前端面试题：webpack loader 和 plugin 实现原理

大叔爱吃猕猴桃

webpack loader 和 plugin 实现原理

本文讨论的核心内容如下：

webpack进行打包的基本原理
如何自己实现一个loader和plugin

注：本文使用的webpack版本是v4.43.0, webpack-cli版本是v3.3.11，node版本是v12.14.1，npm版本v6.13.4(如果你喜欢yarn也是可以的)，演示用的chrome浏览器版本81.0.4044.129（正式版本）（64 位）

1. webpack打包基本原理

webpack的一个核心功能就是把我们写的模块化的代码，打包之后，生成可以在浏览器中运行的代码，我们这里也是从简单开始，一步步探索webpack的打包原理

1.1 一个简单的需求

我们首先建立一个空的项目，使用npm init -y快速初始化一个package.json，然后安装webpack webpack-cli

接下来，在根目录下创建src目录，src目录下创建index.js，add.js，minus.js，根目录下创建index.html，其中index.html引入index.js，在index.js引入add.js，minus.js，

目录结构如下：

文件内容如下：

// add.js
export default (a, b) => {
    return a + b
}
// minus.js
export const minus = (a, b) => {
    return a - b
}
// index.js
import add from './add.js'
import { minus } from './minus.js'

const sum = add(1, 2)
const division = minus(2, 1)
console.log('sum>>>>>', sum)
console.log('division>>>>>', division)

<!--index.html-->
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>demo</title>
</head>
<body>
    <script src="./src/index.js"></script>
</body>
</html>

这样直接在index.html引入index.js的代码，在浏览器中显然是不能运行的，你会看到这样的错误

Uncaught SyntaxError: Cannot use import statement outside a module

是的，我们不能在script引入的js文件里，使用es6模块化语法

1.2 实现webpack打包核心功能

我们首先在项目根目录下再建立一个bundle.js，这个文件用来对我们刚刚写的模块化js代码文件进行打包

我们首先来看webpack官网对于其打包流程的描述：

it internally builds a dependency graph which maps every module your project needs and generates one or more bundles（webpack会在内部构建一个依赖图(dependency graph)，此依赖图会映射项目所需的每个模块，并生成一个或多个 bundle）

在正式开始之前，结合上面webpack官网说明进行分析，明确我们进行打包工作的基本流程如下：

首先，我们需要读到入口文件里的内容（也就是index.js的内容）
其次，分析入口文件，递归的去读取模块所依赖的文件内容，生成依赖图
最后，根据依赖图，生成浏览器能够运行的最终代码

1. 处理单个模块（以入口为例）

1.1 获取模块内容

既然要读取文件内容，我们需要用到node.js的核心模块fs，我们首先来看读到的内容是什么：

// bundle.js
const fs = require('fs')
const getModuleInfo = file => {
    const body = fs.readFileSync(file, 'utf-8')
    console.log(body)
}
getModuleInfo('./src/index.js')

我们定义了一个方法getModuleInfo，这个方法里我们读出文件内容，打印出来，输出的结果如下图：

我们可以看到，入口文件index.js的所有内容都以字符串形式输出了，我们接下来可以用正则表达式或者其它一些方法，从中提取到import以及export的内容以及相应的路径文件名，来对入口文件内容进行分析，获取有用的信息。但是如果import和export的内容非常多，这会是一个很麻烦的过程，这里我们借助babel提供的功能，来完成入口文件的分析

1.2 分析模块内容

我们安装@babel/parser，演示时安装的版本号为^7.9.6

这个babel模块的作用，就是把我们js文件的代码内容，转换成js对象的形式，这种形式的js对象，称做抽象语法树(Abstract Syntax Tree, 以下简称AST)

// bundle.js
const fs = require('fs')
const parser = require('@babel/parser')
const getModuleInfo = file => {
    const body = fs.readFileSync(file, 'utf-8')
    const ast = parser.parse(body, {
        // 表示我们要解析的是es6模块
       sourceType: 'module' 
    })
    console.log(ast)
    console.log(ast.program.body)
}
getModuleInfo('./src/index.js')

