Webpack 模块加载动态引入机制源码示例解析

Nissa ·

更新时间:2024-11-10

· 1171 次阅读

TL;DR

准备阶段

Runtime

模块被打包成了什么样子？

静态引入

动态引入

模块联邦引入原理

TL;DR

本文基于 Webpack 5 进行讲解，适合不了解 Webpack 把资源编译成什么样子的同学，读完本文，你将理解下面几个问题的来龙去脉：

Webpack 静态引入的实现逻辑，如 import App from './App'

Webpack 的动态引入原理，也就是动态 import 是怎么实现的，如 import('./App')

模块联邦的原理（目前只给了大体的逻辑，超过 20 个赞会补充这部分的内容）

不仅如此，我们还将在每一个部分与 Vite 的实现进行对比，让大家能在更高的层次上掌握这部分知识。大多数讲解 Webpack 源码的内容都是截图源码，而笔者在阅读这些文章的时候就觉得体验不是特别好，往往看了几行便退出了。

本文会在保留原始函数名的基础上，抽离出主要的逻辑实现，相信这肯定能让大家更清晰的理解。

准备阶段

对某些同学来说，今天内容可能会稍微有一点难，在读完本文之后，可能还需要自己调试一下代码才能真正的理解，不过大家不用担心，笔者会尽力做到讲解清晰。最开始，先请大家和笔者一同配置下 Webpack 环境。

安装 pnpm（非必须，不喜欢的同学请把后面的 pnpm 替换为 npm，pnpx 替换为 npx）

npm install -g pnpm

初始化

mkdir webpack-demo
pnpm init
pnpm i webpack

生成模板（命令行提示缺什么，按照提示安装即可）

pnpm webpack init -f

使用下面的配置替换 webpack.config.js

const config = {
    entry: './src/index.js',
    mode: 'development',
    output: {
        path: path.resolve(__dirname, 'dist'),
    },
    devServer: {
        open: true,
        host: 'localhost',
    },
    devtool: 'source-map',
    optimization: {
        runtimeChunk: 'single'
    },
    plugins: [
        new HtmlWebpackPlugin({
            template: 'index.html',
        }),
    ],
    module: {
        rules: [
            {
                test: /\.(eot|svg|ttf|woff|woff2|png|jpg|gif)$/i,
                type: 'asset',
            },
        ],
    },
};
module.exports = config

package.json build 命令替换，不保留指定 mode 为 production。

"scripts": {
-    "build": "webpack --mode=production --node-env=production",
-    "build:dev": "webpack --mode=development",
-    "build:prod": "webpack --mode=production --node-env=production",
+    "build": "webpack",
     "serve": "webpack serve"
 },

测试 pnpm build、pnpm serve 都能正常运行，并且打包目录能看到独立的 runtime.js，说明已经配置好了。

Runtime

Runtime 又叫做运行时，它的作用是串联起各个模块，包括引入模块、下载模块、一些基础的公共方法。通过 Runtime 作为桥梁，我们就能把各个模块联系起来，最终让被 Webpack 打包的应用在浏览器跑起来。

除此之外，HMR 的能力也需要 Runtime 的支持，我们可以通过预先注入一系列 HMR 的工具函数（包括 WebSockect 通信，HMR API），来实现此功能。

如果你按照我们的准备阶段的提示成功把项目跑起来了，可以运行一下 pnpm build 命令，然后去 dist 目录查看 runtime.js 文件。搜索 __webpack_require__ 关键词，它下面会有很多方法或对象，包括 __webpack_require__.m、__webpack_require__.o、__webpack_require__.e，这些就是我们今天要谈论的主角。

