应用级 Monorepo 优化方案

前言

笔者目前所在团队是使用 Monorepo 的方式管理所有的业务项目，而随着项目的增多，稳定性以及开发体验受到挑战，诸多问题开始暴露，可以明显感受到现有的 Monorepo 架构已经不足以支撑日渐庞大的业务项目。

现有的 Monorepo 是基于 yarn workspace 实现，通过 link 仓库中的各个 package，达到跨项目复用的目的。package manager 也理所当然的选择了 yarn，虽然依赖了 Lerna，由于发包场景较为稀少，基本没有怎么使用。

可以总结为以下三点：

• 通过 yarn workspace link 仓库中的 package
• 使用 yarn 作为 package manager 管理项目中的依赖
• 通过 lerna 在应用 app 构建前按照依赖关系构建其依赖的 packages

存在的问题

命令不统一

存在三种命令

1. yarn
2. yarn workspace
3. lerna

新人上手容易造成误解，部分命令之间功能存在重叠。

发布速度慢

如果我们需要发布 app1，则会

1. 全量安装依赖，app1、app2、app3 以及 package1 至 package6 的依赖都会被安装；
2. package 全部被构建，而非仅有 app1 依赖的 package1 与 package2 被构建。

Phantom dependencies

一个库使用了不属于其 dependencies 里的 Package 称之为 Phantom dependencies（幻影依赖、幽灵依赖、隐式依赖），在现有 Monorepo 架构中该问题被放大（依赖提升）。

由于无法保证幻影依赖的版本正确性，给程序运行带来了不可控的风险。app 依赖了 lib-a，lib-a 依赖了 lib-x，由于依赖提升，我们可以在 app 中直接引用 lib-x，这并不可靠，我们能否引用到 lib-x，以及引用到什么版本的 lib-x 完全取决于 lib-a 的开发者。

NPM doppelgnger

相同版本的 Package 可能安装多份，打包多份。

假设存在以下依赖关系

最终依赖安装可能存在两种结果：

1. lib-x@^1 * 1 份，lib-x@^2 * 2 份
2. lib-x@^2 * 1 份，lib-x@^1 * 2 份

最终本地会安装 3 份 lib-x，打包时也会存在三份实例，如果 lib-x 要求单例，则可能会造成问题。

Yarn duplicate

Yarn duplicate 及解决方案

假设存在以下依赖关系

当 (p)npm 安装到相同模块时，判断已安装的模块版本是否符合新模块的版本范围，如果符合则跳过，不符合则在当前模块的 node_modules 下安装该模块。即 lib-a 会复用 app 依赖的 lib-b@1.1.0。

然而，使用 Yarn v1 作为包管理器，lib-a 会单独安装一份 lib-b@1.2.0。

• difference between npm and yarn behavior with nested dependencies #3951
• Yarn installing multiple versions of the same package
• yarn-deduplicate-Cleans up yarn.lock by removing duplicates.
• Yarn v2 supports package deduplication natively

peerDependencies 风险

Yarn 依赖提升，在 peerDependencies 场景下可能导致 BUG。

1. app1 依赖 A@1.0.0
2. app2 依赖 B@2.0.0
3. B@2.0.0 将 A@2.0.0 作为 peerDependency，故 app2 也应该安装 A@2.0.0

若 app2 忘记安装 A@2.0.0，那么结构如下

--apps
    --app1
    --app2
--node_modules
    --A@1.0.0
    --B@2.0.0

此时 B@2.0.0 会错误引用 A@1.0.0。

Package 引用规范缺失

目前项目内存在三种引用方式：

1. 源码引用：使用包名引用。需要配置宿主项目的构建脚本，将该 Package 纳入构建流程。类似于直接发布一个 TypeScript 源码包，引用该包的项目需要做一定的适配。
2. 源码引用：使用文件路径引用。可以理解“宿主在自身 src 之外的源文件”，即宿主项目源代码的一部分，而非 Package。宿主需要提供该所有依赖，在 Yarn 依赖提升的前提下达到了跨项目复用，但存在较大风险。
3. 产物引用。打包完成，直接通过包名引用产物。