使用@babel/parser的parse方法把入口文件转化称为了AST，我们打印出了ast，注意文件内容是在ast.program.body中，如下图所示：

入口文件内容被放到一个数组中，总共有六个Node节点，我们可以看到，每个节点有一个type属性，其中前两个的type属性是ImportDeclaration，这对应了我们入口文件的两条import语句，并且，每一个type属性是ImportDeclaration的节点，其source.value属性是引入这个模块的相对路径，这样我们就得到了入口文件中对打包有用的重要信息了。

接下来要对得到的ast做处理，返回一份结构化的数据，方便后续使用。

1.3 对模块内容做处理

对ast.program.body部分数据的获取和处理，本质上就是对这个数组的遍历，在循环中做数据处理，这里同样引入一个babel的模块@babel/traverse来完成这项工作。

安装@babel/traverse，演示时安装的版本号为^7.9.6

const fs = require('fs')
const path = require('path')
const parser = require('@babel/parser')
const traverse = require('@babel/traverse').default

const getModuleInfo = file => {
    const body = fs.readFileSync(file, 'utf-8')
    const ast = parser.parse(body, {
       sourceType: 'module' 
    })
    const deps = {}
    traverse(ast, {
        ImportDeclaration({ node }) {
            const dirname = path.dirname(file);
            const absPath = './' + path.join(dirname, node.source.value)
            deps[node.source.value] = absPath
        }
    })
    console.log(deps)
}
getModuleInfo('./src/index.js')

创建一个对象deps，用来收集模块自身引入的依赖，使用traverse遍历ast，我们只需要对ImportDeclaration的节点做处理，注意我们做的处理实际上就是把相对路径转化为绝对路径，这里我使用的是Mac系统，如果是windows系统,注意斜杠的区别

获取依赖之后，我们需要对ast做语法转换，把es6的语法转化为es5的语法，使用babel核心模块@babel/core以及@babel/preset-env完成

安装@babel/core @babel/preset-env，演示时安装的版本号均为^7.9.6

const fs = require('fs')
const path = require('path')
const parser = require('@babel/parser')
const traverse = require('@babel/traverse').default
const babel = require('@babel/core')

const getModuleInfo = file => {
    const body = fs.readFileSync(file, 'utf-8')
    const ast = parser.parse(body, {
       sourceType: 'module' 
    })
    const deps = {}
    traverse(ast, {
        ImportDeclaration({ node }) {
            const dirname = path.dirname(file);
            const absPath = './' + path.join(dirname, node.source.value)
            deps[node.source.value] = absPath
        }
    })
    const { code } = babel.transformFromAst(ast, null, {
        presets: ["@babel/preset-env"]
    })
    const moduleInfo = { file, deps, code }
    console.log(moduleInfo)
    return moduleInfo
}
getModuleInfo('./src/index.js')

如下图所示，我们最终把一个模块的代码，转化为一个对象形式的信息，这个对象包含文件的绝对路径，文件所依赖模块的信息，以及模块内部经过babel转化后的代码

2. 递归的获取所有模块的信息

这个过程，也就是获取依赖图(dependency graph)的过程，这个过程就是从入口模块开始，对每个模块以及模块的依赖模块都调用getModuleInfo方法就行分析，最终返回一个包含所有模块信息的对象

const parseModules = file => {
    // 定义依赖图
    const depsGraph = {}
    // 首先获取入口的信息
    const entry = getModuleInfo(file)
    const temp = [entry]
    for (let i = 0; i < temp.length; i++) {
        const item = temp[i]
        const deps = item.deps
        if (deps) {
            // 遍历模块的依赖，递归获取模块信息
            for (const key in deps) {
                if (deps.hasOwnProperty(key)) {
                    temp.push(getModuleInfo(deps[key]))
                }
            }
        }
    }
    temp.forEach(moduleInfo => {
        depsGraph[moduleInfo.file] = {
            deps: moduleInfo.deps,
            code: moduleInfo.code
        }
    })
    console.log(depsGraph)
    return depsGraph
}
parseModules('./src/index.js')

获得的depsGraph对象如下图：

我们最终得到的模块分析数据如上图所示，接下来，我们就要根据这里获得的模块分析数据，来生产最终浏览器运行的代码。

3. 生成最终代码

在我们实现之前，观察上一节最终得到的依赖图，可以看到，最终的code里包含exports以及require这样的语法，所以，我们在生成最终代码时，要对exports和require做一定的实现和处理

