Революція в JavaScript-модулях: Глибоке занурення в імпорти на етапі компіляції

Екосистема JavaScript перебуває у стані постійної еволюції. Зі скромних початків як простої скриптової мови для браузерів, вона перетворилася на глобального гіганта, що керує всім, від складних веб-застосунків до серверної інфраструктури. Краєкутним каменем цієї еволюції стала стандартизація її модульної системи, ES-модулів (ESM). Проте, навіть коли ESM став універсальним стандартом, виникли нові виклики, що розширюють межі можливого. Це призвело до захопливої та потенційно трансформаційної нової пропозиції від TC39: Імпорти на етапі компіляції (Source Phase Imports).

Ця пропозиція, що наразі проходить шлях стандартизації, являє собою фундаментальний зсув у тому, як JavaScript може обробляти залежності. Вона вводить поняття "часу збірки" або "фази компіляції" безпосередньо в мову, дозволяючи розробникам імпортувати модулі, які виконуються лише під час компіляції, впливаючи на кінцевий код виконання, але ніколи не стаючи його частиною. Це відкриває двері для потужних функцій, таких як нативні макроси, абстракції типів з нульовою вартістю та спрощена генерація коду під час збірки, і все це в рамках стандартизованого, безпечного фреймворку.

Для розробників у всьому світі розуміння цієї пропозиції є ключовим для підготовки до наступної хвилі інновацій в інструментах JavaScript, фреймворках та архітектурі застосунків. Цей вичерпний посібник розкриє, що таке імпорти на етапі компіляції, які проблеми вони вирішують, їхні практичні застосування та глибокий вплив, який вони мають справити на всю глобальну спільноту JavaScript.

Коротка історія JavaScript-модулів: Шлях до ESM

Щоб оцінити значущість імпортів на етапі компіляції, ми повинні спочатку зрозуміти шлях, який пройшли JavaScript-модулі. Протягом більшої частини своєї історії JavaScript не мав нативної модульної системи, що призвело до періоду креативних, але фрагментованих рішень.

Ера глобальних змінних та IIFE

Спочатку розробники керували залежностями, завантажуючи кілька тегів <script> в HTML-файлі. Це забруднювало глобальний простір імен (об'єкт window у браузерах), що призводило до колізій змінних, непередбачуваного порядку завантаження та кошмару в обслуговуванні. Поширеним патерном для пом'якшення цієї проблеми була негайно виконувана функція-вираз (IIFE), яка створювала приватну область видимості для змінних скрипту, запобігаючи їх витоку в глобальну область.

Поява стандартів, керованих спільнотою

Зі зростанням складності застосунків спільнота розробила більш надійні рішення:

• CommonJS (CJS): Популяризований Node.js, CJS використовує синхронну функцію require() та об'єкт exports. Він був розроблений для сервера, де читання модулів з файлової системи є швидкою, блокуючою операцією. Його синхронна природа робила його менш придатним для браузера, де мережеві запити є асинхронними.
• Asynchronous Module Definition (AMD): Розроблений для браузера, AMD (та його найпопулярніша реалізація, RequireJS) завантажував модулі асинхронно. Його синтаксис був більш багатослівним, ніж у CommonJS, але вирішував проблему мережевої затримки у клієнтських застосунках.

Стандартизація: ES-модулі (ESM)

Нарешті, ECMAScript 2015 (ES6) представив нативну, стандартизовану модульну систему: ES-модулі. ESM поєднав найкраще з обох світів, маючи чистий, декларативний синтаксис (import та export), який можна було статично аналізувати. Ця статична природа дозволяє інструментам, таким як бандлери, виконувати оптимізації, наприклад, tree-shaking (видалення невикористовуваного коду), ще до того, як код буде запущено. ESM розроблений як асинхронний і тепер є універсальним стандартом для браузерів та Node.js, об'єднуючи фрагментовану екосистему.

Приховані обмеження сучасних ES-модулів

ESM є величезним успіхом, але його дизайн зосереджений виключно на поведінці під час виконання. Інструкція import означає залежність, яку необхідно завантажити, розібрати та виконати під час запуску застосунку. Ця орієнтована на виконання модель, хоч і потужна, створює кілька проблем, які екосистема вирішувала за допомогою зовнішніх, нестандартних інструментів.

Проблема 1: Поширення залежностей часу збірки

Сучасна веб-розробка значною мірою залежить від етапу збірки. Ми використовуємо інструменти, такі як TypeScript, Babel, Vite, Webpack та PostCSS, для перетворення нашого вихідного коду в оптимізований формат для продакшену. Цей процес включає багато залежностей, які потрібні лише під час збірки, а не під час виконання.

