「 不懂就問 」Esbuild 為什么這么快?
前言
esbuild 是新一代的 JavaScript 打包工具。
他的作者是 Figma 的 CTO - Evan Wallace。
( 這卡姿蘭大眼睛，令人唏噓的發際線， 一看就知道很強!)
esbuild以速度快而著稱，耗時只有 webpack 的 2% ～3%。
esbuild 項目主要目標是: 開辟一個構建工具性能的新時代，創建一個易用的現代打包器。
它的主要功能：
- Extreme speed without needing a cache
- ES6 and CommonJS modules
- Tree shaking of ES6 modules
- An API for JavaScript and Go
- TypeScript and JSX syntax
- Source maps
- Minification
- Plugins
現在很多工具都內置了它，比如我們熟知的:
- vite,
- snowpack
借助 esbuild 優異的性能， vite 更是如虎添翼， 快到飛起。
今天我們就來探索一下: 為什么 esbuild 這么快?
下文的主要內容：
- 幾組性能數據對比
- 為什么 esbuild 這么快
- esbuild upcoming roadmap
- esbuild 在 vite 中的運用
- 為什么生產環境仍需打包?
- 為何vite不用 esbuild 打包?
- 總結
正文
先看一組對比：
使用 10 份 threeJS 的生產包，對比不同打包工具在默認配置下的打包速度。
webpack5 墊底， 耗時 55.25秒。
esbuild 僅耗時 0.37 秒。
差異巨大。
還有更多對比：
https://twitter.com/evanwallace/status/1314121407903617025
webpack5 表示很受傷: 我還比不過 webpack 4 ?
...
為什么 esbuild 這么快 ?
有以下幾個原因。
(為了保證內容的準確性， 以下內容翻譯自 esbuild 官網。)
1. 它是用 Go 語言編寫的，并可以編譯為本地代碼。
大多數打包器都是用 JavaScript 編寫的，但是對于 JIT 編譯的語言來說，命令行應用程序擁有最差的性能表現。
每次運行打包器時，JavaScript VM 都會在沒有任何優化提示的情況下看到打包程序的代碼。
在 esbuild 忙于解析 JavaScript 時，node 忙于解析打包程序的JavaScript。
到節點完成解析打包程序代碼的時間時，esbuild可能已經退出，您的打包程序甚至還沒有開始打包。
另外，Go 是為并行性而設計的，而 JavaScript 不是。
Go在線程之間共享內存，而JavaScript必須在線程之間序列化數據。
Go 和 JavaScript都有并行的垃圾收集器，但是Go的堆在所有線程之間共享，而對于JavaScript, 每個JavaScript線程中都有一個單獨的堆。
根據測試，這似乎將 JavaScript worker 線程的并行能力減少了一半，大概是因為一半CPU核心正忙于為另一半收集垃圾。
2. 大量使用了并行操作。
esbuild 中的算法經過精心設計，可以充分利用CPU資源。
大致分為三個階段：
- 解析
- 鏈接
- 代碼生成
解析和代碼生成是大部分工作，并且可以完全并行化(鏈接在大多數情況下是固有的串行任務)。
由于所有線程共享內存，因此當捆綁導入同一JavaScript庫的不同入口點時，可以輕松地共享工作。
大多數現代計算機具有多內核，因此并行性是一個巨大的勝利。
3. 代碼都是自己寫的， 沒有使用第三方依賴。
自己編寫所有內容, 而不是使用第三方庫，可以帶來很多性能優勢。
可以從一開始就牢記性能，可以確保所有內容都使用一致的數據結構來避免昂貴的轉換，并且可以在必要時進行廣泛的體系結構更改。缺點當然是多了很多工作。
例如，許多捆綁程序都使用官方的TypeScript編譯器作為解析器。
但是，它是為實現TypeScript編譯器團隊的目標而構建的，它們沒有將性能作為頭等大事。
4. 內存的高效利用。
理想情況下， 根據數據數據的長度， 編譯器的復雜度為O(n).