模块被打包成了什么样子？

这一部分我们不使用 Webpack 打包，而是模拟一下。

对于模块被打包要解决的问题，笔者有一些思考，认为有以下几个方面：

对 ES Module 出于兼容性的考虑，在 Webpack 出现的那个时代，ES Module 的支持性并不理想。

在 HTTP 1.X 的场景下，ES Module 带来的请求量不可预估，而 HTTP 层面队头阻塞的缺点，使得项目可能会造成网络阻塞的现象。除此之外，在现在 ESM 支持性已经很好的场景下，即便我们使用了 HTTP 2 可以不用考虑并行的请求数，但是 import 的层级嵌套依然会带来网络层面上额外的 Road Trip 的消耗，同时依然存在 TCP 层面的队头阻塞。

对于一些相似性很高的内容，多个文件压缩到一块压缩效果也不差，可能会比两者分开请求要好。

模块被打包后可能需要考虑下面三点：

独立的模块作用域，两个模块之间不应该互相影响

缓存机制，模块被加载过一次就不用再发起请求了

环依赖问题

在上面的基础上，我们来看看 Webpack 把 ESM 的代码编译成立什么样子。

首先，我们的有三个文件：index.js、message.js、name.js，依赖关系如下面代码所示：

// filename: index.js 
// ** 入口文件 ** 
import message from './message.js';
console.log(message);
// filename: message.js
import {name} from './name.js';
export default `hello ${name}!`;
// filename: name.js
export const name = 'world';

最后的执行结果便是输出 hello world。

我们来看一下最后编译成的样子：

const modules = {
    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';
        },
        {},
    ],
}
function load(modules) {
    function require(id) {
        const [fn, mapping] = modules[id];
        const module = { exports: {} };
        function localRequire(name) { return require(mapping[name]); }
        fn(localRequire, module, module.exports);
        return module.exports;
    }
    require(0);
}
load(modules)

可以看到，我们所有模块的内容都被维护到了 modules 这个大对象里，import 语句被转换成立 require 语句，当调用 load 函数的时候，整个加载过程就开始了。如果第一次了解上面的格式，可能需要大家好好的品味一下。

再次说明，上面这段代码值得花时间好好看一下。

如果你有兴趣想了解是怎么转成这种格式的，推荐 minipack 这个库，如果不喜欢看英文，可以看笔者的这篇 mini webpack打包基础解决包缓存和环依赖

静态引入

自从社区涌现了了 Vite、Snowpack 等打包工具之后，Webpack 则被分到了一个新的营地 —— Bundler，与之相对的，Vite 则是 No-Bundler。在讲解完本小节内容最后，笔者会为大家对比 Vite 和 Webpack 在引用模块机制上的区别，届时大家可能从引用模块的这个角度对 Bundler 和 No-Bundler 有更深刻的理解，可能也会知道，No-Bundler 并非一定是银弹。

在此之前，让我们先聚焦于 Webpack 的模块引用机制。我们使用的例子依然是上一小节的例子，只不过打包工具换成了 Webpack。

首先，我们先运行一下 pnpm build, 发现 dist 目录有两个 JS 文件：main.js、runtime.js。运行时的代码都在 runtime.js，而我们模块内容相关的都在 main.js。由 index.html 控制二者的下载：

<script defer src="runtime.js"></script>
<script defer src="main.js"></script>

可以注意到先下载了 runtime.js, 再下载 main.js。这是必须的，因为首先我们需要在注册一些全局变量，注册好了之后，main.js 才可以通过全局变量来和运行时进行交互。加 defer 的作用是可以不阻塞 DOM 树的解析，异步下载内容，可以减少白屏时间（First Content Paint）。

最开始的，定义的 webpackChunkmy_webpack_project 这个全局变量，如下所示：

self["webpackChunkmy_webpack_project"] 
    = self["webpackChunkmy_webpack_project"] || [];
const chunkLoadingGlobal = self["webpackChunkmy_webpack_project"]

接着重写 webpackChunkmy_webpack_project 上的 push 方法：

chunkLoadingGlobal.push = 
    webpackJsonpCallback.bind(
        null, 
        chunkLoadingGlobal.push.bind(chunkLoadingGlobal)
    );