我们首先调用之前说的parseModules方法，获得整个应用的依赖图对象：

const bundle = file => {
    const depsGraph = JSON.stringify(parseModules(file))
}

接下来我们应该把依赖图对象中的内容，转换成能够执行的代码，以字符串形式输出。我们把整个代码放在自执行函数中，参数是依赖图对象

const bundle = file => {
    const depsGraph = JSON.stringify(parseModules(file))
    return `(function(graph){
        function require(file) {
            var exports = {};
            return exports
        }
        require('${file}')
    })(${depsGraph})`
}

接下来内容其实很简单，就是我们取得入口文件的code信息，去执行它就好了，使用eval函数执行，初步写出代码如下：

const bundle = file => {
    const depsGraph = JSON.stringify(parseModules(file))
    return `(function(graph){
        function require(file) {
            var exports = {};
            (function(code){
                eval(code)
            })(graph[file].code)
            return exports
        }
        require('${file}')
    })(${depsGraph})`
}

上面的写法是有问题的，我们需要对file做绝对路径转化，否则graph[file].code是获取不到的，定义adsRequire方法做相对路径转化为绝对路径

const bundle = file => {
    const depsGraph = JSON.stringify(parseModules(file))
    return `(function(graph){
        function require(file) {
            var exports = {};
            function absRequire(relPath){
                return require(graph[file].deps[relPath])
            }
            (function(require, exports, code){
                eval(code)
            })(absRequire, exports, graph[file].code)
            return exports
        }
        require('${file}')
    })(${depsGraph})`
}

接下来，我们只需要执行bundle方法，然后把生成的内容写入一个JavaScript文件即可

const content = bundle('./src/index.js')
// 写入到dist/bundle.js
fs.mkdirSync('./dist')
fs.writeFileSync('./dist/bundle.js', content)

最后，我们在index.html引入这个./dist/bundle.js文件，我们可以看到控制台正确输出了我们想要的结果

4. bundle.js的完整代码

const fs = require('fs')
const path = require('path')
const parser = require('@babel/parser')
const traverse = require('@babel/traverse').default
const babel = require('@babel/core')

const getModuleInfo = file => {
    const body = fs.readFileSync(file, 'utf-8')
    console.log(body)
    const ast = parser.parse(body, {
       sourceType: 'module' 
    })
    // console.log(ast.program.body)
    const deps = {}
    traverse(ast, {
        ImportDeclaration({ node }) {
            const dirname = path.dirname(file);
            const absPath = './' + path.join(dirname, node.source.value)
            deps[node.source.value] = absPath
        }
    })
    const { code } = babel.transformFromAst(ast, null, {
        presets: ["@babel/preset-env"]
    })
    const moduleInfo = { file, deps, code }
    return moduleInfo
}

const parseModules = file => {
    // 定义依赖图
    const depsGraph = {}
    // 首先获取入口的信息
    const entry = getModuleInfo(file)
    const temp = [entry]
    for (let i = 0; i < temp.length; i++) {
        const item = temp[i]
        const deps = item.deps
        if (deps) {
            // 遍历模块的依赖，递归获取模块信息
            for (const key in deps) {
                if (deps.hasOwnProperty(key)) {
                    temp.push(getModuleInfo(deps[key]))
                }
            }
        }
    }
    temp.forEach(moduleInfo => {
        depsGraph[moduleInfo.file] = {
            deps: moduleInfo.deps,
            code: moduleInfo.code
        }
    })
    // console.log(depsGraph)
    return depsGraph
}


// 生成最终可以在浏览器运行的代码
const bundle = file => {
    const depsGraph = JSON.stringify(parseModules(file))
    return `(function(graph){
        function require(file) {
            var exports = {};
            function absRequire(relPath){
                return require(graph[file].deps[relPath])
            }
            (function(require, exports, code){
                eval(code)
            })(absRequire, exports, graph[file].code)
            return exports
        }
        require('${file}')
    })(${depsGraph})`
}


const build = file => {
    const content = bundle(file)
    // 写入到dist/bundle.js
    fs.mkdirSync('./dist')
    fs.writeFileSync('./dist/bundle.js', content)
}

build('./src/index.js')

