探討Esbuild 為什么那么快
Esbuild 是什么
Esbuild 是一個非常新的模塊打包工具，它提供了與 Webpack、Rollup、Parcel 等工具「相似」的資源打包能力，卻有著高的離譜的性能優(yōu)勢：
從上到下，耗時逐步上升達(dá)到數(shù)百倍的差異，這個巨大的性能優(yōu)勢使得 Esbuild 在一眾基于 Node 的構(gòu)建工具中迅速躥紅，特別是 Vite 2.0 宣布使用 Esbuild 預(yù)構(gòu)建依賴后，前端社區(qū)關(guān)于它的討論熱度迅速上升。
那么問題來了，這是怎么做到的?我翻閱了很多資料后，總結(jié)了一些關(guān)鍵因素：
下面展開一一細(xì)講。
為什么快
語言優(yōu)勢
大多數(shù)前端打包工具都是基于 JavaScript 實現(xiàn)的，而 Esbuild 則選擇使用 Go 語言編寫，兩種語言各自有其擅長的場景，但是在資源打包這種 CPU 密集場景下，Go 更具性能優(yōu)勢，差距有多大呢?比如計算 50 次斐波那契數(shù)列，JS 版本：
- function fibonacci(num) {
- if (num < 2) {
- return 1
- }
- return fibonacci(num - 1) + fibonacci(num - 2)
- }
- (() => {
- let cursor = 0;
- while (cursor < 50) {
- fibonacci(cursor++)
- }
- })()
Go 版本：
- package main
- func fibonacci(num int) int{
- if num<2{
- return 1
- }
- return fibonacci(num-1) + fibonacci(num-2)
- }
- func main(){
- for i := 0; i<50; i++{
- fibonacci(i)
- }
- }
JavaScript 版本執(zhí)行耗時大約為 「332.58s」，Go 版本執(zhí)行耗時大約為 「147.08s」，兩者相差約 「1.25」 倍，這個簡單實驗并不能精確定量兩種語言的性能差別，但感官上還是能明顯感知 Go 語言在 CPU 密集場景下會有更好的性能表現(xiàn)。
歸根到底，雖然現(xiàn)代 JS 引擎與10年前相比有巨大的提升，但 JavaScript 本質(zhì)上依然是一門解釋型語言，JavaScript 程序每次執(zhí)行都需要先由解釋器一邊將源碼翻譯成機(jī)器語言，一邊調(diào)度執(zhí)行;而 Go 是一種編譯型語言，在編譯階段就已經(jīng)將源碼轉(zhuǎn)譯為機(jī)器碼，啟動時只需要直接執(zhí)行這些機(jī)器碼即可。
這種語言層面的差異在打包場景下特別突出，說的夸張一點，JavaScript 運行時還在解釋代碼的時候，Esbuild 已經(jīng)在解析用戶代碼;JavaScript 運行時解釋完代碼剛準(zhǔn)備啟動的時候，Esbuild 可能已經(jīng)打包完畢，退出進(jìn)程了!
所以在編譯運行層面，Go 前置了源碼編譯過程，相對 JavaScript 邊解釋邊運行的方式有更高的執(zhí)行性能。
多線程優(yōu)勢
Go 天生具有多線程運行能力，而 JavaScript 本質(zhì)上是一門單線程語言，直到引入 WebWorker 規(guī)范之后才有可能在瀏覽器、Node 中實現(xiàn)多線程操作。
我曾經(jīng)研讀過 Rollup、Webpack 的代碼，就我熟知的范圍內(nèi)兩者均未使用 WebWorker 提供的多線程能力。反觀 Esbuild，它最核心的賣點就是性能，它的實現(xiàn)算法經(jīng)過非常精心的設(shè)計，盡可能飽和地使用各個 CPU 核，特別是打包過程的解析、代碼生成階段已經(jīng)實現(xiàn)完全并行處理。
除了 CPU 指令運行層面的并行外，Go 語言多個線程之間還能共享相同的內(nèi)存空間，而 JavaScript 的每個線程都有自己獨有的內(nèi)存堆。這意味著 Go 中多個處理單元，例如解析資源 A 的線程，可以直接讀取資源 B 線程的運行結(jié)果，而在 JavaScript 中相同的操作需要調(diào)用通訊接口 woker.postMessage 在線程間復(fù)制數(shù)據(jù)。
所以在運行時層面，Go 擁有天然的多線程能力，更高效的內(nèi)存使用率，也就意味著更高的運行性能。
節(jié)制
對，沒錯，節(jié)制!