上面这句话的含义是：

push 重置为 webpackJsonpCallback 函数

给 webpackJsonpCallback 绑定参数，this 为 null ，但是函数的第一个参数为chunkLoadingGlobal 数组原来的的 push 方法，也就是说，调用此方法可以往 chunkLoadingGlobal 这个数组里加值。

我们可以在 window 打印这个值：

接下来我们看一下 main.js ，各位请注意，为了方便大家阅读，把 main.js 格式修改了，如果大家看源码建议搜索变量名。

const chunkIds = ["main"];
const moreModules = {
    "./src/index.js":
        ((__unused_webpack_module, __webpack_exports__, __webpack_require__) => {
            // 内容暂时省略
        }),
    "./src/message.js":
        ((__unused_webpack_module, __webpack_exports__, __webpack_require__) => {
            // 内容暂时省略
        }),
    "./src/name.js":
        ((__unused_webpack_module, __webpack_exports__, __webpack_require__) => {
            // 内容暂时省略
        })
}
const runtime = __webpack_require__ => {
    var __webpack_exec__ = (moduleId) => (__webpack_require__(__webpack_require__.s = moduleId))
    var __webpack_exports__ = (__webpack_exec__("./src/index.js"));
}
self["webpackChunkmy_webpack_project"].push([
    ["main"],
    moreModules,
    runtime
]);

所以关键点还是来到了调用 webpackChunkmy_webpack_project 的 push 方法，也就是 runtime 里的 webpackJsonpCallback，接下来我们看这个函数做了什么，你可以先大概浏览一下。

var webpackJsonpCallback = (
    parentChunkLoadingFunction,
    data
) => {
    var [chunkIds, moreModules, runtime] = data;
    var moduleId, chunkId, i = 0;
    if (chunkIds.some((id) => (installedChunks[id] !== 0))) {
        for (moduleId in moreModules) {
            if (__webpack_require__.o(moreModules, moduleId)) {
                __webpack_require__.m[moduleId] = moreModules[moduleId];
            }
        }
        if (runtime) var result = runtime(__webpack_require__);
    }
    if (parentChunkLoadingFunction) parentChunkLoadingFunction(data);
    for (; i < chunkIds.length; i++) {
        chunkId = chunkIds[i];
        if (__webpack_require__.o(installedChunks, chunkId) && installedChunks[chunkId]) {
            installedChunks[chunkId][0]();
        }
        installedChunks[chunkId] = 0;
    }
    return __webpack_require__.O(result);
}

接下来逐行解释：

1. 函数的第一个参数是绑定数组原始的 push 方法，最开始就被 bind 了; 第二个参数是我们调用此函数入的参数，可以回看一下 main.js 最后的调用，是一个数组结构。

self["webpackChunkmy_webpack_project"].push([
    ["main"],
    moreModules,
    runtime
]);

2. var [chunkIds, moreModules, runtime] = data;

解构出这些参数，其中 chunkIds 是 ["main"]，剩下的以此类推。

if (chunkIds.some((id) => (installedChunks[id] !== 0))) {
    for (moduleId in moreModules) {
        if (__webpack_require__.o(moreModules, moduleId)) {
            __webpack_require__.m[moduleId] = moreModules[moduleId];
        }
    }
    if (runtime) var result = runtime(__webpack_require__);
}

installedChunk 是用来缓存模块的加载状态的，其中 0 代表已经加载好了。所以 if 语句的意思就是，如果 chunkIds 有模块还没有加载好。

继续往下我们需要介绍两个函数。

a. __webpack_require__.o：这个就是判断判断 key 值有没有在对象本身上：

__webpack_require__.o = 
    (obj, prop) => (Object.prototype.hasOwnProperty.call(obj, prop))

b. __webpack_require__.m：它维护的是所有的模块，因为我们可能有 main.js，main-1.js 都有模块需要管理，这时候就通过它去统一的注册上我们的模块里去。

var __webpack_modules__ = ({});
__webpack_require__.m = __webpack_modules__;

