摘要：前端模塊化成為了主流的今天，離不開各種打包工具的貢獻。與此同時，打包工具也會處理好模塊之間的依賴關系，最終這個大模塊將可以被運行在合適的平臺中。至此，整一個打包工具已經完成。明白了當中每一步的目的，便能夠明白一個打包工具的運行原理。

前端模塊化成為了主流的今天，離不開各種打包工具的貢獻。社區里面對于webpack，rollup以及后起之秀parcel的介紹層出不窮，對于它們各自的使用配置分析也是汗牛充棟。為了避免成為一位“配置工程師”，我們需要來了解一下打包工具的運行原理，只有把核心原理搞明白了，在工具的使用上才能更加得心應手。

本文基于parcel核心開發者@ronami的開源項目minipack而來，在其非常詳盡的注釋之上加入更多的理解和說明，方便讀者更好地理解。

顧名思義，打包工具就是負責把一些分散的小模塊，按照一定的規則整合成一個大模塊的工具。與此同時，打包工具也會處理好模塊之間的依賴關系，最終這個大模塊將可以被運行在合適的平臺中。

打包工具會從一個入口文件開始，分析它里面的依賴，并且再進一步地分析依賴中的依賴，不斷重復這個過程，直到把這些依賴關系理清挑明為止。

從上面的描述可以看到，打包工具最核心的部分，其實就是處理好模塊之間的依賴關系，而minipack以及本文所要討論的，也是集中在模塊依賴關系的知識點當中。

為了簡單起見，minipack項目直接使用ES modules規范，接下來我們新建三個文件，并且為它們之間建立依賴：

/* name.js */

export const name = "World"

/* message.js */

import { name } from "./name.js"

export default `Hello ${name}!`

/* entry.js */

import message from "./message.js"

console.log(message)

它們的依賴關系非常簡單：entry.js → message.js → name.js，其中entry.js將會成為打包工具的入口文件。

但是，這里面的依賴關系只是我們人類所理解的，如果要讓機器也能夠理解當中的依賴關系，就需要借助一定的手段了。

新建一個js文件，命名為minipack.js，首先引入必要的工具。

/* minipack.js */

const fs = require("fs")
const path = require("path")
const babylon = require("babylon")
const traverse = require("babel-traverse").default
const { transformFromAst } = require("babel-core")

接下來，我們會撰寫一個函數，這個函數接收一個文件作為模塊，然后讀取它里面的內容，分析出其所有的依賴項。當然，我們可以通過正則匹配模塊文件里面的import關鍵字，但這樣做非常不優雅，所以我們可以使用babylon這個js解析器把文件內容轉化成抽象語法樹（AST），直接從AST里面獲取我們需要的信息。

得到了AST之后，就可以使用babel-traverse去遍歷這棵AST，獲取當中關鍵的“依賴聲明”，然后把這些依賴都保存在一個數組當中。

最后使用babel-core的transformFromAst方法搭配babel-preset-env插件，把ES6語法轉化成瀏覽器可以識別的ES5語法，并且為該js模塊分配一個ID。

let ID = 0

function createAsset (filename) {
  // 讀取文件內容
  const content = fs.readFileSync(filename, "utf-8")

  // 轉化成AST
  const ast = babylon.parse(content, {
    sourceType: "module",
  });

  // 該文件的所有依賴
  const dependencies = []

  // 獲取依賴聲明
  traverse(ast, {
    ImportDeclaration: ({ node }) => {
      dependencies.push(node.source.value);
    }
  })

  // 轉化ES6語法到ES5
  const {code} = transformFromAst(ast, null, {
    presets: ["env"],
  })

  // 分配ID
  const id = ID++

  // 返回這個模塊
  return {
    id,
    filename,
    dependencies,
    code,
  }
}

運行createAsset("./example/entry.js")，輸出如下：

{ id: 0,
  filename: "./example/entry.js",
  dependencies: [ "./message.js" ],
  code: ""use strict";

var _message = require("./message.js");

var _message2 = _interopRequireDefault(_message);

function _interopRequireDefault(obj) { return obj && obj.__esModule ? obj : { default: obj }; }

console.log(_message2.default);" }

可見entry.js文件已經變成了一個典型的模塊，且依賴已經被分析出來了。接下來我們就要遞歸這個過程，把“依賴中的依賴”也都分析出來，也就是下一節要討論的建立依賴關系圖集。

新建一個名為createGragh()的函數，傳入一個入口文件的路徑作為參數，然后通過createAsset()解析這個文件使之定義成一個模塊。

接下來，為了能夠挨個挨個地對模塊進行依賴分析，所以我們維護一個數組，首先把第一個模塊傳進去并進行分析。當這個模塊被分析出還有其他依賴模塊的時候，就把這些依賴模塊也放進數組中，然后繼續分析這些新加進去的模塊，直到把所有的依賴以及“依賴中的依賴”都完全分析出來。

與此同時，我們有必要為模塊新建一個mapping屬性，用來儲存模塊、依賴、依賴ID之間的依賴關系，例如“ID為0的A模塊依賴于ID為2的B模塊和ID為3的C模塊”就可以表示成下面這個樣子：

{
  0: [function A () {}, { "B.js": 2, "C.js": 3 }]
}

搞清楚了個中道理，就可以開始編寫函數了。

function createGragh (entry) {
  // 解析傳入的文件為模塊
  const mainAsset = createAsset(entry)
  
