React Native 技术详解 (三) - 打包工具 Metro Bundler // 圆方

Metro 介绍

在React Native 技术详解 (一) - 认识它中，简单介绍过 Metro Bundler。 Metro 是构建 jsbundle 包及提供开发服务的工具，默认被集成在 react-native 命令行工具内，你可以在这里找到其开发服务集成源码。

react-native 命令行工具源码是由 Lerna 管理的 monorepo 仓库，每个子命令在单独的子包里。而 React Native 的打包由其 cli-plugin-metro 子包管理。

在 @react-native-community/cli-plugin-metro 的 9.1.1 版本中，有两个命令：start 和 bundle，分别在以下目录里：

├── CHANGELOG.md
├── package.json
├── src
│   ├── commands
│   │   ├── bundle # 打包
│   │   ├── index.ts
│   │   └── start # 开发服务
│   ├── index.ts
│   └── tools
│       ├── __tests__
│       ├── loadMetroConfig.ts
│       └── metroPlatformResolver.ts
└── tsconfig.json

通常你可以直接用 react-native bundle 命令打出一个平台的 jsbundle 文件及其资源目录：

react-native bundle --platform android --dev false --entry-file index.js --bundle-output dist/index.bundle --assets-dest dist/

该命令最终会调用 metro 包的 Server.js 文件的 build() 方法以及 getAssets() 方法来完成打包工作。

build() 会返回两个值 code 和 map，然后完成 jsbundle 文件的存储：

code：表示已经打包完成的目标代码；
map：表示 sourcemap。

getAssets() 会获取到资源文件列表 AssetData[]，然后根据对应平台 (android | ios) 把资源文件复制到指定目标目录。

export interface AssetData {
  __packager_asset: boolean;
  fileSystemLocation: string;
  hash: string;
  height: number | null;
  httpServerLocation: string;
  name: string;
  scales: number[];
  type: string;
  width: number | null;
  files: string[];
}

虽然 Metro 提供了 API，但是 react-native 并没有直接使用。

配置

Metro 通过项目根目录 metro.config.js 文件来对打包进行配置，metro.config.js 的配置结构如下：

module.exports = {
  /* general options */

  resolver: {
    /* resolver options */
  },
  transformer: {
    /* transformer options */
  },
  serializer: {
    /* serializer options */
  },
  server: {
    /* server options */
  },
  watcher: {
    /* watcher options */
    watchman: {
      /* Watchman-specific options */
    }
  }
};

从源码中得知，Metro 使用 cosmiconfig 来加载配置文件的，metro.config.js 配置也允许是一个函数，并且接收一个默认配置的实例，因此你也可以直接对已有配置进行修改。

module.exports = (defaultConfig) => {
  return defaultConfig;
}

你可以在这里获取全部配置项详情。其中，resolver、transformer、serializer 三个配置项下面将详细介绍。

metro-config

metro-config 是 Metro 项目的子包，用于配置 metro 打包。它暴露了以下的一些方法，这些方法方便我们做 React Native 的深度开发。

module.exports = {
  loadConfig,
  resolveConfig,
  mergeConfig,
  getDefaultConfig,
};

在源码中，你可以找到其默认配置选项，有几个默认配置需要关注的：

projectRoot
指定 React Native 项目的根目录。如果未指定，默认通过 node_modules/metro-config 的位置解析。若指定的 projectRoot 不正确，那么在 Metro 的解析阶段将直接报错。
```
projectRoot: projectRoot || path.resolve(__dirname, '../../..'),
```
cacheStores
提供转换后的缓存文件的存储位置，默认存储至系统临时目录。
```
cacheStores: [
  new FileStore({
    root: path.join(os.tmpdir(), 'metro-cache'),
  }),
],
```
除了默认存储至本地文件系统，你还添加一个服务器存储：
```
cacheStores: [
  new FileStore({/*opts*/}),
  new HttpStore({/*opts*/})
]
```
这种缓存设计是分层的 (multi-layered cache) ，让构建缓存共享变成可能。
resetCache
每次编译模块是否忽略缓存重新执行转换，默认值为 false，即使用缓存。
有时候缓存文件未必是正确的可用文件，此时可以在 react-native 命令后面指定 --reset-cache 参数或设置改选项为 true 来修复问题。

加载逻辑

若你使用 react-native 作为执行 jsbundle 的打包命令工具，那么它将有三个主要配置主体：react-native cli、metro-config、metro.config.js 。