明白了上面两个工具函数，我们上面那段代码的含义就是把 moreModules 里的模块都注册到 __webpack_require__.m 上去。

注册完了之后剩下的就是执行了，也就是 runtime 函数做的事情 runtime 函数可以简化为：

const runtime = __webpack_require__ => {
   __webpack_require__("./src/index.js"));
}

而 __webpack_require__ 的作用可以理解为和我们在「模块被打包成了什么样子？」这一小节最后给出的 require 函数作用一样了，也就是说，执行 __webpack_require__.m 这个对象里 key 对应的函数。具体的，就是执行刚才我们省略了的 moreModules 里的某一项：

"./src/index.js":
        ((_, _1, __webpack_require__) => {
            var _message_js__WEBPACK_IMPORTED_MODULE_0__ = __webpack_require__("./src/message.js");
            console.log(_message_js__WEBPACK_IMPORTED_MODULE_0__["default"]);
        })

走到这一步，其实就已经可以串联起所有的模块了。不知你是否有种拨开云雾见日出的感觉。

4. 首先是把 data push 到我们的 webpackChunkmy_webpack_project 数组里，再接下来把加载好的做缓存，存储到 installedChunks 中去，返回值我们没有用到，所以这里就略过。

if (parentChunkLoadingFunction) parentChunkLoadingFunction(data);
for (; i < chunkIds.length; i++) {
    chunkId = chunkIds[i];
    // 这一步是动态引入的关键，这里暂时不分析
    if (__webpack_require__.o(installedChunks, chunkId) && installedChunks[chunkId]) {
        installedChunks[chunkId][0]();
    }
    installedChunks[chunkId] = 0;
}
return __webpack_require__.O(result);

通过上面我们可以感受到 Webpack 是怎么加载模块的，那在 Vite 中会是怎么样呢？还是举例子来说。

假设我们要请求一个 index.tsx 文件。在没有发起请求之前，Vite 的 Dev Server 不会帮我们预编译这个模块。当我们发起请求，此次 Vite 才会调用 ESBuild 编译这个模块，在这个过程中，会把 index.tsx 文件转译成 ESM 格式的 JS 文件，如果此时有 bare import ，还会有路径名重写成预编译的路径；有配置 alias ，也会把路径名改写成我们配置的 alias。最后，会把这个文件（index.tsx）的编译结果记录到 moduleGraph 中，moduleGraph 是 Vite 内部的模块图，是实现模块缓存、HMR 的关键。

接着，它会返回当前请求，当浏览器收到当前请求之后，当前文件可能有多个 import 请求，浏览器将并行的发出这些请求，Vite 也将重复上面操作，继续使用 ESBuild 的编译，然后记录到 moduleGraph 中，一直递归的进行到当前入口文件都请求完毕。

等到再次请求，我们就可以没有这么麻烦了，直接从 moduleGraph 中读取缓存的内容了。

大家可能发现了，从加载模块的这个角度，moduleGraph 和我们上面的 __webpack_require__.m 基本是一样的。只不过，Webpack 事先计算好了所有的内容，而 Vite 则按需计算。如果我们不做分包，一个很大的文件嵌套很多层，在 Dev Server 阶段最开始启动服务的时候， Vite 也并不一定比 Webpack 要快。

由于目前 Vite 没有对 moduleGraph 做缓存，重启 Server 则又会重新走一步编译-存储的流程，所以每次重启，在极端情况下，第一次加载可能都会比较慢；与之相对的，Webpack 现在对编译的结果做文件系统级别的缓存，这样子做了之后，甚至可以逼近 No-Bundler 的速度了。

module.exports = {
  cache: {
    type: 'filesystem',
    allowCollectingMemory: true,
  },
};