  // 維護一個數組，傳入第一個模塊
  const queue = [mainAsset]

  // 遍歷數組，分析每一個模塊是否還有其它依賴，若有則把依賴模塊推進數組
  for (const asset of queue) {
    asset.mapping = {}
    // 由于依賴的路徑是相對于當前模塊，所以要把相對路徑都處理為絕對路徑
    const dirname = path.dirname(asset.filename)
    // 遍歷當前模塊的依賴項并繼續分析
    asset.dependencies.forEach(relativePath => {
      // 構造絕對路徑
      const absolutePath = path.join(dirname, relativePath)
      // 生成依賴模塊
      const child = createAsset(absolutePath)
      // 把依賴關系寫入模塊的mapping當中
      asset.mapping[relativePath] = child.id
      // 把這個依賴模塊也推入到queue數組中，以便繼續對其進行以來分析
      queue.push(child)
    })
  }

  // 最后返回這個queue，也就是依賴關系圖集
  return queue
}

可能有讀者對其中的for...of ...循環當中的queue.push有點迷，但是只要嘗試過下面這段代碼就能搞明白了：

var numArr = ["1", "2", "3"]

for (num of numArr) {
  console.log(num)
  if (num === "3") {
    arr.push("Done!")
  }
}

嘗試運行一下createGraph("./example/entry.js")，就能夠看到如下的輸出：

[ { id: 0,
    filename: "./example/entry.js",
    dependencies: [ "./message.js" ],
    code: ""use strict";

var _message = require("./message.js");

var _message2 = _interopRequireDefault(_message);

function _interopRequireDefault(obj) { return obj && obj.__esModule ? obj : { default: obj }; }

console.log(_message2.default);",
    mapping: { "./message.js": 1 } },
  { id: 1,
    filename: "example/message.js",
    dependencies: [ "./name.js" ],
    code: ""use strict";

Object.defineProperty(exports, "__esModule", {
  value: true
});

var _name = require("./name.js");

exports.default = "Hello " + _name.name + "!";",
    mapping: { "./name.js": 2 } },
  { id: 2,
    filename: "example/name.js",
    dependencies: [],
    code: ""use strict";

Object.defineProperty(exports, "__esModule", {
  value: true
});
var name = exports.name = "world";",
    mapping: {} } ]

現在依賴關系圖集已經構建完成了，接下來就是把它們打包成一個多帶帶的，可直接運行的文件啦！

上一步生成的依賴關系圖集，接下來將通過CommomJS規范來實現加載。由于篇幅關系，本文不對CommomJS規范進行擴展，有興趣的讀者可以參考@阮一峰 老師的一篇文章《瀏覽器加載 CommonJS 模塊的原理與實現》，說得非常清晰。簡單來說，就是通過構造一個立即執行函數(function () {})()，手動定義module，exports和require變量，最后實現代碼在瀏覽器運行的目的。

接下來就是依據這個規范，通過字符串拼接去構建代碼塊。

function bundle (graph) {
  let modules = ""

  graph.forEach(mod => {
    modules += `${mod.id}: [
      function (require, module, exports) { ${mod.code} },
      ${JSON.stringify(mod.mapping)},
    ],`
  })

  const result = `
    (function(modules) {
      function require(id) {
        const [fn, mapping] = modules[id];

        function localRequire(name) {
          return require(mapping[name]);
        }

        const module = { exports : {} };

        fn(localRequire, module, module.exports);

        return module.exports;
      }

      require(0);
    })({${modules}})
  `
  return result
}

最后運行bundle(createGraph("./example/entry.js"))，輸出如下：

(function (modules) {
  function require(id) {
    const [fn, mapping] = modules[id];

    function localRequire(name) {
      return require(mapping[name]);
    }

    const module = { exports: {} };

    fn(localRequire, module, module.exports);

    return module.exports;
  }

  require(0);
})({
  0: [
    function (require, module, exports) {
      "use strict";

      var _message = require("./message.js");

      var _message2 = _interopRequireDefault(_message);

      function _interopRequireDefault(obj) { return obj && obj.__esModule ? obj : { default: obj }; }

      console.log(_message2.default);
    },
    { "./message.js": 1 },
  ], 1: [
    function (require, module, exports) {
      "use strict";

      Object.defineProperty(exports, "__esModule", {
        value: true
      });

      var _name = require("./name.js");

      exports.default = "Hello " + _name.name + "!";
    },
    { "./name.js": 2 },
  ], 2: [
    function (require, module, exports) {
      "use strict";

      Object.defineProperty(exports, "__esModule", {
        value: true
      });
      var name = exports.name = "world";
    },
    {},
  ],
})

這段代碼將能夠直接在瀏覽器運行，輸出“Hello world!”。

至此，整一個打包工具已經完成。

經過上面幾個步驟，我們可以知道一個模塊打包工具，第一步會從入口文件開始，對其進行依賴分析，第二步對其所有依賴再次遞歸進行依賴分析，第三步構建出模塊的依賴圖集，最后一步根據依賴圖集使用CommonJS規范構建出最終的代碼。明白了當中每一步的目的，便能夠明白一個打包工具的運行原理。

最后再次感謝@ronami的開源項目minipack，其源碼有著更為詳細的注釋，非常值得大家閱讀。