手写一个简单的 webpack 编译代码

一、webpack 打包编译的主要流程

compiler 的流程：

将 webpack.config.js 作为参数传入 Compiler 类 (entry-options）
创建 Compiler 实例
调用 Compiler.run 开始编译（make）
创建 Compilation（ compiler 内创建 compilation 对象，并将 this 传入，compilation 就包含了对 compiler 的引用）
基于配置开始创建 Chunk （读取文件，转成 AST ）
使用 Parser 从 Chunk 开始解析依赖（找到依赖关系）
使用 Module 和 Dependency 管理代码模块相互依赖关系 (build-module）
使用 Template 基于 Compilation 的数据生成结果代码

可以简单分为这三个阶段

二、准备工作

我们先建一个项目，目录如下：

  selfWebpack
    - src
      - data.js
      - index.js
      - random.js

// index.js
import data from './data.js'
import random from './random.js'

console.log('🐻我是数据文件--->', data)
console.log('🦁我是随机数--->', random)
console.log('🐺我是index.js')

// data.js
const result = '我是文件里面的数据'

export default result

// random.js
const random = Math.random()

export default random

然后我们先用 webpack 进行一次打包，分析一下我们需要做什么工作

// 基本安装
npm init -y
npm install webpack@4.44.2 webpack-cli@4.2.0 --save-dev

// package.json
// 修改
"scripts": {
  "test": "echo \"Error: no test specified\" && exit 1",
  "build": "webpack --mode development"
},

整理一下打包后的代码

(function(modules) {
  var installedModules = {};
  function __webpack_require__(moduleId) {
    if(installedModules[moduleId]) {
      return installedModules[moduleId].exports;
    }
    var module = installedModules[moduleId] = { i: moduleId, l: false, exports: {} };
    modules[moduleId].call(module.exports, module, module.exports, __webpack_require__);
    module.l = true;
    return module.exports;
  }
  // Load entry module and return exports
  return __webpack_require__(__webpack_require__.s = "./src/index.js");
})({
  "./src/data.js": function(module, __webpack_exports__, __webpack_require__) {
    "use strict";
    const result = '我是文件里面的数据'
    __webpack_exports__["default"] = (result);

  },
  "./src/index.js": function(module, __webpack_exports__, __webpack_require__) {
    "use strict";
    var _random_js__WEBPACK_IMPORTED_MODULE_1__ = __webpack_require__("./src/random.js");
    console.log('🐻我是数据文件--->', _data_js__WEBPACK_IMPORTED_MODULE_0__["default"])
    console.log('🦁我是随机数--->', _random_js__WEBPACK_IMPORTED_MODULE_1__["default"])
    console.log('🐺我是index.js')
  },
  "./src/random.js": function(module, __webpack_exports__, __webpack_require__) {
    "use strict";
    const random = Math.random()
    __webpack_exports__["default"] = (random);
  }
});

最外层是一个立即执行函数，入参是所有的 modules（模块） list。传入的 modules 参数是一个对象。

对象的格式是，文件名: 方法。
key 是 index.js 文件的相对路径，value 是一个匿名函数，函数体里面就是咱们写在 index.js 里的代码。（这就是 webpack 加载模块的方式）

我们要是实现的两个功能

import 变成 __webpack_require__
读取模块中的所有依赖，生成一个 Template

三、开始搭建自己的 selfpack

实现打包编译的代码，放在 src 同级的 selfpack 目录，再增加一个配置文件(selfpack.config.js)，如下：

  selfWbpack
    + src
    // 新增
    - selfpack
      - compilation.js
      - compiler.js
      - index.js
      - Parser.js
    - selfpack.config.js

// selfpack.config.js
const { join } = require('path')
module.exports = {
  entry: join(__dirname, './src/index.js'),
  output: {
    path: join(__dirname, './dist'),
    filename: 'main.js'
  }
}

四、实现转换 AST

为什么要转成 ast ？因为有 import ，我们要把它替换成 webpack_require 。
怎么做？遍历 AST ，把其中 import 语句引入的文件路径收集起来。

第一步，实现通过参数找到入口文件并获取文件内容
第二步，转成 AST
第三步，解析主模块文件依赖
第四步，将 AST 转换回 JS 代码
第五步，分析模块之间的依赖关系，将 import 替换成 webpack_require

4.1 获取入口文件

// selfpack/index.js
const Compiler = require('./Compiler')
const options = require('../selfpack.config.js')
const compiler = new Compiler(options)
compiler.run()

