулів та об'єднує всі модулі в один або кілька вихідних файлів. Він виконує статичний аналіз і пропонує такі функції, як tree shaking та code splitting.

Основні функції:

• Tree Shaking: Видаляє невикористаний код з бандла.
• Code Splitting: Розбиває бандл на менші частини, які можна завантажувати за запитом.
• Loaders: Перетворює різні типи файлів (наприклад, CSS, зображення) на модулі JavaScript.
• Plugins: Розширює функціональність Webpack за допомогою користувацьких завдань.

Rollup

Rollup – це ще один пакувальник модулів, який зосереджений на створенні менших бандлів. Він особливо добре підходить для бібліотек та фреймворків.

Основні функції:

• Tree Shaking: Агресивно видаляє невикористаний код.
• Підтримка ESM: Добре працює з модулями ES.
• Екосистема плагінів: Пропонує різноманітні плагіни для різних завдань.

Parcel

Parcel – це пакувальник модулів з нульовою конфігурацією, який прагне бути простим у використанні. Він автоматично аналізує граф модулів та виконує оптимізації.

Основні функції:

• Нульова конфігурація: Вимагає мінімальної конфігурації.
• Автоматичні оптимізації: Автоматично виконує оптимізації, такі як tree shaking та code splitting.
• Швидкий час збирання: Використовує робочий процес для прискорення часу збирання.

Dependency-Cruiser

Dependency-Cruiser – це інструмент командного рядка, який допомагає виявляти та візуалізувати залежності в проєктах JavaScript. Він може ідентифікувати циклічні залежності та інші проблеми, пов'язані із залежностями.

Основні функції:

• Виявлення циклічних залежностей: Ідентифікує циклічні залежності.
• Візуалізація залежностей: Генерує графи залежностей.
• Настроювані правила: Дозволяє визначати власні правила для аналізу залежностей.
• Інтеграція з CI/CD: Може бути інтегрована в CI/CD конвеєри для примусового дотримання правил залежностей.

Madge

Madge (Make a Diagram Graph of your EcmaScript dependencies) – це інструмент розробника для генерації візуальних діаграм залежностей модулів, пошуку циклічних залежностей та виявлення осиротілих файлів.

Основні функції:

• Генерація діаграм залежностей: Створює візуальні представлення графа залежностей.
• Виявлення циклічних залежностей: Ідентифікує та повідомляє про циклічні залежності в кодовій базі.
• Виявлення "осиротілих" файлів: Знаходить файли, які не є частиною графа залежностей, що потенційно вказує на "мертвий" код або невикористані модулі.
• Інтерфейс командного рядка: Простий у використанні через командний рядок для інтеграції в процеси збирання.

Переваги аналізу залежностей

Виконання аналізу залежностей пропонує кілька переваг для проєктів JavaScript.

Покращена якість коду

Шляхом ідентифікації та вирішення проблем, пов'язаних із залежностями, аналіз залежностей може допомогти покращити загальну якість коду.

Зменшений розмір бандла

Tree shaking та code splitting можуть значно зменшити розмір бандла, що призводить до швидшого часу завантаження та покращеної продуктивності.

Покращена підтримка

Добре структурований граф модулів полегшує розуміння та підтримку кодової бази.

Швидші цикли розробки

Шляхом раннього виявлення та вирішення проблем із залежностями аналіз залежностей може допомогти прискорити цикли розробки.

Практичні приклади

Приклад 1: Виявлення циклічних залежностей

Розглянемо сценарій, коли moduleA.js залежить від moduleB.js, а moduleB.js залежить від moduleA.js. Це створює циклічну залежність.

            
// moduleA.js
import { moduleBFunction } from './moduleB.js';

export function moduleAFunction() {
  console.log('moduleAFunction');
  moduleBFunction();
}

// moduleB.js
import { moduleAFunction } from './moduleA.js';

export function moduleBFunction() {
  console.log('moduleBFunction');
  moduleAFunction();
}

            

              
                Copy
              
            
          

Використовуючи такий інструмент, як Dependency-Cruiser, ви можете легко ідентифікувати цю циклічну залежність.

            
dependency-cruiser --validate .dependency-cruiser.js

            

              
                Copy
              
            
          

Приклад 2: Tree Shaking за допомогою Webpack

Розглянемо модуль з кількома експортами, але лише один використовується в застосунку.

            
// utils.js
export function add(a, b) {
  return a + b;
}

export function subtract(a, b) {
  return a - b;
}

// app.js
import { add } from './utils.js';

console.log(add(2, 3)); // Output: 5

            

              
                Copy
              
            
          

Webpack, з увімкненим tree shaking, видалить функцію subtract з фінального бандла, оскільки вона не використовується.

Приклад 3: Розділення коду за допомогою Webpack

Розглянемо великий застосунок з кількома маршрутами. Розділення коду дозволяє завантажувати лише той код, який потрібен для поточного маршруту.

            
// webpack.config.js
module.exports = {
  // ...
  entry: {
    main: './src/index.js',
    about: './src/about.js'
  },
  output: {
    filename: '[name].bundle.js',
    path: path.resolve(__dirname, 'dist')
  }
};

            

              
                Copy
              
            
          

Webpack створить окремі бандли для main.js та about.js, які можна завантажувати незалежно.

Найкращі практики

Дотримання цих найкращих практик може допомогти забезпечити добре структуровані та підтримувані проєкти JavaScript.

• Використовуйте модулі ES: Модулі ES забезпечують кращу підтримку статичного аналізу та tree shaking.
• Уникайте циклічних залежностей: Циклічні залежності можуть призвести до несподіваної поведінки та помилок під час виконання.
• Зберігайте модулі малими та сфокусованими: Менші модулі легше зрозуміти та підтримувати.
• Використовуйте пакувальник модулів: Пакувальники модулів допомагають оптимізувати код для продакшену.
• Регулярно аналізуйте залежності: Використовуйте інструменти, такі як Dependency-Cruiser, для виявлення та вирішення проблем, пов'язаних із залежностями.
• Застосовуйте правила залежностей: Використовуйте інтеграцію CI/CD для забезпечення дотримання правил залежностей та запобігання появі нових проблем.

Висновок

Перегляд графа модулів JavaScript та аналіз залежностей є вирішальними аспектами сучасної розробки JavaScript. Розуміння того, як будуються та переглядаються графи модулів, а також доступні інструменти та методи, може допомогти розробникам створювати більш підтримувані, ефективні та продуктивні застосунки. Дотримуючись найкращих практик, викладених у цій статті, ви можете гарантувати, що ваші проєкти JavaScript будуть добре структуровані та оптимізовані для найкращого можливого досвіду користувача. Пам'ятайте, що потрібно вибирати інструменти, які найкраще відповідають потребам вашого проєкту, та інтегрувати їх у ваш робочий процес розробки для постійного вдосконалення.