2. 手写`loader`和`plugin`

2.1 如何自己实现一个`loader`

loader本质上就是一个函数，这个函数会在我们在我们加载一些文件时执行

2.1.1 如何实现一个同步`loader`

首先我们初始化一个项目，项目结构如图所示：

其中index.js和webpack.config.js的文件内容如下：

// index.js
console.log('我要学好前端，因为学好前端可以： ')

// webpack.config.js
const path = require('path')
module.exports = {
    mode: 'development',
    entry: {
        main: './src/index.js'
    },
    output: {
        path: path.resolve(__dirname, 'dist'),
        filename: '[name].js'
    }
}

我们在根目录下创建syncLoader.js，用来实现一个同步的loader，注意这个函数必须返回一个buffer或者string

// syncloader.ja
module.exports = function (source) {
    console.log('source>>>>', source)
    return source
}

同时，我们在webpack.config.js中使用这个loader，我们这里使用resolveLoader配置项，指定loader查找文件路径，这样我们使用loader时候可以直接指定loader的名字

const path = require('path')
module.exports = {
    mode: 'development',
    entry: {
        main: './src/index.js'
    },
    output: {
        path: path.resolve(__dirname, 'dist'),
        filename: '[name].js'
    },
    resolveLoader: {
        // loader路径查找顺序从左往右
        modules: ['node_modules', './']
    },
    module: {
        rules: [
            {
                test: /\.js$/,
                use: 'syncLoader'
            }
        ]
    }
}

接下来我们运行打包命令，可以看到命令行输出了source内容，也就是loader作用文件的内容。

接着我们改造我们的loader:

module.exports = function (source) {
    source += '升值加薪'
    return source
}

我们再次运行打包命令，去观察打包后的代码：

这样，我们就实现了一个简单的loader，为我们的文件增加一条信息。我们可以尝试在loader的函数里打印this，发现输出结果是非常长的一串内容，this上有很多我们可以在loader中使用的有用信息，所以，对于loader的编写，一定不要使用箭头函数，那样会改变this的指向。

一般来说，我们会去使用官方推荐的loader-utils包去完成更加复杂的loader的编写

我们继续安装loader-utils，版本是^2.0.0

我们首先改造webpack.config.js：

const path = require('path')

module.exports = {
    mode: 'development',
    entry: {
        main: './src/index.js'
    },
    output: {
        path: path.resolve(__dirname, 'dist'),
        filename: '[name].js'
    },
    resolveLoader: {
        // loader路径查找顺序从左往右
        modules: ['node_modules', './']
    },
    module: {
        rules: [
            {
                test: /\.js$/,
                use: {
                    loader: 'syncLoader',
                    options: {
                        message: '升值加薪'
                    }
                }
            }
        ]
    }
}

注意到，我们为我们的loader增加了options配置项，接下来在loader函数里使用loader-utils获取配置项内容，拼接内容，我们依然可以得到与之前一样的打包结果

// syncLoader.js
const loaderUtils = require('loader-utils')
module.exports = function (source) {
    const options = loaderUtils.getOptions(this)
    console.log(options)
    source += options.message
    // 可以传递更详细的信息
    this.callback(null, source)
}

这样，我们就完成了一个简单的同步loader的编写

2.1.2 如何实现一个异步`loader`

和同步loader的编写方式非常相似，我们在根目录下建立一个asyncLoader.js的文件，内容如下：

const loaderUtils = require('loader-utils')
module.exports = function (source) {
    const options = loaderUtils.getOptions(this)
    const asyncfunc = this.async()
    setTimeout(() => {
        source += '走上人生颠覆'
        asyncfunc(null, res)
    }, 200)
}

注意这里的this.async()，用官方的话来说就是Tells the loader-runner that the loader intends to call back asynchronously. Returns this.callback.也就是让webpack知道这个loader是异步运行，返回的是和同步使用时一致的this.callback

接下来我们修改webpack.config.js

const path = require('path')
module.exports = {
    mode: 'development',
    entry: {
        main: './src/index.js'
    },
    output: {
        path: path.resolve(__dirname, 'dist'),
        filename: '[name].js'
    },
    resolveLoader: {
        // loader路径查找顺序从左往右
        modules: ['node_modules', './']
    },
    module: {
        rules: [
            {
                test: /\.js$/,
                use: [
                    {
                        loader: 'syncLoader',
                        options: {
                            message: '走上人生巅峰'
                        }
                    },
                    {
                        loader: 'asyncLoader'
                    }
                ]
            }
        ]
    }
}