// selfpack/compilation.js
const fs = require('fs')

class Compilation {
  constructor(compiler) {
    const { options } = compiler
    this.options = options
  }compiler
  static ast(path){
    const content = fs.readFileSync(path, 'utf-8') // 读取文件
    console.log('获取文件', content)
  }
  buildModule(absolutePath, isEntry) {
    this.ast(absolutePath)
  }
}
module.exports = Compilation

npm install tapable

// selfpack/compiler.js
const { SyncHook } = require('tapable')
const Compilation = require('./Compilation')

class Compiler {
  constructor(options) {
    this.options = options
    this.hooks = {
      run: new SyncHook()
    }
  }
  run() {
    this.compile()
  }
  compile() {
    const compilation = new Compilation(this)
     //通过entry找入口文件
     const entryModule = compilation.buildModule(this.options.entry, true)
  }
}
module.exports = Compiler

静态方法 MDN

// selfpack/Parser.js
const fs = require('fs')
class Parser{
  static ast(path) {
    const content = fs.readFileSync(path, 'utf-8') // 读取文件
    console.log('读取文件', content)
  }
}
module.exports = Parser

将 selfpack.config.js 作为参数传入 Compiler 类,执行 run 方法。通过 new 一个 Compilation 实例，调用 buildModule()

buildModule( absolutePath, isEntry )
- absolutePath: 入口文件的绝对路径
- isEntry: 是否是主模块

获取入口文件的结果：

第一步成功实现，下面实现第二步转成AST

4.2 转化成AST

这一步需要用到 @babel/parser ，将代码转化为 AST 语法树。
npm install @babel/parser sourceType 代表我们要解析的是ES模块

调用 Parser.ast()
通过 readFileSync 读取文件内容，传给 parser.parse() 得到 AST。

// selfpack/Parser.js
const fs = require('fs')
const parser = require('@babel/parser')

class Parser{
  static ast(path) {
    const content = fs.readFileSync(path, 'utf-8') // 读取文件
    console.log('读取文件', content)
    const _ast = parser.parse(content, {
      sourceType: 'module' //表示我们要解析的是ES模块
    })
    console.log(_ast)
    console.log('我是body内容', _ast.program.body)
    return _ast
  }
}
module.exports = Parser

到这一步我们很顺利！这是整个文件的信息，而我们需要的文件内容在它的属性 program 里的 body 里。看一下 body 的内容

这是 src/index.js 的一个 import 的 Node 属性，它的类型是 ImportDeclaration。

4.3 解析主模块文件依赖

接下来，解析主模块。

遍历AST要用到 @babel/traverse
npm install @babel/traverse
traverse() 的用法：第一个参数就是 AST ，第二个参数就是配置对象

// selfpack/Parser.js
const traverse  = require('@babel-traverse').default
const fs = require('fs')
const parser = require('@babel/parser')
const path = require('path')

class Parser{
  static ast(path){
    const content = fs.readFileSync(path, 'utf-8') // 读取文件
    const _ast = parser.parse(content, {
      sourceType: 'module' //表示我们要解析的是ES模块
    })
    console.log(_ast)
    console.log('我是body内容', _ast.program.body)
    return _ast
  }
  static getDependecy(ast, file) {
    const dependecies = {}
    traverse(ast, {
      ImportDeclaration: ({node}) => {
        const oldValue = node.source.value
        const dirname = path.dirname(file)
        const relativepath = "./" + path.join(dirname, oldValue) 
        dependecies[oldValue] = relativepath
        node.source.value = relativepath // 将 ./data.js 转化成 ./src/data.js
      }
    })
    return dependecies
  }
}
module.exports = Parser

调用 Parser.getDependecy 方法，获取主模块的依赖路径，修改源码。
getDependecy()：静态方法，是对 type 为 ImportDeclaration 的节点的处理。
node.source.value：就是 import 的值。
因为我们打包后的代码，入参部分的 key 变成了 ./src/data.js，所以这里也需要做出相应的改变 import data from './data.js' ==> require('./data.js') ==> require('./src/data.js')

relativepath：这里获取的是依赖的文件路径
dependecies：是收集的依赖对象，key 为 node.source.value ，value 为转换后的路径。

import data from './data.js'
import random from './random.js'

node.source.value：指的是 from 后面的 './data.js' 、'./random.js'

path.relative(from, to)：方法根据当前工作目录返回 ( from ) 到 ( to ) 的 ( 相对路径 )

