Бінарне кодування AST JavaScript: швидший парсинг та завантаження модулів

У світі веброзробки, що постійно розвивається, продуктивність має першочергове значення. Користувачі в усьому світі очікують миттєвого завантаження та безперебійної взаємодії. Одним із критичних вузьких місць у сучасних вебдодатках є парсинг та завантаження JavaScript. Чим більша та складніша кодова база, тим більше часу браузер витрачає на перетворення вихідного коду JavaScript у виконуваний формат. Бінарне кодування AST — це техніка, розроблена для значного покращення цього процесу, що призводить до швидшого завантаження та кращого користувацького досвіду. Цей блог-пост детально розгляне бінарне кодування AST, досліджуючи його переваги, реалізацію та потенційний вплив на вебпродуктивність для глобальної аудиторії.

Що таке абстрактне синтаксичне дерево (AST)?

Перш ніж занурюватися в бінарне AST, важливо зрозуміти, що таке абстрактне синтаксичне дерево. Коли рушій JavaScript (наприклад, V8 у Chrome, SpiderMonkey у Firefox або JavaScriptCore у Safari) зустрічає код JavaScript, він спочатку парсить код і перетворює його на AST. AST — це деревоподібне представлення структури коду, що фіксує зв'язки між різними частинами коду, такими як функції, змінні, оператори та інструкції.

Уявіть це так: припустимо, у вас є речення: "Швидка бура лисиця стрибає через ледачого собаку". AST для цього речення розіб'є його на окремі компоненти: підмет (швидка бура лисиця), присудок (стрибає) та додаток (через ледачого собаку), а потім розкладе їх на прикметники, артиклі та іменники. Подібним чином AST представляє код JavaScript у структурованому та ієрархічному вигляді, що полегшує його розуміння та обробку рушієм.

Традиційний процес парсингу та завантаження JavaScript

Традиційно процес парсингу та завантаження JavaScript включає наступні кроки:

1. Завантаження вихідного коду JavaScript: Браузер отримує файли JavaScript з сервера.
2. Парсинг: Рушій JavaScript парсить вихідний код і створює AST. Це часто є найбільш часовитратним етапом.
3. Компіляція: AST компілюється в байт-код або машинний код, який рушій може виконати.
4. Виконання: Байт-код або машинний код виконується.

Етап парсингу може бути значним вузьким місцем, особливо для великих файлів JavaScript. Кожного разу, коли браузер зустрічає код JavaScript, він повинен проходити через цей процес, навіть якщо код не змінився. Саме тут на допомогу приходить бінарне кодування AST.

Представляємо бінарне кодування AST

Бінарне кодування AST — це техніка, яка дозволяє рушіям JavaScript зберігати AST у бінарному форматі. Цей бінарний формат можна кешувати та повторно використовувати в різних сесіях, усуваючи необхідність повторного парсингу коду JavaScript при кожному завантаженні сторінки.

Ось як це працює:

1. Початковий парсинг: Коли браузер вперше зустрічає файл JavaScript, він парсить код і створює AST, як у традиційному процесі.
2. Бінарне кодування: Потім AST кодується в бінарний формат. Цей бінарний формат значно менший за оригінальний вихідний код JavaScript, а також оптимізований для швидшого завантаження.
3. Кешування: Бінарний AST кешується в кеші браузера або на диску.
4. Подальше завантаження: Коли браузер знову зустрічає той самий файл JavaScript, він може безпосередньо завантажити бінарний AST з кешу, минаючи етап парсингу.
5. Декодування: Бінарний AST декодується назад у представлення AST, яке може зрозуміти рушій JavaScript.
6. Компіляція та виконання: Рушій продовжує компіляцію та виконання, як зазвичай.

Пропускаючи етап парсингу, бінарне кодування AST може значно скоротити час завантаження файлів JavaScript, особливо для великих та складних кодових баз. Це безпосередньо призводить до покращення продуктивності вебсайту та кращого користувацького досвіду.

Переваги бінарного кодування AST

Переваги бінарного кодування AST численні та значущі:

• Швидший час завантаження: Усуваючи необхідність повторного парсингу коду JavaScript, бінарне кодування AST може значно скоротити час завантаження вебсторінок. Це особливо корисно для користувачів із повільним інтернет-з'єднанням або на мобільних пристроях.
• Зниження використання ЦП: Парсинг коду JavaScript — це процес, що інтенсивно використовує ЦП. Кешуючи бінарний AST, бінарне кодування AST зменшує час ЦП, витрачений на парсинг, звільняючи ресурси для інших завдань.
• Збільшення часу роботи від батареї: Зниження використання ЦП також призводить до збільшення часу роботи від батареї, особливо на мобільних пристроях.
• Кращий користувацький досвід: Швидший час завантаження та зниження використання ЦП призводять до більш плавного та чутливого користувацького досвіду.
• Покращення SEO: Швидкість вебсайту є фактором ранжування для пошукових систем. Швидший час завантаження може покращити рейтинг вебсайту в пошукових системах.
• Зменшення передачі даних: Бінарні AST зазвичай менші за оригінальний код JavaScript, що призводить до зменшення передачі даних та зниження витрат на пропускну здатність.