Package 引用版本不确定性

假设一个 Monorepo 中的 package1 发布至了 npm 仓库，那么 Monorepo 中的 app1 应当如何在 package.json 中编写引用 package1 的版本号？

package1/packag.json

{
  "name": "package1",
  "version": "1.0.0"
}

app1/package.json

{
  "name": "app1",
  "dependencies": {
    "package-1": "?" // 这里的版本号应该怎么写？`*` or `1.0.0`
  }
}

在处理 Monorepo 中项目的互相引用时，Yarn 会进行以下几步判断：

1. 判断当前 Monorepo 中，是否存在匹配 app1 所需版本的 package1；
2. 若存在，执行 link 操作，app1 直接使用本地 package1；
3. 若不存在，从远端 npm 仓库拉取符合版本的 package1 供 app1 使用。

需要特别注意的是：* 无法匹配 prerelease 版本 👉 Workspace package with prerelease version and wildcard dep version #6719。

假设存在以下场景：

1. package1 此前已经发布了 1.0.0 版本，此时远端仓库与本地 Monorepo 中代码一致；
2. 产品同学提了一个只服务于 Monorepo 内部应用的需求；
3. package1 在 1.0.0 版本下迭代，无需变更版本号发布；
4. Yarn 判断 Monorepo 中的 package1 版本满足了 app1 所需版本（* 或 1.0.0）；
5. app1 顺利使用上 package1 的最新特性。

直到某天，该需求特性需要提供给外部业务方使用。

1. pacakge1 将版本改为 1.0.0-beta.0 并进行发版；
2. Yarn 判断当前 Monorepo 中的 package1 版本不满足 app1 所需版本；
3. 从远端拉取 package1@1.0.0 供 app1 使用；
4. 远端 package@1.0.0 已经落后 app1 先前使用的本地 package@1.0.0 太多；
5. 准备事故通报以及复盘。

这种不确定性，导致引用此类 package 时会经常犯嘀咕：我到底引用的是本地版本还是远端版本？为什么有时候是本地版本，有时候是远端版本？我想用上 package1 的最新内容还需要时刻保持与 package1 的版本号保持一致 ，那我干嘛用 Monorepo ？

yarn.lock 冲突

(p)npm 支持自动化解决 lockfile 冲突，yarn 需要手动处理，在大型 Monorepo 场景下，几乎每次分支合并都会遇到 yarn.lock 冲突。

• 不解决冲突无脑 yarn，yarn.lock 会直接失效，全部版本更新到 package.json 最新，风险太大，失去 lockfile 的意义；
• 人工解决冲突往往会出现 Git conflict with binary files，只能使用 master 的提交再重新 yarn，流程繁琐。

Automatically resolve conflicts in lockfile · Issue #2036 · pnpm/pnpm

可以发现，现有 Monorepo 管理方式缺陷过多，随着其内项目的不断增加，构建速度会越来越慢，同时程序的健壮性无法得到保证。仅凭开发人员自觉是不可靠的，我们需要一套解决方案。

推荐阅读：node_modules 困境

解决方案

pnpm

Fast, disk space efficient package packageManager

在 npm@3 之前， node_modules 的结构是干净且可预测的，因为 node_modules 中的每个依赖项都有其自己的 node_modules 文件夹，其所有依赖项都在 package.json 中指定。

node_modules
└─ foo
   ├─ index.js
   ├─ package.json
   └─ node_modules
      └─ bar
         ├─ index.js
         └─ package.json

但是这样带来了两个很严重的问题：

1. 依赖层级过深在 Windows 下会出现问题；
2. 同一 Package 作为其他多个不同 Package 的依赖项时，会被拷贝很多次。

为了解决这两个问题，npm@3 重新思考了 node_modules 的结构，引入了平铺的方案。于是就出现了下面我们所熟悉的结构。

node_modules
├─ foo
|  ├─ index.js
|  └─ package.json
└─ bar
   ├─ index.js
   └─ package.json

