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从零打造前端工程体系-浅析前端工程化

1. 什么是前段工程化

自有前端工程师这个称谓以来,前端的发展可谓是日新月异。相比较已经非常成熟的其他领域,前端虽是后起之秀,但其野蛮生长是其他领域不能比的。虽然前端技术飞快发展,但是前端整体的工程生态并没有同步跟进。目前绝大多数的前端团队仍然使用非常原始的“切图(FE)->套模板(RD)”的开发模式,这种模式下的前端开发虽说不是刀耕火种的原始状态,但是效率非常低下。

前端的工程化问题与传统的软件工程虽然有所不同,但是面临的问题是一样的。我们首先回顾一下传统的软件开发流程模型:

上图中的运行和维护并不是串行关系,也并非绝对的并行关系。维护贯穿从编码到运行的整个流程。

如果说计算机科学要解决的是系统的某个具体问题,或者更通俗点说是面向编码的,那么工程化要解决的是如何提高整个系统生产效率。所以,与其说软件工程是一门科学,不如说它更偏向于管理学和方法论。

软件工程是个很宽泛的话题,每个人都有自己的理解。以上是笔者个人的理解,仅供参考。

具体到前端工程化,面临的问题是如何提高编码->测试->维护阶段的生产效率。

可能会有人认为应该包括需求分析和设计阶段,上图展示的软件开发模型中,这两个阶段具体到前端开发领域,更恰当的称谓应该是功能需求分析UI设计,分别由产品经理和UI工程师完成。至于API需求分析和API设计,应该包括在编码阶段。

2. 前端工程化面临的问题

要解决前端工程化的问题,可以从两个角度入手:开发部署

从开发角度,要解决的问题包括:

  1. 提高开发生产效率;
  2. 降低维护难度。

这两个问题的解决方案有两点:

  1. 制定开发规范,提高团队协作能力;
  2. 分治。软件工程中有个很重要的概念叫做模块化开发其中心思想就是分治。

从部署角度,要解决的问题主要是资源管理,包括:

  1. 代码审查;
  2. 压缩打包;
  3. 增量更新;
  4. 单元测试;

要解决上述问题,需要引入构建/编译阶段。

2.1 开发规范

开发规范的目的是统一团队成员的编码规范,便于团队协作和代码维护。开发规范没有统一的标准,每个团队可以建立自己的一套规范体系。

值得一提的是JavaScript的开发规范,尤其是在ES2015越来越普及的局面下,保持良好的编码风格是非常必要的。笔者推荐Airbnb的eslint规范。

2.2 模块/组件化开发

2.2.1 模块还是组件?

很多人会混淆模块化开发和组件化开发。但是严格来讲,组件(component)和模块(module)应该是两个不同的概念。两者的区别主要在颗粒度方面。《Documenting Software Architectures》一书中对于component和module的解释如下:

A module tends to refer first and foremost to a design-time entity. ... information hiding as the criterion for allocating responsibility to a module.
A component tends to refer to a runtime entity. ... The emphasis is clearly on the finished product and not on the design considerations that went into it.

In short, a module suggests encapsulation properties, with less emphasis on the delivery medium and what goest on at runtime. Not so with components. A delivered binary maintains its "separateness" throughout execution. A component suggests independently deployed units of software with no visibility into the development process.

简单讲,module侧重的是对属性的封装,重心是在设计和开发阶段,不关注runtime的逻辑。module是一个白盒;而component是一个可以独立部署的软件单元,面向的是runtime,侧重于产品的功能性。component是一个黑盒,内部的逻辑是不可见的。

用通俗的话讲,模块可以理解为零件,比如轮胎上的螺丝钉;而组件则是轮胎,是具备某项完整功能的一个整体。具体到前端领域,一个button是一个模块,一个包括多个button的nav是一个组件。

模块和组件的争论由来已久,甚至某些编程语言对两者的实现都模糊不清。前端领域也是如此,使用过bower的同行知道bower安装的第三方依赖目录是bower_component;而npm安装的目录是node_modules。也没必要为了这个争得头破血流,一个团队只要统一思想,保证开发效率就可以了。至于是命名为module还是component都无所谓。

