Webpack 性能系列一: 使用 Cache 提升构建性能

发表于 3年以前 | 总阅读数：382 次

不知不觉，Webpack 原理系列已经陆续出了十篇文章，以构建主流程为纲逐步递进到插件、Loader、模块、运行时、Chunk、依赖对象、模块依赖图等关键概念的含义与运行原理，再到 HMR、Tree-Shaking 等特性的功能介绍和原理解析，满满当当十篇文章，合计超过 5W 字，基本上已经贯彻 Webpack 整个核心流程。

接下来我会继续沿着 Webpack 这个少人问津的方向，推出两个实用性更强的系列：基础应用、性能优化。性能优化系列主要介绍在 Webpack 场景下如何通过配置、插件等手段，优化构建与运行性能，以及这些性能优化背后的核心原理，例如本文即将介绍的 Webpack5 全新的 cache 功能。

使用持久化缓存

经过这么多年发展，Webpack 生态在前端工程化能力方面已经发展的非常全面且强大，但大而全的背后其运行性能却逐渐为行业诟病，后进如 Vite、SnowPack 等以性能著称的同类框架更是在业内掀起不小波澜。为此，Webpack 终于在第 5 个大版本引入持久化缓存，提升运行性能。

持久化缓存算得上是 Webpack 5 最令人振奋的特性之一，它能够将首次构建结果持久化到本地文件系统，在下次执行构建时跳过一系列解析、链接、编译等非常消耗性能的操作，直接复用 module、chunk 的构建结果。

使用持久化缓存后，构建性能有巨大提升！以 Three.js 为例，该项目包含 362 份 JS 文件，合计约 3w 行代码，算得上中大型项目：

配置 babel-loader、eslint-loader 后，在我机器上测试，未使用 cache 特性时构建耗时大约在 11000ms 到 18000ms 之间；启动 cache 功能后第二次构建耗时降低到 500ms 到 800ms 之间，两者相差接近 「50」 倍！

而这接近 50 倍的性能提升，仅仅需要在 Webpack5 场景下设置 cache.type = 'filesystem' 即可开启：

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

原理

那么，为什么开启持久化缓存之后构建性能会有如此巨大的提升呢？一言蔽之，Webpack5 会将首次构建出的 Module、Chunk、ModuleGraph 等对象序列化后保存到硬盘中，后面再运行的时候就可以跳过一些耗时的编译动作，直接复用缓存信息。

构建流程

在《[Webpack 原理系列] 》中，我们已经深入聊了很多关于 Webpack 构建功能的运行流程与实现细节的内容，为了加深对缓存的理解，这里有必要从构建性能角度简单回顾一下。

Webpack 的构建过程大致上可划分为三个阶段：

初始化，主要是根据配置信息设置内置的各类插件
Make - 构建阶段，从 entry 模块开始，执行：
读入文件内容
调用 Loader 转译文件内容
调用 acorn 生成 AST 结构
分析 AST，确定模块依赖列表
遍历模块依赖列表，对每一个依赖模块重新执行上述流程，直到生成完整的模块依赖图 —— ModuleGraph 对象
Seal - 生成阶段，过程：
代码转译，如 import 转换为 require 调用
分析运行时依赖
遍历模块依赖图，对每一个模块执行：
合并模块代码与运行时代码，生成 chunk
执行产物优化操作，如 Tree-shaking
将最终结果写出到产物文件

过程中存在许多 CPU 密集型操作，例如调用 Loader 链加载文件时，遇到 babel-loader、eslint-loader、ts-loader 等工具时可能需要重复生成 AST；分析模块依赖信息时则需要遍历 AST，执行大量运算；Seal 阶段也同样存在大量 AST 遍历，以及代码转换、优化操作，等等。

实现缓存

在引入持久化缓存之前，Webpack 在每次运行时都需要对所有模块完整执行上述构建流程，假设业务项目中有 1000 个文件，则每次执行 npx webpack 命令时都需要从 0 开始执行 1000 次构建、生成逻辑。

而 Webpack5 的持久化缓存功能则尝试将构建结果保存到文件系统中，在下次编译时对比每一个文件的内容哈希或时间戳，未发生变化的文件跳过编译操作，直接使用缓存副本，减少重复计算；发生变更的模块则重新执行编译流程。缓存执行时机如下图：

