Webpack 实现 Tree shaking 的前世今生-技术圈

左琳，微医前端技术部前端开发工程师。身处互联网浪潮之中，热爱生活与技术。

前言

如果看过 rollup 系列的这篇文章 - 无用代码去哪了？项目减重之 rollup 的 Tree-shaking，那你一定对 tree-shaking 不陌生了。如果对 tree-shaking 相关知识不熟悉，请先点开上面这篇文章花 5 分钟了解一下：什么是 tree-shaking。

众所周知，原本不支持 tree-shaking 的 Webpack 在它的 2.x 版本也实现了 tree-shaking，好奇心又来了，rollup 从一开始就自实现了 tree-shaking，而 Webpack 则是看到 rollup 的打包瘦身效果之后，到了 2.x 才实现，那么二者实现 tree-shaking 的原理是一样的吗？

因为这样的疑问，就有了眼前这篇文章。

Tree-shaking 实现机制

快速浏览完官方文档和一众文章后，发现 webpack 实现 tree-shaking 的方式还不止一种！但是，都与 rollup 不同。

早期 webpack 的配置使用并不简单，也因此曾有 webpack 配置工程师的戏称，虽然现在 webpack 的配置被极大简化了，webpack4 也宣称 0 配置，但如果涉及复杂全面的打包功能，并非是 0 配置可以实现的。了解其功能原理及配置还是极为有用的，接下来就来了解一下 webpack 实现 tree-shaking 的原理吧。

Tree-shaking -- rollup VS Webpack

rollup 是在编译打包过程中分析程序流，得益于于 ES6 静态模块（exports 和 imports 不能在运行时修改），我们在打包时就可以确定哪些代码时我们需要的。
webpack 本身在打包时只能标记未使用的代码而不移除，而识别代码未使用标记并完成 tree-shaking 的其实是 UglifyJS、babili、terser 这类压缩代码的工具。简单来说，就是压缩工具读取 webpack 打包结果，在压缩之前移除 bundle 中未使用的代码。

我们提到了标记未使用代码，也提到了 UglifyJS、babili、terser 等压缩工具，那么 webpack 与压缩工具是怎么实现 tree-shaking 的呢？先来了解下 webpack 中实现 tree-shaking 的前世今生吧！

Webpack 实现 tree-shaking 的 3 个阶段

第一阶段：UglifyJS

webpack 标记代码 + babel 转译 ES5 --> UglifyJS 压缩删除无用代码关于最早版本的 Webpack 实现 tree-shaking 可以参考这篇文章如何在 Webpack 2 中使用 tree-shaking（链接地址见文末参考），掘金也有翻译版，当然如果不愿意花时间考古，也可以看下面这一段总结：

UglifyJS 不支持 ES6 及以上，需要用 Babel 将代码编译为 ES5，然后再用 UglifyJS 来清除无用代码；
通过 Babel 将代码编译为 ES5，但又要让 ES6 模块不受 Babel 预设（preset）的影响：配置 Babel 预设不转换 module，对应地配置 Webpack 的 plugins 配置；
为避免副作用，将其标记为 pure（无副作用），以便 UglifyJS 能够处理，主要是 webpack 的编译过程阻止了对类进行 tree-shaking，它仅对函数起作用，后来通过支持将类编译后的赋值标记为 @__PURE__解决了这个问题。

// .babelrc
{
  "presets": [
    ["env", {
      "loose": true, // 宽松模式
      "modules": false // 不转换 module，保持 ES6 语法
    }]
  ]
}

// webpack.config.js
module: {
  rules: [
    { test: /\.js$/, loader: 'babel-loader' }
  ]
},

plugins: [
  new webpack.LoaderOptionsPlugin({
    minimize: true,
    debug: false
  }),
  new webpack.optimize.UglifyJsPlugin({
    compress: {
      warnings: true
    },
    output: {
      comments: false
    },
    sourceMap: false
  })
]

第二阶段：BabelMinify

webpack 标记代码 --> Babili（即 BabelMinify）压缩删除无用代码 Babili 后来被重命名为 BabelMinify，是基于 Babel 的代码压缩工具，而 Babel 已经通过我们的解析器 Babylon 理解了新语法，同时又在 babili 中集成了 UglifyJS 的压缩功能，本质上实现了和 UglifyJS 一样的功能，但使用 babili 插件又不必再转译，而是直接压缩，使代码体积更小。