笔者个人倾向组件黑盒、模块白盒这种思想。

2.2.2 模块/组件化开发的必要性

随着web应用规模越来越大,模块/组件化开发的需求就显得越来越迫切。模块/组件化开发的核心思想是分治,主要针对的是开发和维护阶段。

关于组件化开发的讨论和实践,业界有很多同行做了非常详细的介绍,本文的重点并非关注组件化开发的详细方案,便不再赘述了。笔者收集了一些资料可供参考:

  1. Web应用的组件化开发;
  2. 前端组件化开发实践;
  3. 大规模的前端组件化与模块化。

3. 构建&编译

严谨地讲,构建(build)编译(compile)是完全不一样的两个概念。两者的颗粒度不同,compile面对的是单文件的编译,build是建立在compile的基础上,对全部文件进行编译。在很多Java IDE中还有另外一个概念:make。make也是建立在compile的基础上,但是只会编译有改动的文件,以提高生产效率。本文不探讨build、compile、make的深层运行机制,下文所述的前段工程化中构建&编译阶段简称为构建阶段

3.1 构建在前端工程中的角色

在讨论具体如何组织构建任务之前,我们首先探讨一下在整个前端工程系统中,构建阶段扮演的是什么角色。

首先,我们看看目前这个时间点(2016年),一个典型的web前后端协作模式是什么样的。请看下图:

上图是一个比较成熟的前后端协作体系。当然,目前由于Node.js的流行开始普及大前端的概念,稍后会讲述。

自Node.js问世以来,前端圈子一直传播着一个词:颠覆。前端工程师要借助Node.js颠覆以往的web开发模式,简单说就是用Node.js取代php、ruby、python等语言搭建web server,在这个颠覆运动中,JavaScript是前端工程师的信心源泉。我们不讨论Node.js与php们的对比,只在可行性这个角度来讲,大前端这个方向吸引越来越多的前端工程师。

其实大前端也可以理解为全栈工程师,全栈的概念与编程语言没有相关性,核心的竞争力是对整个web产品从前到后的理解和掌握。

那么在大前端模式下,构建又是扮演什么角色呢?请看下图:

大前端体系下,前端开发人员掌握着Node.js搭建的web server层。与上文提到的常规前端开发体系下相比,省略了mock server的角色,但是构建在大前端体系下的作用并没有发生改变。也就是说,不论是大前端还是“小”前端,构建阶段在两种模式下的作用完全一致,构建的作用就是对静态资源以及模板进行处理,换句话说:构建的核心是资源管理

3.2 资源管理要做什么?

前端的资源可以分为静态资源模板。模板对静态资源是引用关系,两者相辅相成,构建过程中需要对两种资源使用不同的构建策略。

目前仍然有大多数公司将模板交由后端开发人员控制,前端人员写好demo交给后端程序员“套模板”。这种协作模式效率是非常低的,模板层交由前端开发人员负责能够很大程度上提高工作效率。

3.2.1 静态资源构建策略

静态资源包括js、css、图片等文件,目前随着一些新规范和css预编译器的普及,通常开发阶段的静态资源是:

  1. es6/7规范的文件;
  2. less/sass等文件(具体看团队技术选型);
  3. [可选]独立的小图标,在构建阶段使用工具处理成spirit图片。

构建阶段在处理这些静态文件时,基本的功能应包括:

  1. es6/7转译,比如babel;
  2. 将less/sass编译成css;
  3. spirit图片生成;

以上提到的几个功能可以说是为了弥补浏览器自身功能的缺陷,也可以理解为面向语言本身的,我们可以将这些功能统称为预编译

除了语言本身,静态资源的构建处理还需要考虑web应用的性能因素。比如开发阶段使用组件化开发模式,每个组件有独立的js/css/图片等文件,如果不做处理每个文件独立上线的话,无疑会增加http请求的数量,从而影响web应用的性能表现。针对诸如此类的问题,构建阶段需要包括以下功能:

  1. 依赖打包。分析文件依赖关系,将同步依赖的的文件打包在一起,减少http请求数量;
  2. 资源嵌入。比如小于10KB的图片编译为base64格式嵌入文档,减少一次http请求;
  3. 文件压缩。减小文件体积;
  4. hash指纹。通过给文件名加入hash指纹,以应对浏览器缓存引起的静态资源更新问题;
  5. 代码审查。避免上线文件的低级错误;