与 npm@3 不同，pnpm 使用另外一种方式解决了 npm@2 所遇到的问题，而非平铺 node_modules。

在由 pnpm 创建的 node_modules 文件夹中，所有 Package 都与自身的依赖项分组在一起（隔离），但是依赖层级却不会过深（软链接到外面真正的地址）。

-> - a symlink (or junction on Windows)

node_modules
├─ foo -> .registry.npmjs.org/foo/1.0.0/node_modules/foo
└─ .registry.npmjs.org
   ├─ foo/1.0.0/node_modules
   |  ├─ bar -> ../../bar/2.0.0/node_modules/bar
   |  └─ foo
   |     ├─ index.js
   |     └─ package.json
   └─ bar/2.0.0/node_modules
      └─ bar
         ├─ index.js
         └─ package.json

1. 基于非扁平化的 node_modules 目录结构，解决 Phantom dependencies。Package 只可触达自身依赖。
2. 通过软链复用相同版本的 Package，避免重复打包（相同版本），解决 NPM doppelgnger（顺带解决磁盘占用）。

可以发现，很多与包管理器相关的问题就此迎刃而解。

• Why should we use pnpm?
• 平铺 node_modules 不是唯一的路

Rush

a scalable monorepo manager for the web

1. 命令统一。

rush(x) xxx 一把梭，减少新人上手成本。同时 Rush 除了 rush add 以及 rushx xxx 等命令需要在指定项目下运行，其他命令均为全局命令，可在项目内任意目录执行，避免了在终端频繁切换项目路径的问题。

2. 强大的依赖分析能力。

Rush 中的许多命令支持分析依赖关系，比如 -t(to) 参数：

$ rush install -t @monorepo/app1

该命令只会安装 app1 的依赖及其 app1 依赖的 package 的依赖，即按需安装依赖。

$ rush build -t @monorepo/app1

该命令会执行 app1 以及 app1 依赖的 package 的构建脚本。

类似的，还有 -f(from) 参数，可以使命令只作用于当前 package 以及依赖了该 package 的 package。

3. 保证依赖版本一致性

Monorepo 中的项目应当尽量保证依赖版本的一致性，否则很有可能出现重复打包以及其他的问题。

Rush 则提供了许多能力来保证这一点，如rush check、rush add -p package-name -m 以及 ensureConsistentVersions。

有兴趣的同学可以自行翻阅 Rush 的官方文档，十分详尽，对于一些常见问题也有说明。

Package 引用规范

产物引用

传统引用方式，构建完成后，app 直接引用 package 的构建产物。开发阶段可以通过构建工具提供的能力保证实时构建（如 tsc --watch）

• 优点：规范，对 app 友好。
• 缺点：随着模块增多，package 热更新速度可能变得难以忍受。

源码引用

package.json 中的 main 字段配置为源文件的入口文件，引用该 package 的 app 需要将该 package 纳入编译流程。

• 优点：借助 app 的热更新能力，自身没有生成构建产物的过程，热更新速度快
• 缺点：需要 app 进行适配， alias 适配繁琐；

引用规范

1. 对于项目内部使用的 packages ，称为 features，不应当向外发布，直接将 main 字段设置为源文件入口并配置 app 项目的 webpack，走后编译形式。
2. 对于需要对外发布的 packages，不应该也不允许引用 features，必须要有构建过程，如果需要使用源码开发增加热更新速度，可以新增一个自定义的入口字段，app 的 webpack 配置中优先识别该入口字段即可。

补充：rush build 命令是支持构建产物缓存的，如果 app 拆分粒度够小，可复用的包足够多，同时打包镜像支持构建产物缓存的 set 与 get，就可以做到增量构建 app。

Workspace protocol (workspace:)