Розглянемо TypeScript. Коли ви пишете import { type User } from './types', ви імпортуєте сутність, яка не має еквівалента під час виконання. Компілятор TypeScript видалить цей імпорт та інформацію про тип під час компіляції. Однак з точки зору модульної системи JavaScript, це просто ще один імпорт. Бандлери та рушії повинні мати спеціальну логіку для обробки та відкидання цих "тільки типових" імпортів, що є рішенням, яке існує поза специфікацією мови JavaScript.

Проблема 2: Пошук абстракцій з нульовою вартістю

Абстракція з нульовою вартістю — це функція, яка забезпечує високорівневу зручність під час розробки, але компілюється у високоефективний код без жодних накладних витрат під час виконання. Ідеальним прикладом є бібліотека валідації. Ви можете написати:

validate(userSchema, userData);

Під час виконання це включає виклик функції та виконання логіки валідації. А що, якби мова могла під час збірки проаналізувати схему та згенерувати високоспецифічний, вбудований код валідації, видаливши загальний виклик функції `validate` та об'єкт схеми з фінального бандлу? Наразі це неможливо зробити стандартизованим способом. Уся функція `validate` та об'єкт `userSchema` повинні бути доставлені клієнту, навіть якщо валідацію можна було б виконати або попередньо скомпілювати інакше.

Проблема 3: Відсутність стандартизованих макросів

Макроси — це потужна функція в таких мовах, як Rust, Lisp та Swift. По суті, це код, який пише код під час компіляції. У JavaScript ми симулюємо макроси за допомогою інструментів, таких як плагіни Babel або перетворення SWC. Найпоширенішим прикладом є JSX:

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

Це не є валідним JavaScript. Інструмент збірки перетворює це на:

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

Це перетворення є потужним, але повністю покладається на зовнішні інструменти. Не існує нативного, вбудованого в мову способу визначити функцію, яка виконує такий вид синтаксичного перетворення. Ця відсутність стандартизації призводить до складного та часто крихкого ланцюжка інструментів.

Представляємо імпорти на етапі компіляції: Зміна парадигми

Імпорти на етапі компіляції є прямою відповіддю на ці обмеження. Пропозиція вводить новий синтаксис оголошення імпорту, який явно відокремлює залежності часу збірки від залежностей часу виконання.

Новий синтаксис простий та інтуїтивно зрозумілий: import source.

import { MyType } from './types.js'; // Стандартний імпорт часу виконання
import source { MyMacro } from './macros.js'; // Новий імпорт на етапі компіляції

Ключова концепція: Розділення фаз

Ключова ідея полягає в тому, щоб формалізувати дві різні фази оцінки коду:

1. Фаза компіляції (Source Phase / Build Time): Ця фаза відбувається першою і обробляється "хостом" JavaScript (наприклад, бандлером, середовищем виконання як Node.js або Deno, або середовищем розробки/збірки браузера). Під час цієї фази хост шукає оголошення import source. Потім він завантажує та виконує ці модулі у спеціальному, ізольованому середовищі. Ці модулі можуть інспектувати та трансформувати вихідний код модулів, які їх імпортують.
2. Фаза виконання (Runtime Phase / Execution Time): Це фаза, з якою ми всі знайомі. Рушій JavaScript виконує кінцевий, потенційно трансформований код. Усі модулі, імпортовані через import source, та код, що їх використовував, повністю зникають; вони не залишають жодних слідів у графі модулів часу виконання.

Уявіть це як стандартизований, безпечний та обізнаний про модулі препроцесор, вбудований безпосередньо у специфікацію мови. Це не просто заміна тексту, як у препроцесорі C; це глибоко інтегрована система, яка може працювати зі структурою JavaScript, наприклад, з абстрактними синтаксичними деревами (AST).

Ключові випадки використання та практичні приклади

Справжня сила імпортів на етапі компіляції стає очевидною, коли ми розглядаємо проблеми, які вони можуть елегантно вирішити. Давайте розглянемо деякі з найбільш впливових випадків використання.

Випадок 1: Нативні анотації типів з нульовою вартістю

Одним з основних рушіїв цієї пропозиції є надання нативного місця для систем типів, таких як TypeScript та Flow, всередині самої мови JavaScript. Наразі `import type { ... }` є специфічною для TypeScript функцією. З імпортами на етапі компіляції це стає стандартною конструкцією мови.

Поточний варіант (TypeScript):

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

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

Майбутній варіант (Стандартний JavaScript):

// types.js
export interface User { /* ... */ } // Припускаючи, що пропозиція щодо синтаксису типів також буде прийнята

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

Перевага: Інструкція import source чітко повідомляє будь-якому інструменту або рушію JavaScript, що ./types.js є залежністю лише для часу збірки. Рушій виконання ніколи не намагатиметься завантажити або розібрати його. Це стандартизує концепцію стирання типів, роблячи її формальною частиною мови та спрощуючи роботу бандлерів, лінтерів та інших інструментів.