他们的执行时序图如下：

用户执行 react-native bundle 打包命令，携带命令行参数 args ；
react-native cli 内置一份默认部分配置 defaultConfigOverrides，将其与 metro-config 包内的 defaults 进行合并生成新的一份 defaultConfig ；
读取用户的 metro.config.js 文件获取配置 configModule 与 defaultConfig 进行合并生成 config，返回给 react-native cli ；
命令行的参数优先级要高于配置。因此，若 args 与 config 配置重复，args 会覆盖它。

Metro 打包的三个阶段

Metro 的打包过程有三个阶段：Resolution (解析)、Transformation (转换)、Serialization (序列化)。

Resolution (解析)

该阶段用于解析模块文件的路径。

从入口文件开始，寻找依赖模块的文件路径，构建一张所有模块的图，它的具体顶层执行位置在 IncrementalBundler.js 文件的 buildGraph() 方法，该函数有两个返回值：prepend 和 graph 。

1.当打印 graph 时，它的结构如下：

{
  entryPoints: Set(1) { '/Users/lumin/Desktop/AwesomeTSProject/index.js' },
  transformOptions: {
    customTransformOptions: [Object: null prototype] {},
    dev: false,
    hot: false,
    minify: true,
    platform: 'android',
    runtimeBytecodeVersion: null,
    type: 'module',
    unstable_transformProfile: undefined
  },
  dependencies: Map(388) {
    '/Users/lumin/Desktop/AwesomeTSProject/index.js' => {
      inverseDependencies: CountingSet {},
      path: '/Users/lumin/Desktop/AwesomeTSProject/index.js',
      dependencies: Map(4) {
        'XEo4Z+Aarw9Y7I7ZLBt66vGLAVQ=' => [Object],
        '7kvm5yrOpz4NYiDi6sn4qxa8DVQ=' => [Object],
        'THJ70LbOuESuoZ1vCvaV/6cOUg0=' => [Object],
        '1udmcfu0G1JlZthWUoMNlgdDqG0=' => [Object]
      },
      getSource: [Function: getSource],
      output: [Array]
    },
    ...,
    '/Users/lumin/Desktop/AwesomeTSProject/App.tsx' => {
      inverseDependencies: CountingSet {},
      path: '/Users/lumin/Desktop/AwesomeTSProject/App.tsx',
      dependencies: [Map],
      getSource: [Function: getSource],
      output: [Array]
    },
    ...,
    '/Users/lumin/Desktop/AwesomeTSProject/app.json' => {
      inverseDependencies: CountingSet {},
      path: '/Users/lumin/Desktop/AwesomeTSProject/app.json',
      dependencies: Map(0) {},
      getSource: [Function: getSource],
      output: [Array]
    }
  },
  importBundleNames: Set(0) {},
  privateState: {
    resolvedContexts: Map(0) {},
    gc: {
      color: [Map],
      possibleCycleRoots: Set(0) {},
      importBundleRefs: Map(0) {}
    }
  }
}

entryPoints 是应用的入口文件路径，而 dependencies 是由模块文件绝对路径为 key 组成的所有模块 map 结构。

目前的入口文件 index.js 的源码如下：

/**
 * @format
 */

import {AppRegistry} from 'react-native';
import App from './App';
import {name as appName} from './app.json';

AppRegistry.registerComponent(appName, () => App);

我们可以从 dependencies 的第一项获取 index.js 模块解析之后数据结构：

{
  inverseDependencies: CountingSet {},
  path: '/Users/lumin/Desktop/AwesomeTSProject/index.js',
  dependencies: Map(4) {
    'XEo4Z+Aarw9Y7I7ZLBt66vGLAVQ=' => {
      absolutePath: '/Users/lumin/Desktop/AwesomeTSProject/node_modules/react-native/index.js',
      data: [Object]
    },
    '7kvm5yrOpz4NYiDi6sn4qxa8DVQ=' => {
      absolutePath: '/Users/lumin/Desktop/AwesomeTSProject/node_modules/@babel/runtime/helpers/interopRequireDefault.js',
      data: [Object]
    },
    'THJ70LbOuESuoZ1vCvaV/6cOUg0=' => {
      absolutePath: '/Users/lumin/Desktop/AwesomeTSProject/App.tsx',
      data: [Object]
    },
    '1udmcfu0G1JlZthWUoMNlgdDqG0=' => {
      absolutePath: '/Users/lumin/Desktop/AwesomeTSProject/app.json',
      data: [Object]
    }
  },
  getSource: [Function: getSource],
  output: [ { data: [Object], type: 'js/module' } ]
}

