一、前言

最近正好在学习 Webpack，觉得 Webpack 这种通过构建模块依赖图来打包项目文件的思想很有意思，于是参考了网上的一些文章实现了一个简陋版本的 mini-webpack，通过入口文件将依赖的模块打包在一起，生成一份最终运行的代码。想了解 Webpack 的构建原理还需要补充一些相关的背景知识，下面一起来看看。

二、背景知识

1. 抽象语法树（AST）

什么是抽象语法树？

平时我们编写程序的时候，会经常在代码中根据需要 import 一些模块，那 Webpack 在构建项目、分析依赖的时候是如何得知我们代码中是否有 import 文件，import 的是什么文件的呢？Webpack 并不是人，无法像我们一样一看到代码语句就明白其含义，所以我们需要将编写的代码转换成 Webpack 认识的格式让他它进行处理，这份转换后生成的东西就是抽象语法树。下面这张图能很好地说明什么是抽象语法树：

可以看到，抽象语法树是源代码的抽象语法结构树状表现形式，我们每条编写的代码语句都可以被解析成一个个的节点，将一整个代码文件解析后就会生成一颗节点树，作为程序代码的抽象表示。通过抽象语法树，我们可以做以下事情：

IDE 的错误提示、代码格式化、代码高亮、代码自动补全等
JSLint、JSHint、ESLint 对代码错误或风格的检查等
Webpack、rollup 进行代码打包等
Babel 转换 ES6 到 ES5 语法
注入代码统计单元测试覆盖率

想看看你的代码会生成怎样的抽象语法树吗？这里有一个工具 AST Explorer 能够在线预览你的代码生成的抽象语法树，感兴趣的不妨上去试一试。

2. Babel

Babel 是一个工具链，主要用于将采用 ECMAScript 2015+ 语法编写的代码转换为向后兼容的 JavaScript 语法，以便能够运行在当前和旧版本的浏览器或其他环境中。通过 Babel 我们可以做以下事情：

语法转换
通过 Polyfill 方式在目标环境中添加缺失的特性（通过第三方 Polyfill 模块，例如 core-js，实现）
源码转换 (codemods)

一般来说项目使用 Webpack 来打包文件都会配置 babel-loader 将 ES6 的代码转换成 ES5 的格式以兼容浏览器，这个过程就需要将我们的代码转换成抽象语法树后再进行转换处理，转换完成后再将抽象语法树还原成代码。

// Babel 输入：ES2015 箭头函数
[1, 2, 3].map((n) => n + 1);

// Babel 输出：ES5 语法实现的同等功能
[1, 2, 3].map(function(n) {
  return n + 1;
});

3. Webpack 打包原理

Webpack 的构建过程一般会分为以下几步：

读取 Webpack 基础配置

    // 读取 webpack.config.js 配置文件：
    const path = require（"path"）
    module.exports = {
        entry:"./src/index.js"
        mode:"development"
        output:{
          path:path.resolve(__dirname,"./dist"),
          filename:"bundle.js"
        }
    }

入口文件分析

分析依赖模块
分析内容
编译内容

依赖模块分析

分析依赖模块是否有其他模块
分析内容
编译内容

生成打包文件

    // 基础结构为一个IIFE自执行函数
    // 接收一个对象参数，key 为入口文件的目录，value为一个执行入口文件里面代码的函数
    (function (modules) {
      // installedModules 用来存放缓存
      const installedModules = {};
      // __webpack_require__用来转化入口文件里面的代码
      function __webpack_require__(moduleIid) { ... }
      // IIFE将 modules 中的 key 传递给 __webpack_require__ 函数并返回。
      return __webpack_require__(__webpack_require__.s = './src/index.js');
    }({
      './src/index.js': (function (module, exports) {
        eval('console.log(\'test webpack entry\')');
      }),
    }));

三、具体实现

1. 安装相关依赖

我们需要用到以下几个包：

@babel/parser：用于将输入代码解析成抽象语法树（AST）
@babel/traverse：用于对输入的抽象语法树（AST）进行遍历
@babel/core：babel 的核心模块，进行代码的转换
@babel/preset-env：可根据配置的目标浏览器或者运行环境来自动将 ES2015 + 的代码转换为 es5

使用 npm 命令安装一下：

npm install @babel/parser @babel/traverse @babel/core @babel/preset-env -D

2. 读取基本配置

要读取 Webpack 的基本配置，首先我们得有一个全局的配置文件：

// mini-webpack.config.js
const path = require('path');

module.exports ={
    entry: "./src/index.js",
    mode: "development",
    output: {
      path: path.resolve(__dirname,"./dist"),
      filename: "bundle.js"
    }
}

然后我们新建一个类，用于实现分析编译等函数，并在构造函数中初始化配置信息：

const options = require('./mini-webpack.config');

class MiniWebpack{
    constructor(options){
        this.options = options;
    }
    // ...
}