process.cwd()：返回 Node.js 进程的当前工作目录（path.resolve()）

// selfpack/compilation.js
const Parser = require('./Parser')
const path = require('path')

class Compilation {
  constructor(compiler) {
    const { options } = compiler
    this.options = options
    this.entryId
    // 增加
    this.root = process.cwd() // 执行命令的当前目录
  }
  buildModule(absolutePath, isEntry) {
    let ast = ''
    ast = Parser.ast(absolutePath)
    const relativePath = './' + path.relative(this.root, absolutePath)
    if(isEntry){
      this.entryId = relativePath
    }
    const dependecies = Parser.getDependecy(ast, relativePath)
    console.log("依赖项", dependecies)
  }
}
module.exports = Compilation

遍历之后在 ast 里面找到节点类型，通过 index.js 的 ast 获取到 index.js 文件的依赖（也就是data.js、random.js）

主模块的依赖路径已经全部找到啦！走到这一步，离成功就不远了。

4.4 转换代码

接下来是转换代码，就是将修改后的 AST 转换成 JS 代码。
用到了 @babel/core 的 transformFromAst 和 @babel/preset-env。
安装一下 npm install @babel/core @babel/preset-env

transformFromAst：就是将我们传入的 AST 转化成我们在第三个参数（@babel/preset-env）里配置的模块类型，会返回转换后的代码

@babel/preset-env 是将我们使用的 JS 新特性转换成兼容的代码。

此时 Parser.js 长这样

// selfpack/Parser.js 完整
const traverse  = require('@babel-traverse').default
const fs = require('fs')
const parser = require('@babel/parser')
const path = require('path')
// 增加
const { transformFromAst } = require('@babel/core')

class Parser{
  static ast(path){
    const content = fs.readFileSync(path, 'utf-8') // 读取文件
    const _ast = parser.parse(content, {
      sourceType: 'module' //表示我们要解析的是ES模块
    })
    console.log(_ast)
    console.log('我是body内容', _ast.program.body)
    return _ast
  }
  static getDependecy(ast, file) {
    const dependecies = {}
    traverse(ast, {
      ImportDeclaration: ({node}) => {
        const oldValue = node.source.value
        const dirname = path.dirname(file)
        const relativepath = "./" + path.join(dirname, oldValue) 
        dependecies[oldValue] = relativepath
        node.source.value = relativepath // 将 ./data.js 转化成 ./src/data.js
      }
    })
    return dependecies
  }
  // 增加
  static transform(ast) {
    const { code } = transformFromAst(ast, null, {
        presets: ['@babel/preset-env']
    })
    return code
  }
}
module.exports = Parser

// selfpack/compilation.js
  ...
  buildModule(absolutePath, isEntry) {
    let ast = ''
    ast = Parser.ast(absolutePath)
    const relativePath = './' + path.relative(this.root, absolutePath)
    if(isEntry){
      this.entryId = relativePath  // 保存主入口的文件路径
    }
    const dependecies = Parser.getDependecy(ast, relativePath)
    // 增加
    const transformCode = Parser.transform(ast)
    console.log("转换后的代码 ", transformCode)
    return {
      relativePath,
      dependecies,
      transformCode 
    }
  }
}
  ...

先来看下结果:

可以看到 const 成功转换成了 var，但是 require("./data.js") 引用的路径还没有和 modules 的 key 保持一致。

4.5 递归收集依赖

我们怎么去确定一个模块应该包含什么信息呢？
首先要确定这个文件的唯一性，所以我们需要要的文件路径，因为这个是唯一的。
然后再来分析文件的内容：

是否引入了其他文件
自己的主体内容

所以我们需要的模块信息如下：

该模块的路径
该模块的依赖
该模块转换后的代码这里我们获取转换后的代码，并在 buildModule 返回一个对象，返回值结构如下：

// 获取的模块信息
  {
    relativePath: './src/xxx',
    dependecies: {
      './data.js': './src/data.js',
      './random.js': './src/random.js'
    },
    transformCode: {
      ...
    }
  }

但是 buildModule 只能收集一个模块的依赖，而我们最终的目的是收集所有依赖，所以我们要做一个递归处理。修改一下 compiler.js

// selfpack/compiler.js
  ...
  compile() {
    const compilation = new Compilation(this)
     //通过entry找入口文件
    const entryModule = compilation.buildModule(this.options.entry, true)

    //  增加
    this.modules.push(entryModule)
    this.modules.map((_module) => {
      const deps = _module.dependecies
      for (const key in deps){
        if (deps.hasOwnProperty(key)){
          this.modules.push(compilation.buildModule(deps[key], false))
        }
      }
    })
    console.log('最终的 modules', this.modules)
  }
  ...