动态引入

通过上面那一小节的讲解，或许你会发现，假设我们动态引入的模块叫做 a.js，只要它也是形如这样去调用的：

// ... 前面省略
self["webpackChunkmy_webpack_project"].push([
    ["a"],
    moreModules,
    runtime
]);

我们好像不用额外做什么，就能把这些模块注册到主模块并且运行了。又可以说，某种程度上我们的静态引入其实也算是「动态引入」。当然了，其实我们还是要做一些额外的工作的，因为我们的模块引入之后，往往有一些回调函数。但是主要的逻辑基本是一致的。

其实动态引入（Dynamic Import）的实现一般都是通过 JSONP 的形式，基本的实现原理如下所示：

function importModule(url) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    const script = document.createElement("script");
    // 注册一个随机的全局变量，后面值挂上去
    const tempGlobal = "__tempModuleLoadingVariable" + Math.random().toString(32).substring(2);
    script.type = "module";
    script.textContent = `import * as m from "${url}"; window.${tempGlobal} = m;`;
    script.onload = () => {
      // 请求结束 resolve 掉。
      resolve(window[tempGlobal]);
      delete window[tempGlobal];
      script.remove();
    };
    script.onerror = () => {
      reject(new Error("Failed to load module script with URL " + url));
      delete window[tempGlobal];
      script.remove();
    };
    document.documentElement.appendChild(script);
  });
}

动态 Import 提案

接下来我们改一下例子，运行 pnpm build 看看在 Webpack 中是怎么实现的：

// filename: index.js
- import message from './message.js';
- console.log(message);
+ import ('./message.js').then(message => {
+     console.log(message)
+ })

首先我们发现多了一个文件 src_message_js.js。

再观察 main.js，import 语句被编译成了：

__webpack_require__.e(
    "src_message_js"
).then(
    __webpack_require__.bind(
        __webpack_require__,
        "./src/message.js"
   )
).then(message => {
    console.log(message)
})

看这段代码我们根据前面的知识可以进行猜想：

__webpack_require__.e 的作用就是下载 src_message_js 的内容，并把它注册到全局的 __webpack_require__.m 上，这一步应该可以静态引入一样，不过它是异步完成，下载完了才注册。

调用__webpack_require__(./src/message.js) 可以从全局模块对象里拿到它对应的导出值

打印出结果

接下来我们开始实际调试验证对不对。

首先是 __webpack_require__.e，它的作用就是遍历执行 __webpack_require__.f 上的方法，并且要再它上面所有的方法都执行完了才解决：

__webpack_require__.e = (chunkId) => {
    return Promise.all(Object.keys(__webpack_require__.f).reduce((promises, key) => {
        __webpack_require__.f[key](chunkId, promises);
        return promises;
    }, []));
};

值得高兴的是，__webpack_require__.f就挂了一个方法，__webpack_require__.f.j。它的作用就是通过 JSONP 的形式下载模块。

在这里先和大家讲解一下 installedChunks 的数据结构，讲完这个，大家应该可以结合着笔者给的注释看明白代码了。它也是一个缓存的对象，为了避免多次动态引入而发起多次请求。