metro.config.js 暴露了一个实验性的勾子 experimentalSerializerHook 选项，你可以对 graph 进行调整。

  serializer: {
    experimentalSerializerHook: (graph) => {}
  }

通过 graph，我使用 D3.js 构建了一张 Android 平台下的模块依赖图

prepend 的值为一些垫片 (Polyfill)文件路径组成的数组：

[
  {
    dependencies: Map(0) {},
    getSource: [Function: getSource],
    inverseDependencies: CountingSet {},
    path: '__prelude__',
    output: [ [Object], [Object] ]
  },
  {
    inverseDependencies: CountingSet {},
    path: '/Users/lumin/Desktop/AwesomeTSProject/node_modules/metro-runtime/src/polyfills/require.js',
    dependencies: Map(0) {},
    getSource: [Function: getSource],
    output: [ [Object] ]
  },
  {
    inverseDependencies: CountingSet {},
    path: '/Users/lumin/Desktop/AwesomeTSProject/node_modules/@react-native/polyfills/console.js',
    dependencies: Map(0) {},
    getSource: [Function: getSource],
    output: [ [Object] ]
  },
  {
    inverseDependencies: CountingSet {},
    path: '/Users/lumin/Desktop/AwesomeTSProject/node_modules/@react-native/polyfills/error-guard.js',
    dependencies: Map(0) {},
    getSource: [Function: getSource],
    output: [ [Object] ]
  },
  {
    inverseDependencies: CountingSet {},
    path: '/Users/lumin/Desktop/AwesomeTSProject/node_modules/@react-native/polyfills/Object.es8.js',
    dependencies: Map(0) {},
    getSource: [Function: getSource],
    output: [ [Object] ]
  }
]

在最终的代码合并之后，垫片代码会处于 jsbundle 的顶部，在加载 jsbundle 时，预先执行。

可视化分析

你可以使用 react-native-bundle-visualizer 来分析你的模块依赖。通过它你可以很方便的看到那些占用体积较大的模块，并优化它们。

该工具原理是通过 react-native bundle 命令打包，在系统临时目录生成 jsbundle 及对应的 source map 文件，通过分析 source map 输出可视化的依赖 html 报告。

因此，你需要提前确认 react-native bundle 命令能够正确的打出 jsbundle 包。

Transformation (转换)

该阶段用于转义文件至目标平台能够理解的代码。

Metro 使用 Babel 作为转义工具，如果你使用 react-native init 初始化项目的话，可以在项目根目录看到 babel.config.js 配置文件，内容如下：

module.exports = {
  presets: ['module:metro-react-native-babel-preset'],
};

metro-react-native-babel-preset

Metro 提供了预设 metro-react-native-babel-preset，该预设是 Metro 项目的一个子包，在这里可以看到其具体预设内容。

其内置的一些默认插件：

@babel/plugin-syntax-flow：用于支持 Facebook 自家的 Flow 静态类型文件 (.flow.js) 。 Flow 和 Typescript 类似，却并未推广开；
@babel/plugin-transform-block-scoping：支持作用块 (let) ；
@babel/plugin-transform-typescript：支持 typescript 的转义；
@babel/plugin-transform-arrow-functions：对箭头函数的支持；
@babel/plugin-syntax-dynamic-import：模块的异步加载支持；
…

预设提供了实验性设置选项 unstable_transformProfile 。

如果 unstable_transformProfile 的值为 hermes-stable 或 hermes-canary 其中之一，并且项目中采用 Hermes 作为 Javascript 引擎，那么下面的一些插件会被忽略：

@babel/plugin-transform-computed-properties
@babel/plugin-transform-parameters
@babel/plugin-transform-shorthand-properties
@babel/plugin-proposal-optional-catch-binding
@babel/plugin-transform-function-name
@babel/plugin-transform-literals
@babel/plugin-transform-sticky-regex

在 React Native 0.70 之后， Hermes 作为默认内置引擎，实现了很多标准，这带来了些许好处：

无需 Babel 额外的转义代码，最终打包的 jsbundle 体积变小；
由于原生语法支持，对这些语法代码执行性能得到一定的提升。

虽然目前为止该设置还处于实验性设置，相信后续 Hermes 会实现更多的语法标准，进一步提升 Javascript 引擎执行效率和用户的开发体验。

多个 Worker 的并行转换

Metro 在转换文件时，使用 Worker 来并行执行。Worker 的执行入口文件为：Worker.flow.js，并暴露的执行的函数为 transform(…)。

Metro 使用 Facebook 自家 Jest 测试框架的 jest-worker 来创建多个 worker，你可以这里看到 jest-worker 的实例化。