先来看一下 compile 中递归的方法：

将主入口文件传入buildModule ，得到主入口的文件模块
最外层遍历的主入口文件的模块
然后获取主模块的依赖所有模块
把依赖的模块 push 到 this.modules 里

来看一下最终的 modules

成功得到了包含所有模块的：路径、依赖、转换后的代码。

五、生成 webpack 模版文件

编译的最后一步就是生成模板文件，并放到 output 目录。
我们直接借用文章开头那段打包出来的 dist/main.js 文件的内容，然后做些修改。
来看修改后的的 compilation.js

// selfpack/compilation.js 完整
const path = require('path')
const Parser = require('./Parser')
const fs = require('fs')


class Compilation {
  constructor(compiler) {
    // 修改
    const { options, modules } = compiler
    this.options = options
    this.root = process.cwd() // 执行命令的当前目录
    this.entryId
    // 增加
    this.modules = modules
  }
  buildModule(absolutePath, isEntry) {
    let ast = ''
    ast = Parser.ast(absolutePath)
    const relativePath = './' + path.relative(this.root, absolutePath)
    if(isEntry){
      this.entryId = relativePath
    }
    const dependecies = Parser.getDependecy(ast, relativePath)
    const transformCode = Parser.transform(ast)
    // console.log("依赖项", dependecies)
    // console.log("转换后的代码 ", transformCode)
    return {
      relativePath,
      dependecies,
      transformCode 
    }
  }
  // 增加
  emitFiles(){
    let _modules = ''
    const outputPath = path.join(
      this.options.output.path,
      this.options.output.filename
    )
    this.modules.map((_module) => {
      // 记得加引号
      _modules += `'${_module.relativePath}': function(module, exports, require){
        ${_module.transformCode}
      },`
    })
    const template = `
    (function(modules) {
      var installedModules = {};
      function __webpack_require__(moduleId) {
        // Check if module is in cache
        if(installedModules[moduleId]) {
          return installedModules[moduleId].exports;
        }
        var module = installedModules[moduleId] = {
          exports: {}
        };
        modules[moduleId].call(module.exports, module, module.exports, __webpack_require__);
        
        return module.exports;
      }
       // 执行的入口函数
      return __webpack_require__('${this.entryId}');
    })({
      ${_modules}
    })
    `
    const dist = path.dirname(outputPath)
    fs.mkdirSync(dist)
    fs.writeFileSync(outputPath, template, 'utf-8')
  }
}
module.exports = Compilation

打包之后的文件内容，大体上长这样，还有点小瑕疵。
看下 emitFiles 函数的作用

获取 selfpack.config.js 中的 output 对象的 path，filename
遍历所有的 modules 并放在模板的入参位置
新建一个文件，将编译后的代码写入

完整的 compiler

// selfpack/compiler.js 完整
const { SyncHook } = require('tapable')
const Compilation = require('./Compilation')

class Compiler {
  constructor(options) {
    this.modules = []
    this.options = options
    this.hooks = {
      run: new SyncHook()
    }
  }
  run() {
    this.compile()
  }
  compile() {
    const compilation = new Compilation(this)
    const entryModule = compilation.buildModule(this.options.entry, true)
    this.modules.push(entryModule)
    this.modules.map((_module) => {
      const deps = _module.dependecies
      for (const key in deps){
        if (deps.hasOwnProperty(key)){
          this.modules.push(compilation.buildModule(deps[key], false))
        }
      }
    })
    // 增加
    compilation.emitFiles()
  }
}
module.exports = Compiler

编译后的代码如下：

// dist/main.js
(function (modules) {
  var installedModules = {};
  function __webpack_require__(moduleId) {
    // Check if module is in cache
    if (installedModules[moduleId]) {
      return installedModules[moduleId].exports;
    }
    var module = installedModules[moduleId] = {
      exports: {}
    };
    modules[moduleId].call(module.exports, module, module.exports, __webpack_require__);
    return module.exports;
  }
  // 执行的入口函数
  return __webpack_require__('./src/index.js');
})({
  './src/index.js': function (module, exports, require) {
    "use strict";

    var _data = _interopRequireDefault(require("./src/data.js"));

    var _random = _interopRequireDefault(require("./src/random.js"));

    function _interopRequireDefault(obj) { return obj && obj.__esModule ? obj : { "default": obj }; }

    console.log('🐻我是数据文件--->', _data["default"]);
    console.log('🦁我是随机数--->', _random["default"]);
    console.log('🐺我是index.js');
  }, './src/data.js': function (module, exports, require) {
    "use strict";

