彻底搞懂并实现webpack热更新原理

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目录

  • HMR 是什么

    • 使用场景

  • 配置使用 HMR

    • 配置 webpack
    • 解析 webpack 打包后的文件内容
    • 配置 HMR
  • HMR 原理

  • debug 服务端源码

    • 服务端简易实现
    • 服务端调试阶段

  • debug 客户端源码

    • 客户端简易实现
    • 客户端调试阶段
  • 问题
  • 总结

HMR 是什么

HMR即 Hot Module Replacement 是指当你对代码修改并保存后，webpack将会对代码进行重新打包，并将改动的模块发送到浏览器端，浏览器用新的模块替换掉旧的模块，去实现局部更新页面而非整体刷新页面。接下来将从使用到实现一版简易功能带领大家深入浅出HMR。

文章首发于 @careteen/webpack-hmr，转载请注明来源即可。

使用场景

如上图所示，一个注册页面包含 用户名 、 密码 、 邮箱 三个必填输入框，以及一个 提交 按钮，当你在调试 邮箱 模块改动了代码时，没做任何处理情况下是会刷新整个页面，频繁的改动代码会浪费你大量时间去重新填写内容。预期是保留 用户名 、 密码 的输入内容，而只替换 邮箱 这一模块。这一诉求就需要借助 webpack-dev-server 的热模块更新功能。

相对于 live reload 整体刷新页面的方案，HMR的优点在于可以保存应用的状态，提高开发效率。

配置使用 HMR

配置 webpack

首先借助 webpack 搭建项目

  • 初识化项目并导入依赖
mkdir webpack-hmr && cd webpack-hmr
npm i -y
npm i -S webpack webpack-cli webpack-dev-server html-webpack-plugin
  • 配置文件webpack.config.js 
const path = require('path')
const webpack = require('webpack')
const htmlWebpackPlugin = require('html-webpack-plugin')

module.exports = {
  mode: 'development', // 开发模式不压缩代码，方便调试
  entry: './src/index.js', // 入口文件
  output: {path: path.join(__dirname, 'dist'),
    filename: 'main.js'
  },
  devServer: {contentBase: path.join(__dirname, 'dist')
  },
  plugins: [
    new htmlWebpackPlugin({
      template: './src/index.html',
      filename: 'index.html'
    })
  ]
}
  • 新建 src/index.html 模板文件
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
  <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge">
  <title>Webpack Hot Module Replacement</title>
</head>
<body>
  <div id="root"></div>
</body>
</html>
  • 新建 src/index.js 入口文件编写简单逻辑
var root = document.getElementById('root')
function render () {root.innerHTML = require('./content.js')
}
render()
  • 新建依赖文件 src/content.js 导出字符供 index 渲染页面
var ret = 'Hello Webpack Hot Module Replacement'
module.exports = ret
// export default ret
  • 配置package.json 
  "scripts": {
    "dev": "webpack-dev-server",
    "build": "webpack"
  }
  • 然后 npm run dev 即可启动项目
  • 通过 npm run build 打包生成静态资源到 dist 目录

接下来先分析下 dist 目录中的文件

解析 webpack 打包后的文件内容

  • webpack 自己实现的一套 commonjs 规范讲解
  • 区分 commonjs 和 esmodule

dist 目录结构

.
├── index.html
└── main.js

其中 index.html 内容如下

<!-- ... -->
<div id="root"></div>
<script type="text/javascript" src="main.js"></script></body>
<!-- ... -->

使用 html-webpack-plugin 插件将入口文件及其依赖通过 script 标签引入

先对 main.js 内容去掉注释和无关内容进行分析

(function (modules) { // webpackBootstrap
  // ...
})
({
  "./src/content.js":
    (function (module, exports) {eval("var ret ='Hello Webpack Hot Module Replacement'\n\nmodule.exports = ret\n// export default ret\n\n");
    }),
  "./src/index.js": (function (module, exports, __webpack_require__) {eval("var root = document.getElementById('root')\nfunction render () {\n  root.innerHTML = __webpack_require__(/*! ./content.js */ \"./src/content.js\")\n}\nrender()\n\n\n");
  })
});