3. 代码转换，获取模块信息

我们使用 fs 读取文件内容，使用 parser 将模块代码转换成抽象语法树，再使用 traverse 遍历抽象语法树，针对其中的 ImportDeclaration 节点保存模块的依赖信息，最终使用 babel.transformFromAst 方法将抽象语法树还原成 ES5 风格的代码。

parse = filename => {
    // 读取文件
    const fileBuffer = fs.readFileSync(filename, 'utf-8');
    // 转换成抽象语法树
    const ast = parser.parse(fileBuffer, { sourceType: 'module' });

    const dependencies = {};
    // 遍历抽象语法树
    traverse(ast, {
        // 处理ImportDeclaration节点
        ImportDeclaration({node}){
            const dirname = path.dirname(filename);
            const newDirname = './' + path.join(dirname, node.source.value).replace('\\', '/');
            dependencies[node.source.value] = newDirname;
        }
    })
    // 将抽象语法树转换成代码
    const { code } = babel.transformFromAst(ast, null, {
        presets:['@babel/preset-env']
    });
    
    return {
        filename,
        dependencies,
        code
    }
}

4. 分析依赖关系

从入口文件开始，循环解析每个文件与其依赖文件的信息，最终生成以文件名为 key，以包含依赖关系与编译后模块代码的对象为 value 的依赖图谱对象并返回。

analyse = entry => {
    // 解析入口文件
    const entryModule = this.parse(entry);
    const graphArray = [entryModule];
    // 循环解析模块，保存信息
    for(let i=0;i<graphArray.length;++i){
        const { dependencies } = graphArray[i];
        Object.keys(dependencies).forEach(filename => {
            graphArray.push(this.parse(dependencies[filename]));
        })
    }

    const graph = {};
    // 生成依赖图谱对象
    graphArray.forEach(({filename, dependencies, code})=>{
        graph[filename] = {
            dependencies,
            code
        };
    })

    return graph;
}

5. 生成打包代码

生成依赖图谱对象，作为参数传入一个自执行函数当中。可以看到，自执行函数中有个 require 函数，它的作用是通过调用 eval 执行模块代码来获取模块内部 export 出来的值。最终我们返回打包的代码。

generate = (graph, entry) => {
    return `
    (function(graph){
        function require(filename){
            function localRequire(relativePath){
                return require(graph[filename].dependencies[relativePath]);
            }
            const exports = {};
            (function(require, exports, code){
                eval(code);
            })(localRequire, exports, graph[filename].code)

            return exports;
        }
        
        require('${entry}');
    })(${graph})
    `
}

6. 输出最终文件

通过获取 this.options 中的 output 信息，将打包代码输出到对应文件中。

fileOutput = (output, code) => {
    const { path: dirPath, filename } = output;
    const outputPath = path.join(dirPath, filename);

    // 如果没有文件夹的话，生成文件夹
    if(!fs.existsSync(dirPath)){
        fs.mkdirSync(dirPath)
    }
    // 写入文件中
    fs.writeFileSync(outputPath, code, 'utf-8');
}

7. 模拟 run 函数

我们将上面的流程集成到一个 run 函数中，通过调用该函数来将整个构建打包流程跑通。

run = () => {
    const { entry, output } = this.options;
    const graph = this.analyse(entry);
    // stringify依赖图谱对象，防止在模板字符串中调用toString()返回[object Object]
    const graphStr = JSON.stringify(graph);
    const code = this.generate(graphStr, entry);
    this.fileOutput(output, code);
}

8.mini-webpack 大功告成

通过上面的流程，我们的 mini-webpack 已经完成了。我们将文件保存为 main.js，新建一个 MiniWebpack 对象并执行它的 run 函数：

// main.js
const options = require('./mini-webpack.config');

class MiniWebpack{
    constructor(options){
        // ...
    }

    parse = filename => {
        // ...
    }

    analyse = entry => {
        // ...
    }

    generate = (graph, entry) => {
        // ...
    }

    fileOutput = (output, code) => {
        // ...
    }

    run = () => {
        // ...
    }
}

const miniWebpack = new MiniWebpack(options);
miniWebpack.run();

四、实际演示

我们来实际试验一下，看看这个 mini-webpack 能不能正常运行。

1. 新建测试文件

首先在根目录下创建 src 文件夹，新建 a.js、b.js、index.js 三个文件

三个文件内容如下：

a.js

export default 1;

b.js

export default function(){
    console.log('I am b');
}

index.js

import a from './a.js';
import b from './b.js';

console.log(a);
console.log(b);

2. 填入配置文件

配置好入口文件、输出文件等信息：

const path = require('path');

module.exports ={
    entry: "./src/index.js",
    mode: "development",
    output: {
      path: path.resolve(__dirname,"./dist"),
      filename: "bundle.js"
    }
}

3. 完善 package.json

我们在 package.json 的 scripts 中新增一个 build 命令，内容为执行 main.js：

{
  "name": "mini-webpack",
  "version": "1.0.0",
  "description": "",
  "main": "index.js",
  "scripts": {
    "test": "echo \"Error: no test specified\" && exit 1",
    "build": "node main.js"
  },
  "author": "",
  "license": "ISC",
  "devDependencies": {
    "@babel/core": "^7.15.4",
    "@babel/parser": "^7.15.4",
    "@babel/preset-env": "^7.15.4",
    "@babel/traverse": "^7.15.4"
  }
}

4. 效果演示

我们执行 npm run build 命令，可以看到在根目录下生成了 dist 文件夹，里面有个 bundle.js 文件，内容正是我们输出的打包代码：

执行下 bundle.js 文件，看看会有什么输出：

可以看到，bundle.js 的输出正是 index.js 文件中两个 console.log 输出的值，说明我们的代码转换没有问题，到这里试验算是成功了。

五、项目 Git 地址

项目代码在此：mini-webpack

六、参考文章

实现一个简单的 Webpack
Babel 中文文档
【你应该了解的】抽象语法树 AST
webpack 构建原理和实现简单 webpack

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