    Object.defineProperty(exports, "__esModule", {
      value: true
    });
    exports["default"] = void 0;
    var result = '我是文件里面的数据';
    var _default = result;
    exports["default"] = _default;
  }, './src/random.js': function (module, exports, require) {
    "use strict";

    Object.defineProperty(exports, "__esModule", {
      value: true
    });
    exports["default"] = void 0;
    var random = Math.random();
    var _default = random;
    exports["default"] = _default;
  },
})

走到这里一个简单 webpack 的编译流程代码就算写完啦。
把代码复制到浏览器测试一下

六、实现 webpack 的 Plugins 功能

怎么开发一个自定义的plugins？
webpack中内部实现了自己的一套生命周期，而 plugins 就是用 apply 来调用webpack里面提供的生命周期。
而 webpack 的生命周期主要就是 tapable 来实现的。
这里只用到了 SyncHook，更多可参考这篇 Tapable 详解。

我们修改一下官网的 ConsoleLogOnBuildWebpackPlugin.js 例子。
在 src同级目录新建一个 plugins

  + src
  - plugins
    - ConsoleLogOnBuildWebpackPlugin.js

编写一个简单的 plugins

// ConsoleLogOnBuildWebpackPlugin.js
const pluginName = 'ConsoleLogOnBuildWebpackPlugin';

class ConsoleLogOnBuildWebpackPlugin {
  apply(compiler) {
    compiler.hooks.run.tap(pluginName, compilation => {
      console.log('The webpack build process is starting!!!');
    });
    // 在文件打包结束后执行
    compiler.hooks.done.tap(pluginName,(compilation)=> {
      console.log("整个webpack打包结束")
    })
    // 在webpack输出文件的时候执行
    compiler.hooks.emit.tap(pluginName,(compilation)=> {
        console.log("文件开始发射")
    })
  }
}
module.exports = ConsoleLogOnBuildWebpackPlugin;

然后再配置文件引入这个 plugins

// selfpack.config.js
const { join } = require('path')
const ConsoleLogOnBuildWebpackPlugin = require('./plugins/ConsoleLogOnBuildWebpackPlugin')

module.exports = {
  entry: join(__dirname, './src/index.js'),
  output: {
    path: join(__dirname, './dist'),
    filename: 'main.js'
  },
  plugins: [new ConsoleLogOnBuildWebpackPlugin()],
}

要让我们的 selfwebpack 支持 plugins ，还要做些改动。

// selfpack/index.js
const Compiler = require('./Compiler')
const options = require('../selfpack.config.js')
const compiler = new Compiler(options)
const plugins = options.plugins
for (let plugin of plugins) {
    plugin.apply(compiler)
}
compiler.run()

// selfpack/compiler.js
const { SyncHook } = require('tapable')
const Compilation = require('./Compilation')

class Compiler {
  constructor(options) {
    this.modules = []
    this.options = options
    this.hooks = {
      run: new SyncHook(),
      // 增加
      emit: new SyncHook(),
      done: new SyncHook()
    }
  }
  run() {
    this.compile()
  }
  compile() {
    const compilation = new Compilation(this)
    // 增加
    this.hooks.run.call()
     //通过entry找入口文件
    const entryModule = compilation.buildModule(this.options.entry, true)
    this.modules.push(entryModule)
    this.modules.map((_module) => {
      const deps = _module.dependecies
      for (const key in deps){
        if (deps.hasOwnProperty(key)){
          this.modules.push(compilation.buildModule(deps[key], false))
        }
      }
    })
    // console.log('最终的 modules', this.modules)
    compilation.emitFiles()
    // 增加
    this.hooks.emit.call()
    this.hooks.done.call()

  }
}
module.exports = Compiler

在 compiler 函数一初始化的时候就定义自己的 webpack 的生命周期，并且在 run 期间进行相应的调用，这样我们就实现了自己的生命周期。

打印结果如下：
runPlugins

本文只实现了简单的编译原理，更多实现请看 webapck-github

对应的代码放到了这里 github

参考文章：手写webpack核心原理