可见 webpack 打包后会产出一个自执行函数，其参数为一个对象

"./src/content.js": (function (module, exports) {eval("...")
}

键为入口文件或依赖文件相对于根目录的相对路径，值则是一个函数，其中使用 eval 执行文件的内容字符。

  • 再进入自执行函数体内，可见 webpack 自己实现了一套 commonjs 规范
(function (modules) {
  // 模块缓存
  var installedModules = {};
  function __webpack_require__(moduleId) {
    // 判断是否有缓存
    if (installedModules[moduleId]) {return installedModules[moduleId].exports;
    }
    // 没有缓存则创建一个模块对象并将其放入缓存
    var module = installedModules[moduleId] = {
      i: moduleId,
      l: false, // 是否已加载
      exports: {}};
    // 执行模块函数
    modules[moduleId].call(module.exports, module, module.exports, __webpack_require__);
    // 将状态置为已加载
    module.l = true;
    // 返回模块对象
    return module.exports;
  }
  // ...
  // 加载入口文件
  return __webpack_require__(__webpack_require__.s = "./src/index.js");
})

如果对上面 commonjs 规范感兴趣可以前往我的另一篇文章手摸手带你实现 commonjs 规范

给出上面代码主要是先对 webpack 的产出文件混个眼熟，不要惧怕。其实任何一个不管多复杂的事物都是由更小更简单的东西组成，剖开它认识它爱上它。

配置 HMR

接下来配置并感受一下热更新带来的便捷开发

webpack.config.js配置

  // ...
  devServer: {hot: true}
  // ...

./src/index.js配置

// ...
if (module.hot) {module.hot.accept(['./content.js'], () => {render()
  })
}

当更改 ./content.js 的内容并保存时，可以看到页面没有刷新，但是内容已经被替换了。

这对提高开发效率意义重大。接下来将一层层剖开它，认识它的实现原理。

HMR 原理

如上图所示，右侧 Server 端使用 webpack-dev-server 去启动本地服务，内部实现主要使用了webpack、express、websocket。

  • 使用 express 启动本地服务，当浏览器访问资源时对此做响应。
  • 服务端和客户端使用 websocket 实现长连接

  • webpack监听源文件的变化，即当开发者保存文件时触发 webpack 的重新编译。

    • 每次编译都会生成 hash 值、 已改动模块的 json 文件 、 已改动模块代码的 js 文件
    • 编译完成后通过 socket 向客户端推送当前编译的hash 戳

  • 客户端的 websocket 监听到有文件改动推送过来的hash 戳，会和上一次对比

    • 一致则走缓存
    • 不一致则通过 ajax 和jsonp向服务端获取最新资源
  • 使用 内存文件系统 去替换有修改的内容实现局部刷新

上图先只看个大概，下面将从服务端和客户端两个方面进行详细分析

debug 服务端源码

现在也只需要关注上图的右侧服务端部分，左侧可以暂时忽略。下面步骤主要是 debug 服务端源码分析其详细思路，也给出了代码所处的具体位置，感兴趣的可以先行定位到下面的代码处设置断点，然后观察数据的变化情况。也可以先跳过阅读此步骤。

  1. 启动 webpack-dev-server 服务器，源代码地址 @webpack-dev-server/webpack-dev-server.js#L173
  2. 创建 webpack 实例，源代码地址 @webpack-dev-server/webpack-dev-server.js#L89
  3. 创建 Server 服务器，源代码地址 @webpack-dev-server/webpack-dev-server.js#L107

  4. 添加 webpack 的 done 事件回调，源代码地址 @webpack-dev-server/Server.js#L122

    1. 编译完成向客户端发送消息，源代码地址 @webpack-dev-server/Server.js#L184
  5. 创建 express 应用 app，源代码地址 @webpack-dev-server/Server.js#L123
  6. 设置文件系统为内存文件系统，源代码地址 @webpack-dev-middleware/fs.js#L115

  7. 添加 webpack-dev-middleware 中间件，源代码地址 @webpack-dev-server/Server.js#L125

    1. 中间件负责返回生成的文件，源代码地址 @webpack-dev-middleware/middleware.js#L20
  8. 启动 webpack 编译，源代码地址 @webpack-dev-middleware/index.js#L51
  9. 创建 http 服务器并启动服务，源代码地址 @webpack-dev-server/Server.js#L135

  10. 使用 sockjs 在浏览器端和服务端之间建立一个 websocket 长连接，源代码地址 @webpack-dev-server/Server.js#L745

    1. 创建 socket 服务器，源代码地址 @webpack-dev-server/SockJSServer.js#L34

服务端简易实现

上面是我通过 debug 得出 dev-server 运行流程比较核心的几个点，下面将其抽象整合到一个文件中。

启动 webpack-dev-server 服务器

先导入所有依赖

const path = require('path') // 解析文件路径
const express = require('express') // 启动本地服务
const mime = require('mime') // 获取文件类型 实现一个静态服务器
const webpack = require('webpack') // 读取配置文件进行打包
const MemoryFileSystem = require('memory-fs') // 使用内存文件系统更快，文件生成在内存中而非真实文件
const config = require('./webpack.config') // 获取 webpack 配置文件