Реалізація та підтримка

Кілька рушіїв та інструментів JavaScript тепер підтримують бінарне кодування AST. Одним з яскравих прикладів є V8, рушій JavaScript, що використовується в Chrome та Node.js. V8 експериментує та впроваджує кешування бінарного AST вже кілька років, і тепер це стандартна функція в сучасних версіях Chrome.

Реалізація V8: Реалізація V8 передбачає серіалізацію AST у бінарний формат та зберігання його в кеші браузера. Коли той самий скрипт зустрічається знову, V8 може десеріалізувати бінарний AST безпосередньо з кешу, уникаючи необхідності повторного парсингу. V8 також включає механізми для інвалідації кешованого бінарного AST при зміні скрипта, забезпечуючи, що браузер завжди використовує останню версію коду.

Інші рушії: Інші рушії JavaScript, такі як SpiderMonkey (Firefox) та JavaScriptCore (Safari), також досліджують або впроваджують подібні техніки для покращення продуктивності парсингу. Конкретні деталі реалізації можуть відрізнятися, але основний принцип залишається тим самим: кешування AST у бінарному форматі, щоб уникнути повторного парсингу.

Інструменти та фреймворки: Деякі інструменти збірки та фреймворки також можуть використовувати бінарне кодування AST. Наприклад, деякі бандлери можуть попередньо компілювати код JavaScript і генерувати бінарний AST, який може бути безпосередньо завантажений браузером. Це може ще більше покращити час завантаження, перекладаючи навантаження парсингу з браузера на процес збірки.

Практичні приклади та випадки використання

Розглянемо кілька практичних прикладів, щоб проілюструвати переваги бінарного кодування AST:

• Великі односторінкові додатки (SPA): SPA часто мають великі кодові бази JavaScript. Бінарне кодування AST може значно скоротити початковий час завантаження цих додатків, що призводить до кращого користувацького досвіду. Уявіть складний додаток електронної комерції з тисячами рядків коду JavaScript. Використовуючи бінарне кодування AST, початковий час завантаження можна скоротити з кількох секунд до кількох сотень мілісекунд, роблячи додаток набагато чутливішим.
• Вебсайти з інтенсивним використанням JavaScript: Вебсайти, що значною мірою покладаються на JavaScript для інтерактивних функцій, таких як онлайн-ігри або візуалізація даних, також можуть отримати вигоду від бінарного кодування AST. Швидший час завантаження може покращити продуктивність цих функцій і зробити вебсайт приємнішим у використанні. Розглянемо новинний вебсайт, який використовує JavaScript для відображення інтерактивних діаграм та графіків. Використовуючи бінарне кодування AST, вебсайт може забезпечити швидке завантаження цих діаграм та графіків, навіть при повільному інтернет-з'єднанні.
• Прогресивні вебдодатки (PWA): PWA розроблені для того, щоб бути швидкими та надійними. Бінарне кодування AST може допомогти PWA досягти цих цілей, скорочуючи час завантаження коду JavaScript та покращуючи загальну продуктивність. Механізми кешування PWA добре працюють з бінарним кодуванням AST для забезпечення офлайн-можливостей та миттєвого завантаження.
• Мобільні вебсайти: Користувачі на мобільних пристроях часто мають повільніше інтернет-з'єднання та менш потужне обладнання. Бінарне кодування AST може допомогти покращити продуктивність мобільних вебсайтів, скорочуючи час завантаження коду JavaScript та мінімізуючи використання ЦП. Це особливо важливо в регіонах, де мобільний доступ до Інтернету є поширеним. У таких країнах, як Індія чи Нігерія, де багато користувачів отримують доступ до Інтернету переважно через мобільні пристрої, оптимізація продуктивності вебсайтів за допомогою таких технік, як бінарне кодування AST, може мати значне значення.