通过 maxworkers 选项，可以指定多少个 worker 一起并行执行模块转换工作。不过通常不需要进行设置，默认配置会根据 cpu 核数来进行合理配置。

metro-transform-worker

做模块转换前，Metro 会通过 metro-transform-worker 子包来指定对应模块类型的转换器，它暴露一个 transform 方法。

module.exports = {
  transform: async (
    config: JsTransformerConfig,
    projectRoot: string,
    filename: string,
    data: Buffer,
    options: JsTransformOptions,
  ): Promise<TransformResponse>{
    ...
  }
}

Metro 提供了 transformerpath 选项允许让开发者替换 metro-transform-worker 。如果需要做模块转义的完全的开发，该配置项将必不可少。不过，一旦你选择自定义，则官方提供的 transformer 选项都将失效。

那么，默认是否可以自定义转换呢？

可以的，在 tranformer 选项中提供了 babelTransformerPath 配置，你可以指定一个实现 transform 接口函数的模块绝对路径。

module.exports.transform = ({ filename, options, plugins, src }) => {
  // transform file...
  return { ast: AST };
}

Metro 会指定其子包 metro-react-native-babel-transformer 解析后的绝对路径作为 babelTransformerpath 的默认值。

目前 Metro 有三种模块类型的转换器：JS 文件转换器、JSON 文件转换器、资源文件转换器。其中，JS 文件转换器 是对外部开放的，也就是 babelTransformerPath 选项配置。

metro-react-native-babel-transformer

上小节介绍到 metro-react-native-babel-transformer 作为 JS 模块的默认转换器，来执行真正转换任务。可以看到其暴露了两个函数：

...
module.exports = {
  transform,
  getCacheKey,
};

其中，transform() 为必须提供的接口函数，用于执行模块转换。 getCacheKey() 作为配置缓存函数，后续再介绍。

Serialization (序列化)

序列化阶段会把各个模块按照一定顺序组合到单个或者多个 jsbundle。通常它是单一的 jsbundle 文件输出。相对解析和转换，序列化的任务则少很多。

自定义模块 ID

默认情况模块 id 会自动被分配为整数类型。Metro 允许你对每一个模块分配一个自定义 id 标识，你可以通过 createModuleIdFactory 选项来进行修改。

{
  serializer: {
    createModuleIdFactory: function () {
        return function (absoluteModulePath: string) {
          const customModuleId = crypto.randomUUID()
          return customModuleId;
        }
      }
    }
}

忽略指定模块的打包

如果你要对 jsbundle 进行代码分割 (Code Splitting) ，那 processModuleFilter 可以忽略对指定模块的打包。

{
  serializer: {
    processModuleFilter: function (modules) {
        return true;
    }
  }
}

缓存

Metro 为构建提供了缓存 (cache) 功能。在上面我们提到过通过设置 cacheStores 可以设置多个缓存存储位置，它的缓存功能实现由子包 metro-cache 和 metro-cache-key 提供。

目前为止，metro-cache-key 还是只是个很简单的工具库。

metro-cache

metro-cache 为实现多层级缓存系统的一个子包，目前包括两种存储类型：FileStore 和 HttpStore 。

FileStore：文件系统的持久化缓存；
HttpStore：基于 Http 协议的网络存储缓存。目前没有提供鉴权相关的复杂实现，只需要提供一个简单的静态资源服务器。

Metro 开放了 cacheStores 配置项，那就说明你可以自定义一个缓存存储实现的 store。

Source Map

Metro 提供了 metro-source-map 子包用于 source map 的生成，source map 生成遵循version 3 版本提议。

代码混淆

Metro 提供了 metro-minify-uglify 和 metro-minify-terser 两个子包用于代码的压缩混淆。在 Metro 0.73 版本之前，默认使用 metro-minify-uglify 实现代码压缩混淆。最新版本已经采用 metro-minify-terser 来实现。

这里解释了为什么更换默认压缩混淆包的原因。主要 metro-minify-uglify 基于 uglify-es 仓库，而该仓库已经废弃，并暴露了一些遗留问题。

同时，Metro 允许自定义混淆功能。你可以指定配置选项 minifierPath 来自定义。

在 Expo 文档中，介绍使用 metro-minify-esbuild 三方包来加快压缩速度。

你也可以忽略代码混淆的步骤。使用 react-native bundle 时，添加--minify参数可以忽略代码混淆的执行，默认在开发服务状态下默认不进行压缩混淆。

总结

Metro 作为构建工具可以看到常见的功能点：构建缓存、构建任务的并行执行、构建定制的配置化， Metro 分包实现这些功能也是一种不错的模块化编程实践。

在构建缓存上，Metro 的多层级缓存是个不错的设计。虽然实用性有待考量，但缓存共享的概念令人耳目一新。

不过，Metro 并不完全像现代构建工具那样 (例如：webpack) ，拥有完善且丰富的功能。缺少代码分割、符号链接的支持。