从 rollup 初版源码学习打包原理
前言
为了学习 rollup 打包原理，我克隆了最新版（v2.26.5）的源码。然后发现打包器和我想像的不太一样，代码实在太多了，光看 d.ts 文件就看得头疼。为了看看源码到底有多少行，我写了个脚本，结果发现有 19650行，崩溃...
这就能打消我学习 rollup 的决心吗？不可能，退而求其次，我下载了 rollup 初版源码，才 1000 行左右。
我的目的是学习 rollup 怎么打包的，怎么做 tree-shaking 的。而初版源码已经实现了这两个功能（半成品），所以看初版源码已经足够了。
好了，下面开始正文。
正文
rollup 使用了 acorn 和 magic-string 两个库。为了更好的阅读 rollup 源码，必须对它们有所了解。
下面我将简单的介绍一下这两个库的作用。
acorn
acorn 是一个 JavaScript 语法解析器，它将 JavaScript 字符串解析成语法抽象树 AST。
例如以下代码：
export default function add(a, b) { return a + b }
将被解析为：
{
"type": "Program",
"start": 0,
"end": 50,
"body": [
{
"type": "ExportDefaultDeclaration",
"start": 0,
"end": 50,
"declaration": {
"type": "FunctionDeclaration",
"start": 15,
"end": 50,
"id": {
"type": "Identifier",
"start": 24,
"end": 27,
"name": "add"
},
"expression": false,
"generator": false,
"params": [
{
"type": "Identifier",
"start": 28,
"end": 29,
"name": "a"
},
{
"type": "Identifier",
"start": 31,
"end": 32,
"name": "b"
}
],
"body": {
"type": "BlockStatement",
"start": 34,
"end": 50,
"body": [
{
"type": "ReturnStatement",
"start": 36,
"end": 48,
"argument": {
"type": "BinaryExpression",
"start": 43,
"end": 48,
"left": {
"type": "Identifier",
"start": 43,
"end": 44,
"name": "a"
},
"operator": "+",
"right": {
"type": "Identifier",
"start": 47,
"end": 48,
"name": "b"
}
}
}
]
}
}
}
],
"sourceType": "module"
}
可以看到这个 AST 的类型为 program，表明这是一个程序。body 则包含了这个程序下面所有语句对应的 AST 子节点。
每个节点都有一个 type 类型，例如 Identifier，说明这个节点是一个标识符；BlockStatement 则表明节点是块语句；ReturnStatement 则是 return 语句。
如果想了解更多详情 AST 节点的信息可以看一下这篇文章《使用 Acorn 来解析 JavaScript》。
magic-string
magic-string 也是 rollup 作者写的一个关于字符串操作的库。下面是 github 上的示例：
var MagicString = require( 'magic-string' );
var s = new MagicString( 'problems = 99' );
s.overwrite( 0, 8, 'answer' );
s.toString(); // 'answer = 99'
s.overwrite( 11, 13, '42' ); // character indices always refer to the original string
s.toString(); // 'answer = 42'
s.prepend( 'var ' ).append( ';' ); // most methods are chainable
s.toString(); // 'var answer = 42;'
var map = s.generateMap({
source: 'source.js',
file: 'converted.js.map',
includeContent: true
}); // generates a v3 sourcemap
require( 'fs' ).writeFile( 'converted.js', s.toString() );
require( 'fs' ).writeFile( 'converted.js.map', map.toString() );
从示例中可以看出来，这个库主要是对字符串一些常用方法进行了封装。这里就不多做介绍了。
rollup 源码结构
│ bundle.js // Bundle 打包器，在打包过程中会生成一个 bundle 实例，用于收集其他模块的代码，最后再将收集的代码打包到一起。
│ external-module.js // ExternalModule 外部模块，例如引入了 'path' 模块，就会生成一个 ExternalModule 实例。
│ module.js // Module 模块，开发者自己写的代码文件，都是 module 实例。例如有 'foo.js' 文件，它就对应了一个 module 实例。
│ rollup.js // rollup 函数，一切的开始，调用它进行打包。
│
├─ast // ast 目录，包含了和 AST 相关的类和函数
│ analyse.js // 主要用于分析 AST 节点的作用域和依赖项。
│ Scope.js // 在分析 AST 节点时为每一个节点生成对应的 Scope 实例，主要是记录每个 AST 节点对应的作用域。