Міркування та потенційні недоліки

Хоча бінарне кодування AST пропонує значні переваги, є також кілька міркувань та потенційних недоліків, про які слід пам'ятати:

• Складність реалізації: Реалізація бінарного кодування AST може бути складною, особливо для рушіїв JavaScript. Вона вимагає ретельного розгляду стратегій серіалізації, десеріалізації, кешування та інвалідації.
• Збільшене використання пам'яті: Кешування бінарного AST може збільшити використання пам'яті, особливо для великих файлів JavaScript. Однак переваги швидшого завантаження та зменшення використання ЦП зазвичай переважують цей недолік.
• Проблеми сумісності: Старіші браузери можуть не підтримувати бінарне кодування AST. Важливо переконатися, що вебсайт або додаток все ще функціональний на старіших браузерах, навіть якщо вони не отримують переваг від бінарного кодування AST. Техніки прогресивного покращення можна використовувати для надання базового досвіду для старіших браузерів, одночасно використовуючи переваги бінарного кодування AST на новіших браузерах.
• Питання безпеки: Хоча це зазвичай не вважається значною загрозою, неправильна реалізація обробки бінарного AST може потенційно створити вразливості безпеки. Важливі ретельна перевірка та аудит безпеки.

Практичні поради для розробників

Ось кілька практичних порад для розробників, які хочуть використовувати бінарне кодування AST:

• Слідкуйте за оновленнями браузерів: Переконайтеся, що ви орієнтуєтеся на сучасні браузери, які підтримують бінарне кодування AST. Ця функція стає все більш поширеною в останніх версіях Chrome, Firefox та Safari.
• Використовуйте сучасні інструменти збірки: Використовуйте інструменти збірки та бандлери, які можуть оптимізувати код JavaScript для бінарного кодування AST. Деякі інструменти можуть попередньо компілювати код та генерувати бінарні AST під час процесу збірки.
• Оптимізуйте JavaScript-код: Пишіть ефективний та добре структурований код JavaScript. Це може покращити продуктивність парсингу та зменшити розмір бінарного AST.
• Моніторте продуктивність: Використовуйте інструменти моніторингу продуктивності для відстеження часу завантаження файлів JavaScript та виявлення потенційних вузьких місць. Це може допомогти вам оцінити вплив бінарного кодування AST та визначити області для подальшої оптимізації. Інструменти, такі як Google PageSpeed Insights та WebPageTest, можуть надати цінні відомості.
• Тестуйте на різних пристроях та в різних мережах: Тестуйте свій вебсайт або додаток на різноманітних пристроях та в різних мережевих умовах, щоб переконатися, що він добре працює для всіх користувачів, незалежно від їхнього місцезнаходження чи пристрою. Це особливо важливо для користувачів у країнах, що розвиваються, де доступ до Інтернету може бути обмеженим.

Майбутнє продуктивності JavaScript

Бінарне кодування AST — це лише одна з багатьох технік, що розробляються для покращення продуктивності JavaScript. Інші перспективні підходи включають:

• WebAssembly (Wasm): WebAssembly — це бінарний формат інструкцій, який дозволяє розробникам запускати код, написаний іншими мовами, такими як C++ та Rust, у браузері з майже нативною швидкістю. WebAssembly можна використовувати для реалізації критично важливих для продуктивності частин вебдодатків, таких як рендеринг графіки та ігрова логіка.
• Техніки оптимізації JavaScript: Постійно вносяться покращення в рушії JavaScript для оптимізації парсингу, компіляції та виконання. Ці оптимізації можуть значно покращити продуктивність коду JavaScript, не вимагаючи жодних змін у самому коді.
• HTTP/3: HTTP/3 — це наступне покоління протоколу HTTP. Він використовує транспортний протокол QUIC, який забезпечує кращу продуктивність та надійність, ніж TCP, особливо в мобільних мережах.

Висновок

Бінарне кодування AST JavaScript — це потужна техніка для покращення продуктивності вебдодатків шляхом значного скорочення часу парсингу та завантаження модулів. Кешуючи AST у бінарному форматі, браузери можуть уникнути повторного парсингу коду JavaScript, що призводить до швидшого завантаження, зменшення використання ЦП та кращого користувацького досвіду для глобальної аудиторії. Оскільки рушії JavaScript продовжують розвиватися та підтримувати бінарне кодування AST, розробникам слід використовувати цю техніку для оптимізації своїх вебсайтів та додатків з точки зору продуктивності. Залишаючись в курсі останніх розробок у галузі продуктивності JavaScript та впроваджуючи найкращі практики, розробники можуть забезпечити, щоб їхні вебсайти та додатки надавали швидкий та безперебійний досвід користувачам у всьому світі. Глобальний вплив швидшого часу завантаження є значним, особливо в регіонах з обмеженою пропускною здатністю або старими пристроями. Впровадження бінарного кодування AST разом з іншими техніками оптимізації допомагає створити більш інклюзивний та доступний веб для всіх.