一般使用 Babili 替代 uglify 有 Babili 插件式和 babel-loader 预设两种方式。在官方文档最后有说明，Babel Minify 最适合针对最新的浏览器（具有完整的 ES6+ 支持），也可以与通常的 Babel es2015 预设一起使用，以首先向下编译代码。

在 webpack 中使用 babel-loader，然后再引入 minify 作为一个 preset 会比直接使用 BabelMinifyWebpackPlugin 插件（下一个就讲到）执行得更快。因为 babel-minify 处理的文件体积会更小。

第三阶段：Terser

webpack 标记代码 --> Terser 压缩删除无用代码（webpack5 已内置） terser 是一个用于 ES6+ 的 JavaScript 解析器和 mangler/compressor 工具包。如果你看过这个 issue(https://github.com/webpack-contrib/terser-webpack-plugin/issues/15)，就会知道放弃 uglify 而投向 terser 怀抱的人越来越多，其原因也很清楚：

uglify 不再进行维护且不支持 ES6+ 语法
webpack 默认内置配置了 terser 插件实现代码压缩关于副作用，从 webpack 4 正式版本扩展了未使用模块检测能力，通过 package.json 的 "sideEffects" 属性作为标记，向 compiler 提供提示，表明项目中的哪些文件是 "pure(纯正 ES2015 模块)"，由此可以安全地删除文件中未使用的部分。

webpack4 的时候还要手动配置一下压缩插件，但最新的 webpack5 已经内置实现 tree-shaking 啦！在生产环境下无需配置即可实现 tree-shaking !

Webpack 的 Tree-shaking 流程

Webpack 标记代码

总的来说，webpack 对代码进行标记，主要是对 import & export 语句标记为 3 类：

所有 import 标记为 /* harmony import */
所有被使用过的 export 标记为/* harmony export ([type]) */，其中 [type] 和 webpack 内部有关，可能是 binding, immutable 等等
没被使用过的 export 标记为/* unused harmony export [FuncName] */，其中 [FuncName] 为 export 的方法名称

首先我们要知道，为了正常运行业务项目，Webpack 需要将开发者编写的业务代码以及支撑、调配这些业务代码的运行时一并打包到产物(bundle)中。落到 Webpack 源码实现上，运行时的生成逻辑可以划分为打包阶段中的两个步骤：

依赖收集：遍历代码模块并收集模块的特性依赖，从而确定整个项目对 Webpack runtime 的依赖列表；
生成：合并 runtime 的依赖列表，打包到最终输出的 bundle。

显然，对代码的语句标记就发生在依赖收集的过程中。

在运行时环境标记所有 import：

const exportsType = module.getExportsType(
 chunkGraph.moduleGraph,
 originModule.buildMeta.strictHarmonyModule
);
runtimeRequirements.add(RuntimeGlobals.require);
const importContent = `/* harmony import */ ${optDeclaration}${importVar} = __webpack_require__(${moduleId});\n`;

// 动态导入语法分析
if (exportsType === "dynamic") {
 runtimeRequirements.add(RuntimeGlobals.compatGetDefaultExport);
 return [
  importContent, // 标记/* harmony import */
  `/* harmony import */ ${optDeclaration}${importVar}_default = /*#__PURE__*/${RuntimeGlobals.compatGetDefaultExport}(${importVar});\n` // 通过 /*#__PURE__*/ 注释可以告诉 webpack 一个函数调用是无副作用的
 ]; // 返回 import 语句和 compat 语句
}

在运行时环境标记所有被使用过的和未被使用的 export：

 // 在运行时状态定义 property getters
  generate() {
  const { runtimeTemplate } = this.compilation;
  const fn = RuntimeGlobals.definePropertyGetters;
  return Template.asString([
   "// define getter functions for harmony exports",
   `${fn} = ${runtimeTemplate.basicFunction("exports, definition", [
    `for(var key in definition) {`,
    Template.indent([
     `if(${RuntimeGlobals.hasOwnProperty}(definition, key) && !${RuntimeGlobals.hasOwnProperty}(exports, key)) {`,
     Template.indent([
      "Object.defineProperty(exports, key, { enumerable: true, get: definition[key] });"
     ]),
     "}"
    ]),
    "}"
   ])};`
  ]);
 }
  