创建 webpack 实例

const compiler = webpack(config)

compiler 代表整个 webpack 编译任务，全局只有一个

创建 Server 服务器

class Server {constructor(compiler) {this.compiler = compiler}
  listen(port) {this.server.listen(port, () => {console.log(` 服务器已经在 ${port}端口上启动了 `)
    })
  }
}
let server = new Server(compiler)
server.listen(8000)

在后面是通过 express 来当启动服务的

添加 webpack 的 done 事件回调

  constructor(compiler) {let sockets = []
    let lasthash
    compiler.hooks.done.tap('webpack-dev-server', (stats) => {
      lasthash = stats.hash
      // 每当新一个编译完成后都会向客户端发送消息
      sockets.forEach(socket => {socket.emit('hash', stats.hash) // 先向客户端发送最新的 hash 值
        socket.emit('ok') // 再向客户端发送一个 ok
      })
    })
  }

webpack编译后提供提供了一系列钩子函数，以供插件能访问到它的各个生命周期节点，并对其打包内容做修改。compiler.hooks.done则是插件能修改其内容的最后一个节点。

编译完成通过 socket 向客户端发送消息，推送每次编译产生的hash。另外如果是热更新的话，还会产出二个补丁文件，里面描述了从上一次结果到这一次结果都有哪些 chunk 和模块发生了变化。

使用 let sockets = [] 数组去存放当打开了多个 Tab 时每个 Tab 的socket 实例。

创建 express 应用 app

let app = new express()

设置文件系统为内存文件系统

let fs = new MemoryFileSystem()

使用 MemoryFileSystem 将compiler的产出文件打包到内存中。

添加 webpack-dev-middleware 中间件

  function middleware(req, res, next) {if (req.url === '/favicon.ico') {return res.sendStatus(404)
    }
    // /index.html   dist/index.html
    let filename = path.join(config.output.path, req.url.slice(1))
    let stat = fs.statSync(filename)
    if (stat.isFile()) { // 判断是否存在这个文件, 如果在的话直接把这个读出来发给浏览器
      let content = fs.readFileSync(filename)
      let contentType = mime.getType(filename)
      res.setHeader('Content-Type', contentType)
      res.statusCode = res.statusCode || 200
      res.send(content)
    } else {return res.sendStatus(404)
    }
  }
  app.use(middleware)

使用 expres 启动了本地开发服务后，使用中间件去为其构造一个静态服务器，并使用了内存文件系统，使读取文件后存放到内存中，提高读写效率，最终返回生成的文件。

启动 webpack 编译

  compiler.watch({}, err => {console.log('又一次编译任务成功完成了')
  })

以监控的模式启动一次 webpack 编译，当编译成功之后执行回调

创建 http 服务器并启动服务

  constructor(compiler) {
    // ...
    this.server = require('http').createServer(app)
    // ...
  }
  listen(port) {this.server.listen(port, () => {console.log(` 服务器已经在 ${port}端口上启动了 `)
    })
  }

使用 sockjs 在浏览器端和服务端之间建立一个 websocket 长连接

  constructor(compiler) {
    // ...
    this.server = require('http').createServer(app)
    let io = require('socket.io')(this.server)
    io.on('connection', (socket) => {sockets.push(socket)
      socket.emit('hash', lastHash)
      socket.emit('ok')
    })
  }

启动一个 websocket 服务器，然后等待连接来到，连接到来之后存进 sockets 池

当有文件改动，webpack 重新编译时，向客户端推送 hash 和ok两个事件

服务端调试阶段

感兴趣的可以根据上面 debug 服务端源码所带的源码位置，并在浏览器的调试模式下设置断点查看每个阶段的值。

node dev-server.js

使用我们自己编译的 dev-server.js 启动服务，可看到页面可以正常展示，但还没有实现热更新。

下面将调式客户端的源代码分析其实现流程。

debug 客户端源码

现在也只需要关注上图的左侧客户端部分，右侧可以暂时忽略。下面步骤主要是 debug 客户端源码分析其详细思路，也给出了代码所处的具体位置，感兴趣的可以先行定位到下面的代码处设置断点，然后观察数据的变化情况。也可以先跳过阅读此步骤。