以上几个功能除了压缩是完全自动化的,其他两个功能都需要人工的配置。比如为了提升首屏渲染性能,开发人员在开发阶段需要尽量减少同步依赖文件的数量。

以上提到的所有功能可以理解为工具层面的构建功能。

以上提到的构建功能只是构建工具的基本功能。如果停留在这个阶段,那么也算是个及格的构建工具了,但也仅仅停留在工具层面。对比目前较流行的一些构建产品,比如fis,它具备以上所得的编译功能,同时提供了一些机制以提高开发阶段的生产效率。包括:

  1. 文件监听。配合动态构建、浏览器自动刷新等功能,提高开发效率;
  2. mock server。并非所有前端团队都是大前端(事实上很少团队是大前端),即使在大前端体系下,mock server的存在也是很有必要的;

我们也可以将上面提到的功能理解为平台层面的构建功能。

3.2.2 模板的构建策略

模板与静态资源是容器-模块关系。模板直接引用静态资源,经过构建后,静态资源的改动有以下几点:

  1. url改变。开发环境与线上环境的url肯定是不同的,不同类型的资源甚至根据项目的CDN策略放在不同的服务器上;
  2. 文件名改变。静态资源经过构建之后,文件名被加上hash指纹,内容的改动导致hash指纹的改变。

其实url包括文件名的改动,之所以将两者分开论述是为了让读者区分CDN与构建对资源的不同影响。

对于模板的构建宗旨是在静态资源url和文件名改变后,同步更新模板中资源的引用地址

现在有种论调是脱离模板的依赖,html由客户端模板引擎渲染,简单说就是文档内容由JavaScript生成,服务端模板只提供一个空壳子和基础的静态资源引用。这种模式越来越普遍,一些较成熟的框架也驱动了这个模式的发展,比如React、Vue等。但目前大多数web产品为了提高首屏的性能表现,仍然无法脱离对服务端渲染的依赖。所以对模板的构建处理仍然很有必要性。

具体的构建策略根据每个团队的情况有所差异,比如有些团队中模板由后端工程师负责,这种模式下fis的资源映射表机制是非常好的解决方案。本文不讨论具体的构建策略,后续文章会详细讲述。

模板的构建是工具层面的功能。

3.2.3 小结

构建可以分为工具层面平台层面的功能:

  • 工具层面
  1. 预编译,包括es6/7语法转译、css预编译器处理、spirit图片生成;
  2. 依赖打包;
  3. 资源嵌入;
  4. 文件压缩;
  5. hash指纹;
  6. 代码审查;
  7. 模板构建。
  • 平台层面
  1. 文件监听,动态编译;
  2. mock server。

4. 总结

一个完整的前端工程体系应该包括:

  1. 统一的开发规范;
  2. 组件化开发;
  3. 构建流程。

开发规范和组件化开发面向的开发阶段,宗旨是提高团队协作能力,提高开发效率并降低维护成本。

构建工具和平台解决了web产品一系列的工程问题,旨在提高web产品的性能表现,提高开发效率。

随着Node.js的流行,对于前端的定义越来越宽泛,在整个web开发体系中。前端工程师的角色越来越重要。本文论述的前端工程体系没有涉及Node.js这一层面,当一个团队步入大前端时代,前端的定义已经不仅仅是“前端”了,我想Web工程师这个称号更合适一些。

之前跟一位前端架构师讨论构建中对于模块化的处理时,他提到一个很有意思的观点:所谓的压缩打包等为了性能做出的构建,其实是受限于客户端本身。试想,如果未来的浏览器支持大规模并发请求、网络延迟小到微不足道,我们还需要压缩打包吗?

诚然,任何架构也好,策略也好,都是对当前的一种解决方案,并不是一条条铁律。脱离了时代,任何技术讨论都没有意义。

参考资料

  1. 前端工程-基础篇;
  2. 前端开发体系建设日记;
  3. 前端工程与性能优化;
  4. 如何高效地管理网站静态资源;

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