第一种情况，已经安装的模块，value 会被置为 0，这样再引入便直接使用缓存。

const installedChunks = {
    runtime: 0
}

第二种情况，还在加载中的模块，value 是一个数组，三项分别是同一个 promise 对象的 resolve、reject、本身：

const installedChunks = {
    'src_message_js': [resolve, reject, promise]
}

接下来大家看代码不要纠结于细节，而是抓住主干：在请求到资源后，调用 onload 事件，整个流程就完了。

__webpack_require__.f.j = (chunkId, promises) => {
    var installedChunkData = __webpack_require__.o(installedChunks, chunkId) ? installedChunks[chunkId] : undefined;
    if (installedChunkData !== 0) { // 0 代表已经下载好了.
        // 有值说明还在 loading 中，已经开始下载了，没必要再次下载
        // 但是把 promise 状态给出去
        if (installedChunkData) {
            promises.push(installedChunkData[2]);
        } else {
            if ("runtime" != chunkId) {
                // 组装好 promise, 填入 installedChunks 中
                var promise = new Promise((resolve, reject) => (installedChunkData = installedChunks[chunkId] = [resolve, reject]));
                promises.push(installedChunkData[2] = promise);
                // 根据 publicPath 拼出 合适的 URL
                var url = __webpack_require__.p + __webpack_require__.u(chunkId);
                var error = new Error();
                var loadingEnded = (event) => {
                    // 意义不大，暂时删掉
                };
                __webpack_require__.l(url, loadingEnded, "chunk-" + chunkId, chunkId);
            } else installedChunks[chunkId] = 0; // 标识已 loaded
        }
    }
};

接下来就是 __webpack_require__.l 这个工具函数，它的作用就是根据传入的 URL 去请求，简化后如下：

__webpack_require__.l = (url, done, key, chunkId) => {
    var scripts = document.getElementsByTagName("script");
    script.timeout = 120;
    script.src = url;
    document.head.appendChild(script)
}

执行到这里就回去下载 src_message_js.js 文件，你可能会好奇，怎么还没 resolve ? 其实 src_message_js.js 的加载方式和我们刚开始说的静态引入一样，也是调用 push 方法：

self["webpackChunkmy_webpack_project"] || []).push([
    ["src_message_js"], 
    // 后面省略
 )

而此时就又会走到 webpackJsonpCallback，在调用这个函数的时候，我们回顾一下，会先把模块注册到 __webpack_require__.m 上去，接下来有一点我们没有讲：

if (
    __webpack_require__.o(installedChunks, chunkId) 
    && installedChunks[chunkId]
) {
    installedChunks[chunkId][0]();
}

上面代码就是关键，在这里去 resolve 掉了我们的异步引入，此时我们再把整理的函数放过来，你是不是对这个函数的每一行都理解了呢：

var webpackJsonpCallback = (
    parentChunkLoadingFunction,
    data
) => {
    var [chunkIds, moreModules, runtime] = data;
    var moduleId, chunkId, i = 0;
    if (chunkIds.some((id) => (installedChunks[id] !== 0))) {
        for (moduleId in moreModules) {
            if (__webpack_require__.o(moreModules, moduleId)) {
                __webpack_require__.m[moduleId] = moreModules[moduleId];
            }
        }
        if (runtime) var result = runtime(__webpack_require__);
    }
    if (parentChunkLoadingFunction) parentChunkLoadingFunction(data);
    for (; i < chunkIds.length; i++) {
        chunkId = chunkIds[i];
        if (__webpack_require__.o(installedChunks, chunkId) && installedChunks[chunkId]) {
            installedChunks[chunkId][0]();
        }
        installedChunks[chunkId] = 0;
    }
    return __webpack_require__.O(result);
}

好了，这就是 Webpack 动态引入的原理。笔者认为实现过程非常美丽、优雅。而在 Vite 中其实就没什么好说的了，它就是使用的原生的 import 。

模块联邦引入原理

这个的实现逻辑和动态引入很像，不同的是，动态引入只有一个工具函数，叫做 __webpack_require__.f.j，而它有三个，分别是：

__webpack_require__.f.consumes

__webpack_require__.f.j

__webpack_require__.f.remotes

由这三个一起完成了模块联邦的神奇功能。

这部分容笔者留一个坑，其实，再讲解完上面两部分之后，同学们可以自己尝试一下是否可以明白原理了，如果有同学想看这部分原理，不妨留言，笔者择期进行补充。

和各位读者预告一下，下一篇，笔者将更新 Immer 的源码解读，这是一个笔者很喜欢的库，敬请期待。

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示例模块 webpack 动态源码

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