如图，Webpack 在首次构建完毕后将 Module、Chunk、ModuleGraph 三类对象的状态序列化并记录到缓存文件中；在下次构建开始时，尝试读入并恢复这些对象的状态，从而跳过执行 Loader 链、解析 AST、解析依赖等耗时操作，提升编译性能。

用法详解

理解缓存的核心原理后，我们再回过头来看看 cache 提供的配置项列表，下面摘录几个比较常用的配置项：

官方文档：https://webpack.js.org/configuration/cache

cache.type：缓存类型，支持 'memory' | 'filesystem'，需要设置 filesystem 才能开启持久缓存
cache.cacheDirectory：缓存文件存放的路径，默认为 node_modules/.cache/webpack
cache.buildDependencies：额外的依赖文件，当这些文件内容发生变化时，缓存会完全失效而执行完整的编译构建，通常可设置为项目配置文件，如：

module.exports = {
  cache: {
    buildDependencies: {
      config: [path.join(__dirname, 'webpack.dll_config.js')],
    },
  },
};

cache.managedPaths：受控目录，Webpack 构建时会跳过新旧代码哈希值与时间戳的对比，直接使用缓存副本，默认值为 ['./node_modules']
cache.profile：是否输出缓存处理过程的详细日志，默认为 false
cache.maxAge：缓存失效时间，默认值为 5184000000

使用时通常关注上述配置项即可，其它如 idleTimeout、idleTimeoutAfterLargeChanges 等项均与 Webpack 内部实现算法有关，与缓存效果关系不大，无需关注。

Webpack 4 中的缓存

实际上，Webpack 4 已经内置使用内存实现的临时缓存功能，但必须在 watch 模式下使用，进程退出后立即失效，实用性不高。不过，在 Webpack 4 及之前版本中可以使用一些 loader 自带的缓存功能提升构建性能，例如 babel-loader、eslint-loader、cache-loader 。

开启 `babel-loader` 缓存

只需设置 cacheDirectory``= true 即可开启 babel-loader 持久化缓存功能，例如：

module.exports = {
    // ...
    module: {
        rules: [{
            test: /\.m?js$/,
            loader: 'babel-loader',
            options: {
                cacheDirectory: true,
            },
        }]
    },
    // ...
};

配置项说明：https://github.com/babel/babel-loader#options

以 Three.js 为例，开启缓存后生产环境构建耗时从 3500ms 降低到 1600ms；开发环境构建从 6400ms 降低到 4500ms，性能提升约 30% ~ 50% 。

默认情况下，babel-loader 会将缓存内容保存到 node_modules/.cache/babel-loader 目录，用户也可以通过 cacheDirectory = 'dir' 方式设置缓存路径。

开启 `eslint-loader` 缓存

eslint-loader 同样支持缓存功能，只需设置 cache = true 即可开启，如：

module.exports = {
    // ...
    module: {
        rules: [{
            test: /\.js$/,
            exclude: /node_modules/,
            loader: 'eslint-loader',
            options: {
                cache: true,
            },
        }, ]
    },
    // ...
};

配置项说明：https://github.com/webpack-contrib/eslint-loader#cache

依然以 Three.js 为例，开启缓存后生产环境构建耗时从 6400ms 降低到 1400ms；开发环境构建从 7000ms 降低到 2100ms，性能提升达到 70% ~ 80%。

默认情况下，babel-loader 会将缓存内容保存到 ./node_modules/.cache/eslint-loader 目录，用户也可以通过 cache = 'dir' 方式设置缓存路径。

使用 `cache-loader`

除 babel-loader、eslint-loader 这类特化 loader 自身携带的缓存功能外，Webpack 4 中还可以使用 cache-loader 实现与 Webpack 5 相似的通用持久化缓存功能，使用上只需将 cache-loader 配置在 loader 数组首位，例如：

const path = require("path");
const webpack = require("webpack");

module.exports = {
    // ...
    module: {
        rules: [{
            test: /\.js$/,
            use: ['cache-loader', 'babel-loader', 'eslint-loader']
        }]
    },
    // ...
};