在 PNPM 和 Yarn 支持 Workspace 能力之前，Rush 就诞生了。 Rush 的方法是将所有软件包集中安装在 common / temp 文件夹中，然后 Rush 创建从每个项目到 common / temp 的符号链接。与 PNPM Workspace 本质上是等效的。

开启 PNPM workspace 能力从而可以使用 workspace:协议保证引用版本的确定性，使用了该协议引用的 package 只会使用 Monorepo 中的内容。

{
  "dependencies": {
    "foo": "workspace:*",
    "bar": "workspace:~",
    "qar": "workspace:^",
    "zoo": "workspace:^1.5.0"
  }
}

推荐引用 Monorepo 内的 package 时统一使用该协议，引用本地最新版本内容，保证更改能够及时扩散同步至其他项目，这也是 Monorepo 的优势所在。

若一定要使用远端版本，需要在 rush.json 中配置具体 project （增加 cyclicDependencyProjects 配置），详见 rush_json。

很幸运的是 PNPM workspace 中 workspace:* 可以匹配 prerelease 版本 👉 Local prerelease version of packages should be linked only if the range is *

问题记录

Monorepo Project Dependencies Duplicate

这个问题类似于前面提到的 Yarn duplicate，但并不是 Yarn 独有的。

假设存在以下依赖关系（将 Yarn duplicate 的例子进行改造，放在 Monorepo 场景中）

app1 以及 package1 同属于 Monorepo 内部 project。

在 Rush(pnpm)/Yarn 项目中，会严格按照 Monorepo 内 project 的 package.json 所声明的版本进行安装，即 app1 安装 lib-a@1.1.0，package1 安装 lib-a@1.2.0。

此时对 app1 进行打包，则 lib-a@1.1.0 和 lib-a@1.2.0 都会被打包。

对这个结果你也许会有一些意外，但仔细想想，又很自然。

换一种方式理解，整个 Monorepo 是一个大的虚拟 project，我们所有的 project 都作为这个虚拟 project 的直接依赖存在。

{
  "name": "fake-project",
  "version": "1.0.0",
  "dependencies": {
    "@fake-project/app1": "1.0.0",
    "@fake-project/package1": "1.0.0"
  }
}

安装依赖时，(p)npm 首先下载直接依赖项，然后再下载间接依赖项，并且在安装到相同模块时，判断已安装的模块版本（直接依赖项）是否符合新模块（间接依赖项）的版本范围，如果符合则跳过，不符合则在当前模块的 node_modules 下安装该模块。

而 app1 和 package1 的直接依赖关系 lib-a 是该 fake-project 的间接依赖项，无法满足上述判断条件，于是按照对应 package.json 中描述的版本安装。

解决方案：Rush: Preferred versions

Rush 可以通过手动指定 preferredVersions 的方式，避免两个可兼容版本的重复。这里将 Monorepo 中 lib-a 的 preferredVersions 指定为 1.2.0，相当于在该虚拟 project 下直接安装了指定的版本的模块，作为直接依赖项。

{
  "name": "fake-project",
  "version": "1.0.0",
  "dependencies": {
    "@fake-project/app1": "1.0.0",
    "@fake-project/package1": "1.0.0",
    "lib-a": "1.1.0"
  }
}

对于 Yarn，由于 Yarn duplicate 的存在，就算在根目录指定安装确定版本的 lib-a 也是无效的。
但是依旧有两种方案可以进行处理：

1. 通过 yarn-deduplicate 针对性的修改 yarn.lock；
2. 使用resolutions 字段。过于粗暴，不像 preferredVersions 可以允许不兼容版本的存在，不推荐。

需要谨记：在 Yarn 下消除重复依赖，也应该一个 Package 一个 Package 的去进行处理，小心使得万年船。

1. 对于存在副作用的公共库，版本最好保持统一；
2. 对于其他的体积小（或支持按需加载）、无副作用的公共库，重复打包在一定程度上可以接受的。

prettier

由于根目录不再存在 node_modules，故需要每个项目安装一个 prettier 作为 devDependency 并编写 .prettierrc.js 文件。