debug 客户端源码分析其详细思路

  1. webpack-dev-server/client 端会监听到此 hash 消息，源代码地址 @webpack-dev-server/index.js#L54
  2. 客户端收到 ok 的消息后会执行 reloadApp 方法进行更新，源代码地址 index.js#L101
  3. 在 reloadApp 中会进行判断，是否支持热更新，如果支持的话发射 webpackHotUpdate 事件，如果不支持则直接刷新浏览器，源代码地址 reloadApp.js#L7
  4. 在 webpack/hot/dev-server.js 会监听 webpackHotUpdate 事件，源代码地址 dev-server.js#L55
  5. 在 check 方法里会调用 module.hot.check 方法，源代码地址 dev-server.js#L13
  6. HotModuleReplacement.runtime 请求 Manifest，源代码地址 HotModuleReplacement.runtime.js#L180
  7. 它通过调用 JsonpMainTemplate.runtime 的 hotDownloadManifest 方法，源代码地址 JsonpMainTemplate.runtime.js#L23
  8. 调用 JsonpMainTemplate.runtime 的 hotDownloadUpdateChunk 方法通过 JSONP 请求获取到最新的模块代码，源代码地址 JsonpMainTemplate.runtime.js#L14
  9. 补丁 JS 取回来后会调用 JsonpMainTemplate.runtime.js 的 webpackHotUpdate 方法，源代码地址 JsonpMainTemplate.runtime.js#L8
  10. 然后会调用 HotModuleReplacement.runtime.js 的 hotAddUpdateChunk 方法动态更新模块代码，源代码地址 HotModuleReplacement.runtime.js#L222
  11. 然后调用 hotApply 方法进行热更新，源代码地址 HotModuleReplacement.runtime.js#L257、HotModuleReplacement.runtime.js#L278

客户端简易实现

上面是我通过 debug 得出 dev-server 运行流程比较核心的几个点，下面将其抽象整合成一个文件。

webpack-dev-server/client 端会监听到此 hash 消息

在开发客户端功能之前，需要在 src/index.html 中引入socket.io

<script src="/socket.io/socket.io.js"></script>

下面连接 socket 并接受消息

let socket = io('/')
socket.on('connect', onConnected)
const onConnected = () => {console.log('客户端连接成功')
}
let hotCurrentHash // lastHash 上一次 hash 值 
let currentHash // 这一次的 hash 值
socket.on('hash', (hash) => {currentHash = hash})

将服务端 webpack 每次编译所产生 hash 进行缓存

客户端收到 ok 的消息后会执行 reloadApp 方法进行更新

socket.on('ok', () => {reloadApp(true)
})

reloadApp 中判断是否支持热更新

// 当收到 ok 事件后，会重新刷新 app
function reloadApp(hot) {if (hot) { // 如果 hot 为 true 走热更新的逻辑
    hotEmitter.emit('webpackHotUpdate')
  } else { // 如果不支持热更新，则直接重新加载
    window.location.reload()}
}

在 reloadApp 中会进行判断，是否支持热更新，如果支持的话发射 webpackHotUpdate 事件，如果不支持则直接刷新浏览器。

在 webpack/hot/dev-server.js 会监听 webpackHotUpdate 事件

首先需要一个发布订阅去绑定事件并在合适的时机触发。

class Emitter {constructor() {this.listeners = {}
  }
  on(type, listener) {this.listeners[type] = listener
  }
  emit(type) {this.listeners[type] && this.listeners[type]()}
}
let hotEmitter = new Emitter()
hotEmitter.on('webpackHotUpdate', () => {if (!hotCurrentHash || hotCurrentHash == currentHash) {return hotCurrentHash = currentHash}
  hotCheck()})

会判断是否为第一次进入页面和代码是否有更新。

上面的发布订阅较为简单，且只支持先发布后订阅功能。对于一些较为复杂的场景可能需要先订阅后发布，此时可以移步 @careteen/event-emitter。其实现原理也挺简单，需要维护一个离线事件栈存放还没发布就订阅的事件，等到订阅时可以取出所有事件执行。

在 check 方法里会调用 module.hot.check 方法

function hotCheck() {hotDownloadManifest().then(update => {let chunkIds = Object.keys(update.c)
    chunkIds.forEach(chunkId => {hotDownloadUpdateChunk(chunkId)
    })
  })
}

上面也提到过 webpack 每次编译都会产生 hash 值、 已改动模块的 json 文件 、 已改动模块代码的 js 文件，

此时先使用 ajax 请求 Manifest 即服务器这一次编译相对于上一次编译改变了哪些 module 和 chunk。

然后再通过 jsonp 获取这些已改动的 module 和 chunk 的代码。

调用 hotDownloadManifest 方法

function hotDownloadManifest() {return new Promise(function (resolve) {let request = new XMLHttpRequest()
    //hot-update.json 文件里存放着从上一次编译到这一次编译 取到差异
    let requestPath = '/' + hotCurrentHash + ".hot-update.json"
    request.open('GET', requestPath, true)
    request.onreadystatechange = function () {if (request.readyState === 4) {let update = JSON.parse(request.responseText)
        resolve(update)
      }
    }
    request.send()})
}

