Tree-Shaking性能优化实践 - 原理篇

一. 什么是Tree-shaking

先来看一下Tree-shaking原始的本意

上图形象的解释了Tree-shaking 的本意，本文所说的前端中的tree-shaking能够理解为经过工具"摇"咱们的JS文件，将其中用不到的代码"摇"掉，是一个性能优化的范畴。具体来讲，在 webpack 项目中，有一个入口文件，至关于一棵树的主干，入口文件有不少依赖的模块，至关于树枝。实际状况中，虽然依赖了某个模块，但其实只使用其中的某些功能。经过 tree-shaking，将没有使用的模块摇掉，这样来达到删除无用代码的目的。

Tree-shaking 较早由 Rich_Harris 的 rollup 实现，后来，webpack2 也增长了tree-shaking 的功能。其实在更早，google closure compiler 也作过相似的事情。三个工具的效果和使用各不相同，使用方法能够经过官网文档去了解，三者的效果对比，后文会详细介绍。

二. tree-shaking的原理

Tree-shaking的本质是消除无用的js代码。无用代码消除在普遍存在于传统的编程语言编译器中，编译器能够判断出某些代码根本不影响输出，而后消除这些代码，这个称之为DCE（dead code elimination）。

Tree-shaking 是 DCE 的一种新的实现，Javascript同传统的编程语言不一样的是，javascript绝大多数状况须要经过网络进行加载，而后执行，加载的文件大小越小，总体执行时间更短，因此去除无用代码以减小文件体积，对javascript来讲更有意义。

Tree-shaking 和传统的 DCE的方法又不太同样，传统的DCE 消灭不可能执行的代码，而Tree-shaking 更关注宇消除没有用到的代码。下面详细介绍一下DCE和Tree-shaking。

（1）先来看一下DCE消除大法

Dead Code 通常具备如下几个特征

•代码不会被执行，不可到达

•代码执行的结果不会被用到

•代码只会影响死变量（只写不读）

下面红框标示的代码就属于死码，知足以上特征

图4

传统编译型的语言中，都是由编译器将Dead Code从AST（抽象语法树）中删除，那javascript中是由谁作DCE呢？

首先确定不是浏览器作DCE，由于当咱们的代码送到浏览器，那还谈什么消除没法执行的代码来优化呢，因此确定是送到浏览器以前的步骤进行优化。

其实也不是上面提到的三个工具，rollup，webpack，cc作的，而是著名的代码压缩优化工具uglify，uglify完成了javascript的DCE，下面经过一个实验来验证一下。

如下全部的示例代码都能在咱们的github中找到，欢迎戳❤

github.com/lin-xi/tree…

分别用rollup和webpack将图4中的代码进行打包

图5

中间是rollup打包的结果，右边是webpack打包的结果

能够发现，rollup将无用的代码foo函数和unused函数消除了，可是仍然保留了不会执行到的代码，而webpack完整的保留了全部的无用代码和不会执行到的代码。

分别用rollup + uglify和 webpack + uglify 将图4中的代码进行打包

图6

中间是配置文件，右侧是结果

能够看到右侧最终打包结果中都去除了没法执行到的代码，结果符合咱们的预期。

(2) 再来看一下Tree-shaking消除大法

前面提到了tree-shaking更关注于无用模块的消除，消除那些引用了但并无被使用的模块。

先思考一个问题，为何tree-shaking是最近几年流行起来了？而前端模块化概念已经有不少年历史了，其实tree-shaking的消除原理是依赖于ES6的模块特性。

ES6 module 特色：

• 只能做为模块顶层的语句出现
• import 的模块名只能是字符串常量
• import binding 是 immutable的

ES6模块依赖关系是肯定的，和运行时的状态无关，能够进行可靠的静态分析，这就是tree-shaking的基础。

所谓静态分析就是不执行代码，从字面量上对代码进行分析，ES6以前的模块化，好比咱们能够动态require一个模块，只有执行后才知道引用的什么模块，这个就不能经过静态分析去作优化。

这是 ES6 modules 在设计时的一个重要考量，也是为何没有直接采用 CommonJS，正是基于这个基础上，才使得 tree-shaking 成为可能，这也是为何 rollup 和 webpack 2 都要用 ES6 module syntax 才能 tree-shaking。