本着偷懒的原则，根目录新建 .prettierrc.js（不依赖任何第三方包），全局安装 prettier 解决该问题。

eslint

先看一个场景，若在项目中使用 eslint-config-react-app，除了需要安装 eslint-config-react-app，还需要安装一系列 peerDependencies 插件。

为什么 eslint-config-react-app 不将这一系列插件作为 dependencies 内置，而是作为 peerDependencies？使用者并不需要关心预设配置内引用了哪些插件。

具体讨论可以查看该 issue，里面有相关问题的讨论： Support having plugins as dependencies in shareable config #3458 。

总而言之：和 eslint 插件的具体查找方式有关，如果因为依赖提升失败（多版本冲突），导致需要的插件被装在了非根目录 node_modules 下，就可能产生问题，而用户自行安装 peerDependencies 可以保证不会出现该问题。

当然，我们也发现一些开源的 eslint 预设配置不需要安装 peerDependencies，这些预设利用了 yarn 和 npm 的扁平 node_modules 结构，也就是依赖提升，装的包都被提升至根目录 node_modules，故可以正常运作。即便如此，在基于 Yarn 的 Monorepo 中，依赖一旦复杂起来，就可能出现插件无法被查找到的情况，能够正常运转就像一个有趣的巧合。

在 Rush 中，不存在依赖提升（提升也不一定靠谱），装一系列的插件又过于繁琐，则可以通过打补丁的方式绕过。

git hooks

通常会在项目中使用 husky 注册 pre-commit 和 commit-msg 钩子，用于校验代码风格以及 commit 信息。

很明显，在 Rush 项目的结构下，根目录是没有 node_modules 的，无法直接使用 husky。

我们可以借助 rush init-autoinstaller 的能力来达到一样的效果，本节主要参考官方文档 Installing Git hooks 以及 Enabling Prettier 的内容。

# 初始化一个名为 rush-lint 的 autoinstaller

$ rush init-autoinstaller --name rush-lint

$ cd common/autoinstallers/rush-lint

# 安装 lint 所需依赖

$ pnpm i @commitlint/cli @commitlint/config-conventional @microsoft/rush-lib eslint execa prettier lint-staged

# 更新 rush-lint 的 pnpm-lock.yaml

$ rush update-autoinstaller --name rush-lint

在 rush-lint 目录下新增 commit-lint.js 以及 commitlint.config.js，内容如下

commit-lint.js

const path = require('path');
const fs = require('fs');
const execa = require('execa');

const gitPath = path.resolve(__dirname, '../../../.git');
const configPath = path.resolve(__dirname, './commitlint.config.js');
const commitlintBinPath = path.resolve(__dirname, './node_modules/.bin/commitlint');

if (!fs.existsSync(gitPath)) {
    console.error('no valid .git path');
    process.exit(1);
}

main();

async function main() {
    try {
        await execa('bash', [commitlintBinPath, '--config', configPath, '--cwd', path.dirname(gitPath), '--edit'], {
            stdio: 'inherit',
        });
    } catch (\_e) {
        process.exit(1);
    }
}

commitlint.config.js

const rushLib = require("@microsoft/rush-lib");

const rushConfiguration = rushLib.RushConfiguration.loadFromDefaultLocation();

const packageNames = [];
const packageDirNames = [];

rushConfiguration.projects.forEach((project) => {
  packageNames.push(project.packageName);
  const temp = project.projectFolder.split("/");
  const dirName = temp[temp.length - 1];
  packageDirNames.push(dirName);
});
// 保证 scope 只能为 all/package name/package dir name
const allScope = ["all", ...packageDirNames, ...packageNames];

module.exports = {
  extends: ["@commitlint/config-conventional"],
  rules: {
    "scope-enum": [2, "always", allScope],
  },
};