  // 输入为 generate 上下文
  getContent({ runtimeTemplate, runtimeRequirements }) {
  runtimeRequirements.add(RuntimeGlobals.exports);
  runtimeRequirements.add(RuntimeGlobals.definePropertyGetters);

  const unusedPart =
   this.unusedExports.size > 1
    ? `/* unused harmony exports ${joinIterableWithComma(
      this.unusedExports
      )} */\n`
    : this.unusedExports.size > 0
    ? `/* unused harmony export ${first(this.unusedExports)} */\n`
    : "";
  const definitions = [];
  for (const [key, value] of this.exportMap) {
   definitions.push(
    `\n/* harmony export */   ${JSON.stringify(
     key
    )}: ${runtimeTemplate.returningFunction(value)}`
   );
  }
  const definePart =
   this.exportMap.size > 0
    ? `/* harmony export */ ${RuntimeGlobals.definePropertyGetters}(${
      this.exportsArgument
      }, {${definitions.join(",")}\n/* harmony export */ });\n`
    : "";
  return `${definePart}${unusedPart}`; // 作为初始化代码包含的源代码
 }
}

压缩清除大法

UglifyJS

以 UglifyJS 为例，UglifyJS 是一个 js 解释器、最小化器、压缩器、美化器工具集（parser, minifier, compressor or beautifier toolkit）。具体介绍可以查看下 UglifyJS 中文手册。

如果不想浏览这么一大长篇文档，可以看干净利落、直指 tree-shaking 的压缩配置参数总结吧！

dead_code -- 移除没被引用的代码 // 是不是很眼熟！无用代码！
drop_debugger -- 移除 debugger
unused -- 干掉没有被引用的函数和变量。（除非设置"keep_assign"，否则变量的简单直接赋值也不算被引用。）
toplevel -- 干掉顶层作用域中没有被引用的函数 ("funcs")和/或变量("vars") (默认是 false , true 的话即函数变量都干掉)
warnings -- 当删除没有用处的代码时，显示警告 // 还挺贴心有么有~
pure_getters -- 默认是 false. 如果你传入 true，UglifyJS 会假设对象属性的引用（例如 foo.bar 或 foo["bar"]）没有函数副作用。
pure_funcs -- 默认 null. 你可以传入一个名字的数组，UglifyJS 会假设这些函数没有函数副作用。

举个栗子：

plugins: [
  new UglifyJSPlugin({
    uglifyOptions: {
      compress: {
          // 这样该函数会被认为没有函数副作用，整个声明会被废弃。在目前的执行情况下，会增加开销（压缩会变慢）。
          pure_funcs: ['Math.floor']
      }
    }
  })
],

Tip：假如名字在作用域中重新定义，不会再次检测。例如 var q = Math.floor(a/b)，假如变量 q 没有被引用，UglifyJS 会干掉它，但 Math.floor(a/b)会被保留，没有人知道它是干嘛的。

side_effects -- 默认 true. 传 false 禁用丢弃纯函数。如果一个函数被调用前有一段/@PURE/ or /#PURE/ 注释，该函数会被标注为纯函数。例如 /@PURE/foo();

事实上，在这么多的压缩配置中，除了要解决副作用问题要手动配置以外，仅使用 UglifyJS 默认配置即可去除无用标记代码以实现 tree-shaking。

terser

以 terser 为例，terser 是一个用于 ES6+ 的 JavaScript 解析器和 mangler/compressor 工具包。具体可查看官方文档。虽然没有中文文档，但是一眼扫过去也可以看出来配置参数和 UglifyJS 没有太大区别。当然很明显地多了一些参数：

arrows -- 如果转换后的代码更短，类和对象字面量方法也将被转换为箭头表达式
ecma -- 通过 ES2015 或更高版本来启用压缩选项，将 ES5 代码转换为更小的 ES6+等效形式显然是因为 terser 支持 ES6+ 语法，这也是它淘汰 UglifyJS 的优势之一。

压缩性能 PK

目前 Webpack 已经更新到了版本 5.X，已经将 terser 插件默认内置且无需配置，虽然生产环境下默认使用 TerserPlugin ，并且也是代码压缩方面比较好的选择，但是还有一些其他可选择项。等等，我们的主题不是 tree-shaking 吗？怎么在压缩工具的路上突然越走越远...