Випадок 2: Потужні та гігієнічні макроси

Макроси є найбільш трансформаційним застосуванням імпортів на етапі компіляції. Вони дозволяють розробникам розширювати синтаксис JavaScript та створювати потужні, предметно-орієнтовані мови (DSL) безпечним та стандартизованим способом.

Уявімо простий макрос для логування, який автоматично включає назву файлу та номер рядка під час збірки.

Визначення макросу:

// macros.js
export function log(macroContext) {
// 'macroContext' надаватиме API для інспектування місця виклику
const callSite = macroContext.getCallSiteInfo(); // напр., { file: 'app.js', line: 5 }
const messageArgument = macroContext.getArgument(0); // Отримати AST для повідомлення // Повернути новий AST для виклику console.log
return `console.log("[${callSite.file}:${callSite.line}]", ${messageArgument})`;
}

Використання макросу:

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

Скомпільований код для виконання:

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

Перевага: Ми створили більш виразну функцію `log`, яка впроваджує інформацію часу збірки безпосередньо в код часу виконання. Під час виконання немає виклику функції `log`, лише прямий `console.log`. Це справжня абстракція з нульовою вартістю. Цей самий принцип можна було б використати для реалізації JSX, styled-components, бібліотек інтернаціоналізації (i18n) та багато іншого, все це без спеціальних плагінів Babel.

Випадок 3: Інтегрована генерація коду під час збірки

Багато застосунків покладаються на генерацію коду з інших джерел, таких як схема GraphQL, визначення Protocol Buffers або навіть простий файл даних, як-от YAML або JSON.

Уявіть, що у вас є схема GraphQL і ви хочете згенерувати для неї оптимізований клієнт. Сьогодні це вимагає зовнішніх інструментів командного рядка та складної конфігурації збірки. З імпортами на етапі компіляції це могло б стати інтегрованою частиною вашого графа модулів.

Модуль-генератор:

// graphql-codegen.js
export function createClient(schemaText) {
// 1. Розібрати schemaText
// 2. Згенерувати JavaScript-код для типізованого клієнта
// 3. Повернути згенерований код як рядок
const generatedCode = `
export const client = {
query: { /* ... згенеровані методи ... */ }
};
`;
return generatedCode;
}

Використання генератора:

// app.js
// 1. Імпортувати схему як текст, використовуючи Import Assertions (окрема функція)
import schema from './api.graphql' with { type: 'text' }; // 2. Імпортувати генератор коду за допомогою імпорту на етапі компіляції
import source { createClient } from './graphql-codegen.js'; // 3. Виконати генератор під час збірки та вставити його результат
export const { client } = createClient(schema);

Перевага: Увесь процес є декларативним і є частиною вихідного коду. Запуск зовнішнього генератора коду більше не є окремим, ручним кроком. Якщо `api.graphql` змінюється, інструмент збірки автоматично знає, що потрібно повторно запустити фазу компіляції для `app.js`. Це робить робочий процес розробки простішим, надійнішим і менш схильним до помилок.

Як це працює: Хост, пісочниця та фази

Важливо розуміти, що сам рушій JavaScript (наприклад, V8 у Chrome та Node.js) не виконує фазу компіляції. Відповідальність лягає на середовище хоста.

Роль хоста

Хост — це програма, яка компілює або виконує код JavaScript. Це може бути:

• Бандлер, такий як Vite, Webpack або Parcel.
• Середовище виконання, таке як Node.js або Deno.
• Навіть браузер може виступати як хост для коду, що виконується в його DevTools або під час процесу збірки на сервері розробки.

Хост організовує двофазний процес:

1. Він розбирає код і знаходить усі оголошення import source.
2. Він створює ізольоване, пісочне середовище (часто називається "Realm") спеціально для виконання модулів фази компіляції.
3. Він виконує код з імпортованих модулів компіляції в цій пісочниці. Цим модулям надаються спеціальні API для взаємодії з кодом, який вони трансформують (наприклад, API для маніпуляції AST).
4. Трансформації застосовуються, результатом чого є кінцевий код часу виконання.
5. Цей кінцевий код потім передається звичайному рушію JavaScript для фази виконання.

Безпека та пісочниця є критично важливими

Виконання коду під час збірки створює потенційні ризики безпеки. Зловмисний скрипт часу збірки може спробувати отримати доступ до файлової системи або мережі на машині розробника. Пропозиція щодо імпортів на етапі компіляції робить сильний акцент на безпеці.