咱们仍是经过例子来详细了解一下

面向过程编程函数和面向对象编程是javascript最经常使用的编程模式和代码组织方式，从这两个方面来实验：

• 函数消除实验
• 类消除实验

先看下函数消除实验

utils中get方法没有被使用到，咱们指望的是get方法最终被消除。

注意，uglify目前不会跨文件去作DCE，因此上面这种状况，uglify是不能优化的。

先看看rollup的打包结果

彻底符合预期，最终结果中没有get方法

再看看webpack的结果

也符合预期，最终结果中没有get方法

能够看到rollup打包的结果比webpack更优化

函数消除实验中，rollup和webpack都经过，符合预期

再来看下类消除实验

增长了对menu.js的引用，但其实代码中并无用到menu的任何方法和变量，因此咱们的指望是，最终代码中menu.js里的内容被消除

main.js

menu.js

rollup打包结果

包中居然包含了menu.js的所有代码

webpack打包结果

包中居然也包含了menu.js的所有代码

类消除实验中，rollup，webpack 全军覆没，都没有达到预期

what happend？

这跟咱们想象的彻底不同啊？为何呢？无用的类不能消除，这还能叫作tree-shaking吗？我当时一度怀疑本身的demo有问题，后来各类网上搜索，才明白demo没有错。

下面摘取了rollup核心贡献者的的一些回答：

图7

• rollup只处理函数和顶层的import/export变量，不能把没用到的类的方法消除掉
• javascript动态语言的特性使得静态分析比较困难
• 图7下部分的代码就是反作用的一个例子，若是静态分析的时候删除里run或者jump，程序运行时就可能报错，那就本末倒置了，咱们的目的是优化，确定不能影响执行

再举个例子说明下为何不能消除menu.js，好比下面这个场景

function Menu() {
}

Menu.prototype.show = function() {
}

Array.prototype.unique = function() {
    // 将 array 中的重复元素去除
}

export default Menu;
复制代码

若是删除里menu.js，那对Array的扩展也会被删除，就会影响功能。那也许你会问，难道rollup，webpack不能区分是定义Menu的proptotype 仍是定义Array的proptotype吗？固然若是代码写成上面这种形式是能够区分的，若是我写成这样呢？

function Menu() {
}

Menu.prototype.show = function() {
}

var a = 'Arr' + 'ay'
var b
if(a == 'Array') {
    b = Array
} else {
    b = Menu
}

b.prototype.unique = function() {
    // 将 array 中的重复元素去除
}

export default Menu;
复制代码

这种代码，静态分析是分析不了的，就算能静态分析代码，想要正确彻底的分析也比较困难。

更多关于反作用的讨论，能够看这个

Tree shaking class methods · Issue #349 · rollup/rollupgithub.com

tree-shaking对函数效果较好

函数的反作用相对较少，顶层函数相对来讲更容易分析，加上babel默认都是"use strict"严格模式，减小顶层函数的动态访问的方式，也更容易分析

咱们开始说的三个工具，rollup和webpack表现不理想，那closure compiler又如何呢？

将示例中的代码用cc打包后获得的结果以下：

天啊，这不就是咱们要的结果吗？完美消除全部无用代码的结果，输出的结果很是性感

closure compiler， tree-shaking的结果完美！

但是不能高兴得太早，能获得这么完美结果是须要条件的，那就是cc的侵入式约束规范。必须在代码里添加这样的代码，看红线框标示的

google定义一整套注解规范Annotating JavaScript for the Closure Compiler，想更多了解的，能够去看下官网。

侵入式这个就让人很不爽，google Closure Compiler是java写的，和咱们基于node的各类构建库不可能兼容（不过目前好像已经有nodejs版 Closure Compiler），Closure Compiler使用起来也比较麻烦，因此虽然效果很赞，但比较难以应用到项目中，迁移成本较大。

说了这么多，总结一下：

三大工具的tree-shaking对于无用代码，无用模块的消除，都是有限的，有条件的。closure compiler是最好的，但与咱们平常的基于node的开发流很难兼容。

tree-shaking对web意义重大，是一个极致优化的理想世界，是前端进化的又一个终极理想。

理想是美好的，但目前还处在发展阶段，还比较困难，有各个方面的，甚至有目前看来没法解

决的问题，但仍是应该相信新技术能带来更好的前端世界。

优化是一种态度，不因小而不为，不因艰而不攻。

知识有限，若是错误，请不惜指正，谢谢

下一篇将继续介绍 Tree-Shaking性能优化实践 - 实践篇

本文中示例代码都能在咱们的github中找到，欢迎戳❤

lin-xi/treeshakinggithub.com