调用 hotDownloadUpdateChunk 方法通过 JSONP 请求获取到最新的模块代码

function hotDownloadUpdateChunk(chunkId) {let script = document.createElement('script')
  script.charset = 'utf-8'
  // /main.xxxx.hot-update.js
  script.src = '/' + chunkId + "." + hotCurrentHash + ".hot-update.js"
  document.head.appendChild(script)
}

这里解释下为什么使用 JSONP 获取而不直接利用 socket 获取最新代码？主要是因为 JSONP 获取的代码可以直接执行。

调用 webpackHotUpdate 方法

当客户端把最新的代码拉到浏览之后

window.webpackHotUpdate = function (chunkId, moreModules) {
  // 循环新拉来的模块
  for (let moduleId in moreModules) {
    // 从模块缓存中取到老的模块定义
    let oldModule = __webpack_require__.c[moduleId]
    // parents 哪些模块引用这个模块 children 这个模块引用了哪些模块
    // parents=['./src/index.js']
    let {
      parents,
      children
    } = oldModule
    // 更新缓存为最新代码 缓存进行更新
    let module = __webpack_require__.c[moduleId] = {
      i: moduleId,
      l: false,
      exports: {},
      parents,
      children,
      hot: window.hotCreateModule(moduleId)
    }
    moreModules[moduleId].call(module.exports, module, module.exports, __webpack_require__)
    module.l = true // 状态变为加载就是给 module.exports 赋值了
    parents.forEach(parent => {// parents=['./src/index.js']
      let parentModule = __webpack_require__.c[parent]
      // _acceptedDependencies={'./src/title.js',render}
      parentModule && parentModule.hot && parentModule.hot._acceptedDependencies[moduleId] && parentModule.hot._acceptedDependencies[moduleId]()})
    hotCurrentHash = currentHash
  }
}

hotCreateModule 的实现

实现我们可以在业务代码中定义需要热更新的模块以及回调函数，将其存放在 hot._acceptedDependencies 中。

window.hotCreateModule = function () {
  let hot = {_acceptedDependencies: {},
    dispose() {// 销毁老的元素},
    accept: function (deps, callback) {for (let i = 0; i < deps.length; i++) {// hot._acceptedDependencies={'./title': render}
        hot._acceptedDependencies[deps[i]] = callback
      }
    }
  }
  return hot
}

然后在 webpackHotUpdate 中进行调用

    parents.forEach(parent => {// parents=['./src/index.js']
      let parentModule = __webpack_require__.c[parent]
      // _acceptedDependencies={'./src/title.js',render}
      parentModule && parentModule.hot && parentModule.hot._acceptedDependencies[moduleId] && parentModule.hot._acceptedDependencies[moduleId]()})

最后调用 hotApply 方法进行热更新

客户端调试阶段

经过上述实现了一个基本版的 HMR，可更改代码保存的同时查看浏览器并非整体刷新，而是局部更新代码进而更新视图。在涉及到大量表单的需求时大大提高了开发效率。

问题

  • 如何实现 commonjs 规范？

感兴趣的可前往 debug CommonJs 规范了解其实现原理。

  • webpack 实现流程以及各个生命周期的作用是什么？

webpack 主要借助了 tapable 这个库所提供的一系列同步 / 异步钩子函数贯穿整个生命周期。基于此我实现了一版简易的 webpack，源码 100+ 行，食用时伴着注释很容易消化，感兴趣的可前往看个思路。

  • 发布订阅的使用和实现，并且如何实现一个可先订阅后发布的机制？

上面也提到需要使用到发布订阅模式，且只支持先发布后订阅功能。对于一些较为复杂的场景可能需要先订阅后发布，此时可以移步 @careteen/event-emitter。其实现原理也挺简单，需要维护一个离线事件栈存放还没发布就订阅的事件，等到订阅时可以取出所有事件执行。

  • 为什么使用 JSONP 而不用 socke 通信获取更新过的代码？

因为通过 socket 通信获取的是一串字符串需要再做处理。而通过 JSONP 获取的代码可以直接执行。

引用

  • 珠峰架构课
  • 模块热替换 – webpack 官网

正文完
webpack webpack-dev-server 热更新
发表至： javascript
2019-09-06
 0
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