Facebook 开源 JavaScript 代码优化工具 Prepack

2017年5月4日 16:12 | 阅读 1899 次

5月4日，Facebook开源团队技术作者Joel Marcey在Hacker News社区发布一则《Prepack帮助提高JavaScript代码的效率》，引起了社区的广泛讨论。

官方宣称Prepack是一个优化JavaScript源代码的工具，实际上它是一个JavaScript的部分求值器（Partial Evaluator），可在编译时执行原本在运行时的计算过程，并通过重写JavaScript代码来提高其执行效率。Prepack用简单的赋值序列来等效替换JavaScript代码包中的全局代码，从而消除了中间计算过程以及对象分配的操作。对于重初始化的代码，Prepack可以有效缓存JavaScript解析的结果，优化效果最佳。

以下五个概念可以帮助你更好地理解Prepack的运行机制：

抽象语法树（AST）Prepack运行在AST级别，使用Babel解析并生成JavaScript源代码。
具体执行（Concrete Execution）Prepack的核心是一个JavaScript解释器，它与ECMAScript 5几乎完全兼容，而且紧密地保持与ECMAScript 2016语言规范的一致性，你可以将Prepack中的解释器视为完全参照JavaScript实现的。解释器能够跟踪并撤销包括所有对象Mutation在内的结果，从而能够进行推测优化（Speculative Optimization）。
符号执行（Symbolic Execution）除了对具体值进行计算外，Prepack的解释器还可以操作受环境相互作用影响的抽象值。例如Date.now可以返回一个抽象值，你可以通过helper辅助函数（如__abstract()）手动注入抽象值。Prepack会跟踪所有在抽象值上执行的操作，在遇到分支时，Prepack会执行并探索所有可能性。所以，Prepack实现了一套JavaScript的符号执行引擎。
抽象释义（Abstract Interpretation）符号执行在遇到抽象值的分支时会分叉（fork），Prepack会在控制流合并点加入分歧执行（Diverged Execution）来实现抽象释义的形式。连接变量和堆属性可能会得到条件抽象值，Prepack会跟踪有关抽象值和型域（Type Domain）的信息。
堆序列化（Heap Serialization）当全局代码返回，初始化阶段结束时，Prepack捕获最终的堆并按顺序排列堆栈，生成直观的JavaScript新代码，创建并链接初始化堆中可访问的所有对象。堆中的一些值可能是抽象值的计算结果，对于这些值，Prepack将生成原始程序完成计算所执行的代码。

以下是官方提供的Prepack优化示例：

/* Hello World */
// Input
(function () {
  function hello() { return 'hello'; }
  function world() { return 'world'; }
  global.s = hello() + ' ' + world();
})();
// Output
(function () {
  s = "hello world";
})();

/* 消除抽象税 */
// Input
(function () {
  var self = this;
  ['A', 'B', 42].forEach(function(x) {
    var name = '_' + x.toString()[0].toLowerCase();
    var y = parseInt(x);
    self[name] = y ? y : x;
  });
})();
// Output
(function () {
  _a = "A";
  _b = "B";
  _4 = 42;
})();

/* 斐波那契 */
// Input
(function () {
  function fibonacci(x) {
    return x <= 1 ? x : fibonacci(x - 1) + fibonacci(x - 2);
  }
  global.x = fibonacci(23);
})();
// Output
(function () {
  x = 28657;
})();

/* 模块初始化 */
// Input
(function () {
  let moduleTable = {};
  function define(id, f) { moduleTable[id] = f; }
  function require(id) {
    let x = moduleTable[id];
    return x instanceof Function ? (moduleTable[id] = x()) : x;
  }
  global.require = require;
  define("one", function() { return 1; });
  define("two", function() { return require("one") + require("one"); });
  define("three", function() { return require("two") + require("one"); });
  define("four", function() { return require("three") + require("one"); });
})();
three = require("three");
// Output
(function () {
  function _2() {
    return 3 + 1;
  }
  var _1 = {
    one: 1,
    two: 2,
    three: 3,
    four: _2
  };
  function _0(id) {
    let x = _1[id];
    return x instanceof Function ? _1[id] = x() : x;
  }
  require = _0;
  three = 3;
})();

/* 环境相互作用与分支 */
// Input
(function(){
  function fib(x) { return x <= 1 ? x : fib(x - 1) + fib(x - 2); }
  let x = Date.now();
  if (x === 0) x = fib(10);
  global.result = x;
})();
// Output
(function () {
  var _0 = Date.now();
  if (typeof _0 !== "number") {
    throw new Error("Prepack model invariant violation");
  }
  result = _0 === 0 ? 55 : _0;
})();

Prepack团队对未来的规划如下：

短期

稳定现有功能集，用于预优化(Prepack）React Native代码包
集成React Native工具链
根据React Native所用模块系统的假设来构建优化

中期

进一步优化序列化（Serialization），包括：消除不暴露特性（identity）的对象；消除未使用的导出属性，等等
预优化每个函数、基本代码块、语句、表达式
与ES6保持完全一致
支持广泛的模块系统
假设ES6支持某些功能，延迟完成或直接忽略Polyfill应用
进一步实现Web和Node.js环境中的兼容性目标
深入集成JavaScript虚拟机，改进堆反序列化过程，包括：暴露“对象懒初始化”的概念 - 以一种JavaScript无感知的方式，在首次使用对象时对其进行初始化；通过专门的字节码提高普通对象创建的编码效率；将代码分为两个阶段：1) 非环境依赖阶段，虚拟机可以安全地捕获并恢复生成的堆；2)环境依赖阶段，通过从环境中获得的值执行所有剩余的计算过程来拼凑具体的堆，等等
总结循环和递归

长期 - 利用Prepack作为一个平台

JavaScript Playground - 通过调整JavaScript引擎体验JavaScript特性，这些引擎由JavaScript所编写，托管在浏览器中；你可以把它想象成一个“Babel虚拟机”，实现了不能被编译的JavaScript新特性
捉Bug - 发现异常崩溃、执行问题……
效果分析，例如检测模块工厂函数可能的副作用或强制纯净注释
类型分析
信息流分析
调用图推理，允许内联和代码索引
自动测试生成，利用符号执行的特性与约束求解器（Constraint Solver）结合来计算执行不同执行路径的输入
智能模糊(Smart Fuzzing）
JavaScript沙盒 - 以不可观察的方式有效地测试JavaScript代码

目前Prepack仍处于早期开发阶段，尚未准备好在生产环境中使用，官方建议仅尝试使用，并欢迎提供反馈以帮助修复错误。

稿源：前端之巅