本质上，实现 tree-shaking 的还是压缩工具，所以我们来看压缩工具的性能好像也没毛病！

TIP：压缩是在生产环境中生效的，所以生产环境下才能 tree-shaking。下面 3 个可配置插件要求 webpack 版本至少在 V4+。

UglifyjsWebpackPlugin

基本的使用方式也更加简单：

// webpack.config.js
const UglifyJsPlugin = require('uglifyjs-webpack-plugin');

module.exports = {
  optimization: {
    minimizer: [new UglifyJsPlugin()],
  },
};

const UglifyJsPlugin = require('uglifyjs-webpack-plugin')

module.exports = {
  plugins: [
    new UglifyJsPlugin()
  ]
}

BabelMinifyWebpackPlugin

一般使用 babili 替代 UglifyJS 有 Babili 插件式和 babel-loader 预设两种方式。

Babili 插件式

只要用 Babili 插件替代 uglify 即可，此时也不需要 babel-loader 了：

// webpack.config.js
const MinifyPlugin = require("babel-minify-webpack-plugin");
module.exports = {
  plugins: [
    new MinifyPlugin(minifyOpts, pluginOpts)
  ]
}

babel-loader 预设

在官方文档最后有说明，Babel Minify 最适合针对最新的浏览器（具有完整的 ES6+ 支持），也可以与通常的 Babel es2015 预设一起使用，以首先向下编译代码。

在 webpack 中使用 babel-loader，然后再引入 minify 作为一个 preset 会比直接使用 BabelMinifyWebpackPlugin 插件执行得更快。因为 babel-minify 处理的文件体积会更小。

即在.babelrc 中配置如下：

{
  "presets": ["es2015"],
  "env": {
    "production": {
      "presets": ["minify"]
    }
  }
}

但 BabelMinifyWebpackPlugin 插件存在必定有其无法替代的作用：

webpack loader 对单个文件进行操作， minify preset 作为一个 webpack loader 会把每个文件视为在浏览器全局范围内直接执行（默认情况下），并不会优化顶级作用域内的某些内容；
当排除 node_modules 不通过 babel-loader 运行时，babel-minify 优化不会应用于被排除的文件；
当使用 babel-loader 时，由 webpack 为模块系统生成的代码不会通过 babel-minify 进行优化；
webpack 插件可以在整个 chunk/bundle 输出上运行，并且可以优化整个 bundle。

采用第一种方式：

TerserWebpackPlugin

同 uglify 和 babelMinify 插件一样，terser 插件配置使用也十分简单。

webpack.config.js
const TerserPlugin = require("terser-webpack-plugin");

module.exports = {
  optimization: {
    minimize: true,
    minimizer: [new TerserPlugin()],
  },
};

看上去结果是符合预期的，又因为我的文件代码本身体积就小，所以压缩包体积上的优势其实并不明显，但压缩时间上还是比较明显的。

官方数据性能对比

再来康康 bableMinify 文档中给出的对比吧：

打包 react：打包 vue：

打包 lodash：打包 three.js：

小结

先让我们来看看 issue 区网友们是怎么说的：

大意是 terser 压缩性能相较于 uglify 提升了三倍！Nice！

大意是说：鉴于 terser-webpack-plugin 得到维护并且有更多的正确性修复，绝对是首选 -- 即使没有性能改进（事实上还是有所改进的），也值得切换。最后一句话总结：webpack 打包 + terser 压缩才是最终的不二之选！webpack5 内置 terser 说明了一切!