│ walk.js // walk 就是递归调用 AST 节点进行分析。
│
├─finalisers
│ cjs.js // 打包模式，目前只支持将代码打包成 common.js 格式
│ index.js
│
└─utils // 一些帮助函数
map-helpers.js
object.js
promise.js
replaceIdentifiers.js
上面是初版源码的目录结构，在继续深入前，请仔细阅读上面的注释，了解一下每个文件的作用。
rollup 如何打包的？
在 rollup 中，一个文件就是一个模块。每一个模块都会根据文件的代码生成一个 AST 语法抽象树，rollup 需要对每一个 AST 节点进行分析。
分析 AST 节点，就是看看这个节点有没有调用函数或方法。如果有，就查看所调用的函数或方法是否在当前作用域，如果不在就往上找，直到找到模块顶级作用域为止。
如果本模块都没找到，说明这个函数、方法依赖于其他模块，需要从其他模块引入。
例如 import foo from './foo.js'，其中 foo() 就得从 ./foo.js 文件找。
在引入 foo() 函数的过程中，如果发现 foo() 函数依赖其他模块，就会递归读取其他模块，如此循环直到没有依赖的模块为止。
最后将所有引入的代码打包在一起。
上面例子的示例图：
接下来我们从一个具体的示例开始，一步步分析 rollup 是如何打包的。
以下两个文件是代码文件。
// main.js
import { foo1, foo2 } from './foo'
foo1()
function test() {
const a = 1
}
console.log(test())
// foo.js
export function foo1() {}
export function foo2() {}
下面是测试代码：
const rollup = require('../dist/rollup')
rollup(__dirname + '/main.js').then(res => {
res.wirte('bundle.js')
})
1. rollup 读取 main.js 入口文件。
rollup() 首先生成一个 Bundle 实例，也就是打包器。然后根据入口文件路径去读取文件，最后根据文件内容生成一个 Module 实例。
fs.readFile(path, 'utf-8', (err, code) => {
if (err) reject(err)
const module = new Module({
code,
path,
bundle: this, // bundle 实例
})
})
2. new Moudle() 过程
在 new 一个 Module 实例时，会调用 acorn 库的 parse() 方法将代码解析成 AST。
this.ast = parse(code, {
ecmaVersion: 6, // 要解析的 JavaScript 的 ECMA 版本，这里按 ES6 解析
sourceType: 'module', // sourceType值为 module 和 script。module 模式，可以使用 import/export 语法
})
接下来需要对生成的 AST 进行分析。
第一步，分析导入和导出的模块，将引入的模块和导出的模块填入对应的对象。
每个 Module 实例都有一个 imports 和 exports 对象，作用是将该模块引入和导出的对象填进去，代码生成时要用到。
上述例子对应的 imports 和 exports 为：
// key 为要引入的具体对象，value 为对应的 AST 节点内容。
imports = {
foo1: { source: './foo', name: 'foo1', localName: 'foo1' },
foo2: { source: './foo', name: 'foo2', localName: 'foo2' }
}
// 由于没有导出的对象，所以为空
exports = {}
第二步，分析每个 AST 节点间的作用域，找出每个 AST 节点定义的变量。
每遍历到一个 AST 节点，都会为它生成一个 Scope 实例。
// 作用域
class Scope {
constructor(options = {}) {
this.parent = options.parent // 父作用域
this.depth = this.parent ? this.parent.depth + 1 : 0 // 作用域层级
this.names = options.params || [] // 作用域内的变量
this.isBlockScope = !!options.block // 是否块作用域
}
add(name, isBlockDeclaration) {
if (!isBlockDeclaration && this.isBlockScope) {
// it's a `var` or function declaration, and this
// is a block scope, so we need to go up
this.parent.add(name, isBlockDeclaration)
} else {
this.names.push(name)
}
}
contains(name) {
return !!this.findDefiningScope(name)
}
findDefiningScope(name) {
if (this.names.includes(name)) {
return this
}
if (this.parent) {
return this.parent.findDefiningScope(name)
}
return null
}
}
Scope 的作用很简单，它有一个 names 属性数组，用于保存这个 AST 节点内的变量。
例如下面这段代码：
function test() {
const a = 1
}
打断点可以看出来，它生成的作用域对象，names 属性就会包含 a。并且因为它是模块下的一个函数，所以作用域层级为 1（模块顶级作用域为 0）。
第三步，分析标识符，并找出它们的依赖项。