注意loader执行顺序是从下网上的，所以首先为文本写入‘升值加薪’，然后写入‘走上人生巅峰’

到此，我们简单介绍了如何手写一个loader，在实际项目中，可以考虑一部分公共的简单逻辑，可以通过编写一个loader来完成(比如国际化文本替换)

2.2 如何自己实现一个`plugin`

plugin通常是在webpack在打包的某个时间节点做一些操作，我们使用plugin的时候，一般都是new Plugin()这种形式使用，所以，首先应该明确的是，plugin应该是一个类。

我们初始化一个与上一接实现loader时候一样的项目，根目录下创建一个demo-webpack-plugin.js的文件，我们首先在webpack.config.js中使用它

const path = require('path')
const DemoWebpackPlugin = require('./demo-webpack-plugin')
module.exports = {
    mode: 'development',
    entry: {
        main: './src/index.js'
    },
    output: {
        path: path.resolve(__dirname, 'dist'),
        filename: '[name].js'
    },
    plugins: [
        new DemoWebpackPlugin()
    ]
}

再来看demo-webpack-plugin.js的实现

class DemoWebpackPlugin {
    constructor () {
        console.log('plugin init')
    }
    apply (compiler) {

    }
}

module.exports = DemoWebpackPlugin

我们在DemoWebpackPlugin的构造函数打印一条信息，当我们执行打包命令时，这条信息就会输出，plugin类里面需要实现一个apply方法，webpack打包时候，会调用plugin的aplly方法来执行plugin的逻辑，这个方法接受一个compiler作为参数，这个compiler是webpack实例

plugin的核心在于，apply方法执行时，可以操作webpack本次打包的各个时间节点（hooks，也就是生命周期勾子），在不同的时间节点做一些操作

关于webpack编译过程的各个生命周期勾子，可以参考Compiler Hooks

同样，这些hooks也有同步和异步之分，下面演示compiler hooks的写法，一些重点内容可以参考注释：

class DemoWebpackPlugin {
    constructor () {
        console.log('plugin init')
    }
    // compiler是webpack实例
    apply (compiler) {
        // 一个新的编译(compilation)创建之后（同步）
        // compilation代表每一次执行打包，独立的编译
        compiler.hooks.compile.tap('DemoWebpackPlugin', compilation => {
            console.log(compilation)
        })
        // 生成资源到 output 目录之前（异步）
        compiler.hooks.emit.tapAsync('DemoWebpackPlugin', (compilation, fn) => {
            console.log(compilation)
            compilation.assets['index.md'] = {
                // 文件内容
                source: function () {
                    return 'this is a demo for plugin'
                },
                // 文件尺寸
                size: function () {
                    return 25
                }
            }
            fn()
        })
    }
}

module.exports = DemoWebpackPlugin

我们的这个plugin的作用就是，打包时候自动生成一个md文档，文档内容是很简单的一句话

上述异步hooks的写法也可以是以下两种：

// 第二种写法(promise)
compiler.hooks.emit.tapPromise('DemoWebpackPlugin', (compilation) => {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        setTimeout(() => {
            resolve()
        }, 1000)
    }).then(() => {
        console.log(compilation.assets)
        compilation.assets['index.md'] = {
            // 文件内容
            source: function () {
                return 'this is a demo for plugin'
            },
            // 文件尺寸
            size: function () {
                return 25
            }
        }
    })
})
// 第三种写法(async await)
compiler.hooks.emit.tapPromise('DemoWebpackPlugin', async (compilation) => {
    await new Promise((resolve, reject) => {
        setTimeout(() => {
            resolve()
        }, 1000)
    })
    console.log(compilation.assets)
    compilation.assets['index.md'] = {
        // 文件内容
        source: function () {
            return 'this is a demo for plugin'
        },
        // 文件尺寸
        size: function () {
            return 25
        }
    }
})

最终的输出结果都是一样的，在每次打包时候生成一个md文档