Esbuild 并不是另一個 Webpack，它僅僅提供了構(gòu)建一個現(xiàn)代 Web 應(yīng)用所需的最小功能集合，未來也不會大規(guī)模加入我們業(yè)已熟悉的各類構(gòu)建特性。最新版本 Esbuild 的主要功能特性有：
- 支持 js、ts、jsx、css、json、文本、圖片等資源
- 增量更新
- Sourcemap
- 開發(fā)服務(wù)器支持
- 代碼壓縮
- Code split
- Tree shaking
- 插件支持
可以看到，這份列表中支持的資源類型、工程化特性非常少，甚至并不足以支撐一個大型項目的開發(fā)需求。在這之外，官網(wǎng)明確聲明未來沒有計劃支持如下特性：
- Elm, Svelte, Vue, Angular 等代碼文件格式
- Ts 類型檢查
- AST 相關(guān)操作 API
- Hot Module Replace
- Module Federation
而且，Esbuild 所設(shè)計的插件系統(tǒng)也無意覆蓋以上這些場景，這就意味著第三方開發(fā)者無法通過「插件」這種無侵入的方式實現(xiàn)上述功能，emmm，可以預(yù)見未來可能會出現(xiàn)很多魔改版本。
Esbuild 只解決一部分問題，所以它的架構(gòu)復(fù)雜度相對較小，相對地編碼復(fù)雜度也會小很多，相對于 Webpack、Rollup 等大一統(tǒng)的工具，也自然更容易把性能做到極致。節(jié)制的功能設(shè)計還能帶來另外一個好處：完全為性能定制的各種附加工具。
定制
回顧一下，在 Webpack、Rollup 這類工具中，我們不得不使用很多額外的第三方插件來解決各種工程需求，比如：
- 使用 babel 實現(xiàn) ES 版本轉(zhuǎn)譯
- 使用 eslint 實現(xiàn)代碼檢查
- 使用 TSC 實現(xiàn) ts 代碼轉(zhuǎn)譯與代碼檢查
- 使用 less、stylus、sass 等 css 預(yù)處理工具
我們已經(jīng)完全習(xí)慣了這種方式，甚至覺得事情就應(yīng)該是這樣的，大多數(shù)人可能根本沒有意識到事情可以有另一種解決方案。Esbuild 起了個頭，選擇完全!完全重寫整套編譯流程所需要用到的所有工具!這意味著它需要重寫 js、ts、jsx、json 等資源文件的加載、解析、鏈接、代碼生成邏輯。
開發(fā)成本很高，而且可能被動陷入封閉的風(fēng)險，但收益也是巨大的，它可以一路貫徹原則，以性能為最高優(yōu)先級定制編譯的各個階段，比如說：
- 重寫 ts 轉(zhuǎn)譯工具，完全拋棄 ts 類型檢查，只做代碼轉(zhuǎn)換
- 大多數(shù)打包工具把詞法分析、語法分析、符號聲明等步驟拆解為多個高內(nèi)聚低耦合的處理單元，各個模塊職責(zé)分明，可讀性、可維護(hù)性較高。而 Esbuild 則堅持性能第一原則，不惜采用反直覺的設(shè)計模式，將多個處理算法混合在一起降低編譯過程數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)所帶來的性能損耗
- 一致的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以及衍生出的高效緩存策略，下一節(jié)細(xì)講
這種深度定制一方面降低了設(shè)計成本，能夠保持編譯鏈條的架構(gòu)一致性;一方面能夠貫徹性能第一的原則，確保每個環(huán)節(jié)以及環(huán)節(jié)之間交互性能的最優(yōu)。雖然伴隨著功能、可讀性、可維護(hù)性層面的的犧牲，但在編譯性能方面幾乎做到了極致。
結(jié)構(gòu)一致性
上一節(jié)我們講到 Esbuild 選擇重寫包括 js、ts、jsx、css 等語言在內(nèi)的轉(zhuǎn)譯工具，所以它更能保證源代碼在編譯步驟之間的結(jié)構(gòu)一致性，比如在 Webpack 中使用 babel-loader 處理 JavaScript 代碼時，可能需要經(jīng)過多次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：
- Webpack 讀入源碼，此時為字符串形式
- Babel 解析源碼，轉(zhuǎn)換為 AST 形式
- Babel 將源碼 AST 轉(zhuǎn)換為低版本 AST
- Babel 將低版本 AST generate 為低版本源碼，字符串形式
- Webpack 解析低版本源碼
- Webpack 將多個模塊打包成最終產(chǎn)物
源碼需要經(jīng)歷 string => AST => AST => string => AST => string ，在字符串與 AST 之間反復(fù)橫跳。
而 Esbuild 重寫大多數(shù)轉(zhuǎn)譯工具之后，能夠在多個編譯階段共用相似的 AST 結(jié)構(gòu)，盡可能減少字符串到 AST 的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，提升內(nèi)存使用效率。
總結(jié)
單純從編譯性能的維度看，Esbuild 確實完勝世面上所有打包框架，差距甚至能在百倍之大：
但這是有代價的，刨除語言層面的天然優(yōu)勢外，在功能層面它直接放棄對 less、stylus、sass、vue、angular 等資源的支持，放棄 MF、HMR、TS 類型檢查等功能，正如作者所說：
❝This will involve saying "no" to requests for adding major features to esbuild itself. I don't think esbuild should become an all-in-one solution for all frontend needs!❞
在我看來，Esbuild 當(dāng)下與未來都不能替代 Webpack，它不適合直接用于生產(chǎn)環(huán)境，而更適合作為一種偏底層的模塊打包工具，需要在它的基礎(chǔ)上二次封裝，擴(kuò)展出一套既兼顧性能又有完備工程化能力的工具鏈，例如 Snowpack, Vite, SvelteKit, Remix Run 等。
總的來說，Esbuild 提供了一種新的設(shè)計思路，值得學(xué)習(xí)了解，但對大多數(shù)業(yè)務(wù)場景還不適合直接投入生產(chǎn)使用。