什么是标识符？如变量名，函数名，属性名，都归为标识符。当解析到一个标识符时，rollup 会遍历它当前的作用域，看看有没这个标识符。如果没有找到，就往它的父级作用域找。如果一直找到模块顶级作用域都没找到，就说明这个函数、方法依赖于其它模块，需要从其他模块引入。如果一个函数、方法需要被引入，就将它添加到 Module 的 _dependsOn 对象里。
例如 test() 函数中的变量 a，能在当前作用域找到，它就不是一个依赖项。foo1() 在当前模块作用域找不到，它就是一个依赖项。
打断点也能发现 Module 的 _dependsOn 属性里就有 foo1。
这就是 rollup 的 tree-shaking 原理。
rollup 不看你引入了什么函数，而是看你调用了什么函数。如果调用的函数不在此模块中，就从其它模块引入。
换句话说，如果你手动在模块顶部引入函数，但又没调用。rollup 是不会引入的。从我们的示例中可以看出，一共引入了 foo1() foo2() 两个函数，_dependsOn 里却只有 foo1()，因为引入的 foo2() 没有调用。
_dependsOn 有什么用呢？后面生成代码时会根据 _dependsOn 里的值来引入文件。
3. 根据依赖项，读取对应的文件。
从 _dependsOn 的值可以发现，我们需要引入 foo1() 函数。
这时第一步生成的 imports 就起作用了：
imports = {
foo1: { source: './foo', name: 'foo1', localName: 'foo1' },
foo2: { source: './foo', name: 'foo2', localName: 'foo2' }
}
rollup 将 foo1 当成 key，找到它对应的文件。然后读取这个文件生成一个新的 Module 实例。由于 foo.js 文件导出了两个函数，所以这个新 Module 实例的 exports 属性是这样的：
exports = {
foo1: {
node: Node {
type: 'ExportNamedDeclaration',
start: 0,
end: 25,
declaration: [Node],
specifiers: [],
source: null
},
localName: 'foo1',
expression: Node {
type: 'FunctionDeclaration',
start: 7,
end: 25,
id: [Node],
expression: false,
generator: false,
params: [],
body: [Node]
}
},
foo2: {
node: Node {
type: 'ExportNamedDeclaration',
start: 27,
end: 52,
declaration: [Node],
specifiers: [],
source: null
},
localName: 'foo2',
expression: Node {
type: 'FunctionDeclaration',
start: 34,
end: 52,
id: [Node],
expression: false,
generator: false,
params: [],
body: [Node]
}
}
}
这时，就会用 main.js 要导入的 foo1 当成 key 去匹配 foo.js 的 exports 对象。如果匹配成功，就把 foo1() 函数对应的 AST 节点提取出来，放到 Bundle 中。如果匹配失败，就会报错，提示 foo.js 没有导出这个函数。
4. 生成代码。
由于已经引入了所有的函数。这时需要调用 Bundle 的 generate() 方法生成代码。
同时，在打包过程中，还需要对引入的函数做一些额外的操作。
移除额外代码
例如从 foo.js 中引入的 foo1() 函数代码是这样的：export function foo1() {}。rollup 会移除掉 export ，变成 function foo1() {}。因为它们就要打包在一起了，所以就不需要 export 了。
重命名
例如两个模块中都有一个同名函数 foo()，打包到一起时，会对其中一个函数重命名，变成 _foo()，以避免冲突。
好了，回到正文。
还记得文章一开始提到的 magic-string 库吗？在 generate() 中，会将每个 AST 节点对应的源代码添加到 magic-string 实例中：
magicString.addSource({
content: source,
separator: newLines
})
这个操作本质上相当于拼字符串：
str += '这个操作相当于将每个 AST 的源代码当成字符串拼在一起，就像现在这样'
最后将拼在一起的代码返回。
return { code: magicString.toString() }
到这就已经结束了，如果你想把代码生成文件，可以调用 write() 方法生成文件：
rollup(__dirname + '/main.js').then(res => {
res.wirte('dist.js')
})
这个方法是写在 rollup() 函数里的。
function rollup(entry, options = {}) {
const bundle = new Bundle({ entry, ...options })
return bundle.build().then(() => {
return {
generate: options => bundle.generate(options),
wirte(dest, options = {}) {
const { code } = bundle.generate({
dest,
format: options.format,
})
return fs.writeFile(dest, code, err => {
if (err) throw err
})
}
}
})
}
结尾
本文对源码进行了抽象，所以很多实现细节都没说出来。如果对实现细节有兴趣，可以看一下源码。代码放在我的 github 上。
我已经对 rollup 初版源码进行了删减，并添加了大量注释，让代码更加易读。