处理 Side Effects

「副作用」的定义是，在导入时会执行特殊行为的代码，而不是仅仅暴露一个 export 或多个 export。举例说明，例如 polyfill，它影响全局作用域，并且通常不提供 export。

关于副作用在 rollup 中也已经介绍过。有些模块导入，只要被引入，就会对应用程序产生重要的影响。比如全局样式表，或者设置全局配置的 JavaScript 文件就是很好的例子。

Webpack 认为这样的文件有“副作用”，具有副作用的文件不应该做 tree-shaking，因为这将破坏整个应用程序。webpack 的 tree-shaking 在副作用处理方面稍显逊色，它可以简单的判断变量后续是否被引用、修改，但是不能判断一个变量完整的修改过程，不知道它是否已经指向了外部变量，所以很多有可能会产生副作用的代码，都只能保守的不删除。

幸运的是，我们可以通过配置项目，告诉 Webpack 哪些代码是没有副作用的，可以进行 tree-shaking。

配置参数

在项目的 package.json 文件中，添加 "sideEffects" 属性。package.json 有一个特殊的属性 sideEffects，就是为处理副作用而存在的 -- 向 webpack 的 compiler 提供提示哪些代码是“纯粹部分”。它有三个可能的值：

true 是默认值，如果不指定其他值的话。这意味着所有的文件都有副作用，也就是没有一个文件可以 tree-shaking。
false 告诉 Webpack 没有文件有副作用，所有文件都可以 tree-shaking。
第三个值 […] 是文件路径数组。它告诉 webpack，除了数组中包含的文件外，你的任何文件都没有副作用。因此，除了指定的文件之外，其他文件都可以安全地进行 tree-shaking。

{
  "name": "your-project",
  "sideEffects": false
  // "sideEffects": [ // 数组方式支持相关文件的相对路径、绝对路径和 glob 模式
  //  "./src/some-side-effectful-file.js",
  //  "*.css"
  //]
}

每个项目都必须将 sideEffects 属性设置为 false 或文件路径数组，如果你的代码确实有一些副作用，那么可以改为提供一个数组，在工作中需要正确配置 sideEffects 标记。

代码中标记

可以通过 /#PURE/ 注释可以告诉 webpack 一个函数调用是无副作用的。在函数调用之前，用来标记它们是无副作用的(pure)。传到函数中的入参是无法被刚才的注释所标记，需要单独每一个标记才可以。如果一个没被使用的变量定义的初始值被认为是无副作用的（pure），它会被标记为死代码，不会被执行且会被压缩工具清除掉。当 optimization.innerGraph 被设置成 true 这个行为被会开启，而在 webpack5.x 中optimization.innerGraph 默认为 true。

语法使用层面

首先，mode 为 production 模式下才会启用更多优化项，包括我们本文讲的压缩代码与 tree shaking；
使用 ES2015 模块语法（即 import 和 export）；
确保没有编译器将 ES2015 模块语法转换为 CommonJS 的，把 presets 中的 modules 设置为 false，告诉 babel 不要编译模块代码。

总结

如果是开发 JavaScript 库，使用 rollup！并且提供 ES6 module 的版本，入口文件地址设置到 package.json 的 module 字段；
使用 webpack 哪怕是旧版本可以优先考虑 terser 插件作为压缩工具；
为避免副作用，尽量不写带有副作用的代码，使用 ES2015 模块语法；
在项目 package.json 文件中，添加一个 sideEffects 入口，设置 sideEffects 属性为 false，也可以通过 /#PURE/ 注释强制删除一些认为不会产生副作用的代码；
在 Webpack 中还要额外引入一个能够删除未引用代码(dead code)的压缩工具（eg. Terser）。

参考资料

如何在 Webpack 2 中使用 tree-shaking()https://blog.craftlab.hu/how-to-do-proper-tree-shaking-in-webpack-2-e27852af8b21
你的 Tree-Shaking 并没什么卵用(https://zhuanlan.zhihu.com/p/32831172)
UglifyJS 中文手册(https://github.com/LiPinghai/UglifyJSDocCN/blob/master/README.md)
Webpack 4 Tree Shaking 终极优化指南(https://juejin.cn/post/6844903998634328072#heading-5)
Webpack 中文文档 Tree-shaking(https://www.webpackjs.com/guides/tree-shaking/)

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