Код фази компіляції виконується у високообмеженій пісочниці. За замовчуванням він не має доступу до:

• Локальної файлової системи.
• Мережевих запитів.
• Глобальних змінних часу виконання, таких як window або process.

Будь-які можливості, як-от доступ до файлів, повинні бути явно надані середовищем хоста, що дає користувачеві повний контроль над тим, що дозволено робити скриптам часу збірки. Це робить його набагато безпечнішим, ніж поточна екосистема плагінів та скриптів, які часто мають повний доступ до системи.

Глобальний вплив на екосистему JavaScript

Впровадження імпортів на етапі компіляції викличе хвилі по всій глобальній екосистемі JavaScript, фундаментально змінюючи спосіб, у який ми створюємо інструменти, фреймворки та застосунки.

Для авторів фреймворків та бібліотек

Фреймворки, такі як React, Svelte, Vue та Solid, могли б використовувати імпорти на етапі компіляції, щоб зробити свої компілятори частиною самої мови. Компілятор Svelte, який перетворює компоненти Svelte на оптимізований ванільний JavaScript, міг би бути реалізований як макрос. JSX міг би стати стандартним макросом, усуваючи необхідність для кожного інструменту мати власну реалізацію перетворення.

Бібліотеки CSS-in-JS могли б виконувати весь свій аналіз стилів та генерацію статичних правил під час збірки, постачаючи мінімальний або навіть нульовий рантайм, що призвело б до значного покращення продуктивності.

Для розробників інструментарію

Для творців Vite, Webpack, esbuild та інших ця пропозиція пропонує потужну, стандартизовану точку розширення. Замість того, щоб покладатися на складний API плагінів, який відрізняється між інструментами, вони можуть підключатися безпосередньо до власної фази збірки мови. Це може призвести до більш уніфікованої та сумісної екосистеми інструментів, де макрос, написаний для одного інструменту, бездоганно працює в іншому.

Для розробників застосунків

Для мільйонів розробників, які щодня пишуть JavaScript-застосунки, переваги численні:

• Простіші конфігурації збірки: Менша залежність від складних ланцюжків плагінів для звичайних завдань, таких як обробка TypeScript, JSX або генерація коду.
• Покращена продуктивність: Справжні абстракції з нульовою вартістю призведуть до менших розмірів бандлів та швидшого виконання коду.
• Покращений досвід розробника: Можливість створювати власні, предметно-орієнтовані розширення мови відкриє нові рівні виразності та зменшить кількість шаблонного коду.

Поточний статус та шлях уперед

Імпорти на етапі компіляції — це пропозиція, що розробляється TC39, комітетом, який стандартизує JavaScript. Процес TC39 має чотири основні етапи, від Етапу 1 (пропозиція) до Етапу 4 (завершено та готово до включення в мову).

Станом на кінець 2023 року, пропозиція "source phase imports" (разом з її аналогом, макросами) перебуває на Етапі 2. Це означає, що комітет прийняв чернетку і активно працює над детальною специфікацією. Основний синтаксис та семантика в основному узгоджені, і це етап, на якому заохочуються початкові реалізації та експерименти для надання зворотного зв'язку.

Це означає, що ви не можете використовувати import source у своєму браузері або проекті Node.js сьогодні. Однак ми можемо очікувати появи експериментальної підтримки в передових інструментах збірки та транспіляторах у найближчому майбутньому, коли пропозиція дозріє до Етапу 3. Найкращий спосіб бути в курсі — стежити за офіційними пропозиціями TC39 на GitHub.

Висновок: Майбутнє за етапом компіляції

Імпорти на етапі компіляції являють собою один з найзначніших архітектурних зсувів в історії JavaScript з часів впровадження ES-модулів. Створюючи формальне, стандартизоване розділення між часом збірки та часом виконання, пропозиція заповнює фундаментальну прогалину в мові. Вона приносить можливості, яких розробники давно бажали — макроси, метапрограмування на етапі компіляції та справжні абстракції з нульовою вартістю — з царини кастомних, фрагментованих інструментів у ядро самого JavaScript.

Це більше, ніж просто новий синтаксис; це новий спосіб мислення про те, як ми створюємо програмне забезпечення за допомогою JavaScript. Він дає розробникам змогу переносити більше логіки з пристрою користувача на машину розробника, що призводить до застосунків, які є не тільки більш потужними та виразними, але й швидшими та ефективнішими. Оскільки пропозиція продовжує свій шлях до стандартизації, вся глобальна спільнота JavaScript повинна спостерігати з нетерпінням. Нова ера інновацій на етапі компіляції вже на горизонті.