如果要處理大量數據，內存訪問速度可能會嚴重影響性能。
對數據進行的遍歷次數越少(將數據轉換成數據所需的不同表示形式也就越少)，編譯器就會越快。
例如，esbuild 僅觸及整個JavaScript AST 3次：
- 進行詞法分析，解析，作用域設置和聲明符號的過程
- 綁定符號，最小化語法。比如：將 JSX / TS轉換為 JS, ES Next 轉換為 es5。
- 最小標識符，最小空格，生成代碼。
當 AST 數據在CPU緩存中仍然處于活躍狀態時，會最大化AST數據的重用。
其他打包器在單獨的過程中執行這些步驟，而不是將它們交織在一起。
它們也可以在數據表示之間進行轉換，將多個庫組織在一起(例如:字符串→TS→JS→字符串，然后字符串→JS→舊的JS→字符串，然后字符串→JS→minified JS→字符串)。
這樣會占用更多內存，并且會減慢速度。
Go的另一個好處是它可以將內容緊湊地存儲在內存中，從而使它可以使用更少的內存并在CPU緩存中容納更多內容。
所有對象字段的類型和字段都緊密地包裝在一起，例如幾個布爾標志每個僅占用一個字節。
Go 還具有值語義，可以將一個對象直接嵌入到另一個對象中，因此它是'免費的'，無需另外分配。
JavaScript不具有這些功能，還具有其他缺點，例如 JIT 開銷(例如隱藏的類插槽)和低效的表示形式(例如，非整數與指針堆分配)。
以上的每一條因素， 都能在一定程度上提高編譯速度。
當它們共同工作時，效果比當今通常使用的其他打包器快幾個數量級。
以上內容比較繁瑣，對此，也有一些網友做了簡要的總結:
- 它是用 Go 語言編寫的，該語言可以編譯為本地代碼。而且 Go 的執行速度很快。一般來說，JS 的操作是毫秒級，而 Go 則是納秒級。
- 解析，生成最終打包文件和生成 source maps 的操作全部完全并行化
- 無需昂貴的數據轉換，只需很少的幾步即可完成所有操作
- 該庫以提高編譯速度為編寫代碼時的第一原則，并盡量避免不必要的內存分配。
僅作參考。
Upcoming roadmap
以下這幾個 feature 已經在進行中了, 而且是第一優先級：
- Code splitting (#16, docs)
- CSS content type (#20, docs)
- Plugin API (#111)
下面這幾個 fearure 比較有潛力, 但是還不確定：
- HTML content type (#31)
- Lowering to ES5 (#297)
- Bundling top-level await (#253)
感興趣的可以保持關注。
esbuild 在 vite 中的運用
vite 中大量使用了 esbuild, 這里簡單分享兩點。
optimizer
https://github.com/vitejs/vite/blob/main/packages/vite/src/node/optimizer/index.ts#L262
- import { build, BuildOptions as EsbuildBuildOptions } from 'esbuild'
- // ...
- const result = await build({
- entryPoints: Object.keys(flatIdDeps),
- bundle: true,
- format: 'esm',
- external: config.optimizeDeps?.exclude,
- logLevel: 'error',
- splitting: true,
- sourcemap: true,
- outdir: cacheDir,
- treeShaking: 'ignore-annotations',
- metafile: true,
- define,
- plugins: [
- ...plugins,
- esbuildDepPlugin(flatIdDeps, flatIdToExports, config)
- ],
- ...esbuildOptions
- })
- const meta = result.metafile!
- // the paths in `meta.outputs` are relative to `process.cwd()`
- const cacheDirOutputPath = path.relative(process.cwd(), cacheDir)
- for (const id in deps) {
- const entry = deps[id]
- data.optimized[id] = {
- file: normalizePath(path.resolve(cacheDir, flattenId(id) + '.js')),
- src: entry,
- needsInterop: needsInterop(
- id,
- idToExports[id],
- meta.outputs,
- cacheDirOutputPath
- )
- }
- }
- writeFile(dataPath, JSON.stringify(data, null, 2))
處理 .ts 文件
https://github.com/vitejs/vite/commit/59035546db7ff4b7020242ba994a5395aac92802
為什么生產環境仍需打包?
盡管原生 ESM 現在得到了廣泛支持，但由于嵌套導入會導致額外的網絡往返，在生產環境中發布未打包的 ESM 仍然效率低下(即使使用 HTTP/2)。
為了在生產環境中獲得最佳的加載性能，最好還是將代碼進行 tree-shaking、懶加載和 chunk 分割(以獲得更好的緩存)。
要確保開發服務器和產品構建之間的最佳輸出和行為達到一致，并不容易。
為解決這個問題，Vite 附帶了一套 構建優化 的 構建命令，開箱即用。
為何 vite 不用 esbuild 打包?
雖然 esbuild 快得驚人，并且已經是一個在構建庫方面比較出色的工具，但一些針對構建應用的重要功能仍然還在持續開發中 —— 特別是代碼分割和 CSS處理方面。
就目前來說，Rollup 在應用打包方面, 更加成熟和靈活。
盡管如此，當未來這些功能穩定后，也不排除使用 esbuild 作為生產構建器的可能。
總結
esbuild 為構建提效帶來了曙光， 而且 esm 的數量也在快速增加：
https://twitter.com/skypackjs/status/1113838647487287296
希望 esm 生態盡快完善起來, 造福前端。
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