注意：此处不需要新增 prettierrc.js（根目录已存在） 以及 eslintrc.js（各项目已存在）。

根目录新增 .lintstagedrc 文件

.lintstagedrc

{
  "{apps,packages,features}/**/*.{js,jsx,ts,tsx}": [
    "eslint --fix --color",
    "prettier --write"
  ],
  "{apps,packages,features}/**/*.{css,less,md}": ["prettier --write"]
}

完成了相关依赖的安装以及配置的编写，我们接下来将相关命令执行注册在 rush 中。

修改 common/config/rush/command-line.json 文件中的 commands 字段。

{
  "commands": [
    {
      "name": "commitlint",
      "commandKind": "global",
      "summary": "Used by the commit-msg Git hook. This command invokes commitlint to lint commit message.",
      "autoinstallerName": "rush-lint",
      "shellCommand": "node common/autoinstallers/rush-lint/commit-lint.js"
    },
    {
      "name": "lint",
      "commandKind": "global",
      "summary": "Used by the pre-commit Git hook. This command invokes eslint to lint staged changes.",
      "autoinstallerName": "rush-lint",
      "shellCommand": "lint-staged"
    }
  ]
}

最后，将 rush commitlint 以及 rush lint 两个命令分别与 commit-msg 以及 pre-commit钩子进行绑定。
common/git-hooks 目录下增加 commit-msg 以及 pre-commit 脚本。

commit-msg

#!/bin/sh

node common/scripts/install-run-rush.js commitlint || exit $? #++

pre-commit

#!/bin/sh

node common/scripts/install-run-rush.js lint || exit $? #++

如此，便完成了需求。

避免全局安装 eslint 以及 prettier

经过上一节的处理，在 rush-lint 目录下安装了 eslint 以及 prettier 后，我们便无需全局安装了，只需要配置一下 VSCode 即可。

{
  // ...
  "npm.packageManager": "pnpm",
  "eslint.packageManager": "pnpm",
  "eslint.nodePath": "common/autoinstallers/rush-lint/node_modules/eslint",
  "prettier.prettierPath": "common/autoinstallers/rush-lint/node_modules/prettier"
  // ...
}

附录

常用命令

yarn	rush(x)	detail
yarn install	rush install	安装依赖
yarn upgrade	rush update	rush update 安装依赖，基于 lock 文件 rush update --full 全量更新到符合 package.json 的最新版本
yarn add package-name	rush add -p package-name	yarn add 默认安装版本号为 ^ 开头，可接受小版本更新 rush add 默认安装版本号为 ~ 开头，仅接受补丁更新 rush add 可通过增加 --caret 参数达到与 yarn add 效果一致 rush add 不可一次性安装多个 package
yarn add package-name --dev	rush add -p package-name --dev	-
yarn remove package-name	-	rush 不提供 remove 命令
-	rush build	执行文件存在变更（基于 git）的项目的 build 脚本 rush build -t @monorepo/app1 表示只构建 @monorepo/app1 及其依赖的 package rush build -T @monorepo/app1 表示只构建 @monorepo/app1 依赖的 package，不包含其本身
-	rush rebuild	默认执行所有项目的 build 脚本
yarn xxx(自定义脚本)	rushx xxx(自定义脚本)	yarn xxx 执行当前目录下 package.json 中的 xxx 脚本(npm scripts) rushx xxx 同理。可以直接执行 rushx 查看当前项目所支持的脚本命令。

工作流

# 从 git 拉取最新变更
$ git pull

# 更新 NPM 依赖
$ rush update

# 重新打包 @monorepo/app1 依赖的项目（不含包其本身）
$ rush rebuild -T @monorepo/app1

# 进入指定项目目录
$ cd ./apps/app1

# 启动项目 ​
$ rushx start # or rushx dev

参考文章

• Rush.js
• node_modules 困境
• Why should we use pnpm?
• 平铺 node_modules 不是唯一的路