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不影响开发体验,如何将单体 Node.js 变成 Monorepo

作者:Adrien Joly

  • 2022-12-08
    北京
  • 本文字数:9046 字

    阅读完需:约 30 分钟

不影响开发体验,如何将单体Node.js变成Monorepo

将单体拆分成服务会带来维护多个存储库(每个服务一个存储库)的复杂性,每个存储库都有独立(但相互依赖)的构建流程和版本控制历史。Monorepo 已经成为一种降低复杂性的流行解决方案。


尽管 Monorepo 工具开发商有时会提供建议,但在现有代码库中配置 Monorepo 并不容易,尤其是单体代码库。更重要的是,迁移到 Monorepo 可能会给代码库开发团队带来巨大影响。例如,需要将大多数文件移动到子目录中,这会与团队当前正在进行的其他更改产生冲突。


本文将探讨如何平滑地将单体 Node.js 代码库变成 Monorepo,并将可能带来的影响和风险降到最低。


简介:单体代码库


假如存储库包含两个 Node.js API 服务器:api-server 和 back-for-front-server。它们是用 TypeScript 编写的,并转译为 JavaScript 在生产环境中运行。这两个服务器共用一套开发工具(用于检查、测试、构建和部署服务器)和 npm 依赖。它们还共用 Dockerfile 打成一个包,运行哪个 API 服务器要通过指定不同的入口点来选择。


迁移之前的文件结构:

├─ .github│  └─ workflows│     └─ ci.yml├─ .yarn│  └─ ...├─ node_modules│  └─ ...├─ scripts│  ├─ e2e-tests│  │  └─ e2e-test-setup.sh│  └─ ...├─ src│  ├─ api-server│  │  └─ ...│  ├─ back-for-front-server│  │  └─ ...│  └─ common-utils│     └─ ...├─ .dockerignore├─ .eslintrc.js├─ .prettierrc.js├─ .yarnrc.yml├─ docker-compose.yml├─ Dockerfile├─ package.json├─ README.md├─ tsconfig.json└─ yarn.lock
复制代码


迁移之前的 Dockerfile(经过简化):

FROM node:16.16-alpineWORKDIR /backendCOPY . .COPY .yarnrc.yml .COPY .yarn/releases/ .yarn/releases/RUN yarn installRUN yarn buildRUN chown node /backendUSER nodeCMD exec node dist/api-server/start.js
复制代码


在共享存储库中维护多个服务器有以下好处。


  • 开发工具(TypeScript、ESLint、Prettier……)的配置和部署过程是共享的,这减少了维护工作,而且可以保证所有贡献团队的做法一致。

  • 方便开发人员跨服务器重用模块,例如日志模块、数据库客户端、外部 API 封装器等。

  • 版本控制简单,因为所有服务器共用版本,任何服务器的任何更新都会产生新版本的 Docker 镜像,其中包含所有服务器。

  • 也很容易编写覆盖多个服务器的端到端测试,并将它们包含在存储库中,因为所有东西都在一个地方。遗憾的是,这些服务器的源代码是单体的。我的意思是,各服务器的代码是分不开的。为其中一个服务器编写的代码(例如 SQL 适配器)最终也会被其他服务器导入。因此,要防止服务器 A 的代码更改也影响到服务器 B,这非常复杂,可能会导致意想不到的回归。而且,随着时间的推移,代码的耦合度会变得越来越高,代码会越来越脆弱,越来越难维护。


“Monorepo 结构”是一个有趣的折衷方案:在共享存储库的同时将代码库分割成包。这种划分使得接口更加清晰,因此,可以有意识的选择包之间的依赖关系。它还实现了一些工作流优化,例如,只在更改过的包上构建和运行测试。


如果代码库很大,集成了很多工具(例如代码分析、转译、打包、自动化测试、持续集成、基于 Docker 的部署……),那么将单体代码库迁移到 Monorepo 很快就会变得困难和反复。此外,由于存储库做了结构更改,所以在迁移期间,操作任何 Git 分支都会导致冲突。让我们看下将代码库转换为 Monorepo 的必要步骤,最大限度减少迁移问题。


所需的更改


将代码库迁移到 Monorepo 需要遵循以下步骤。


  1. 文件结构:一开始,创建包含所有源代码的惟一包,这样,所有文件都将被移动。

  2. Node.js 模块解析的配置:使用 Yarn 工作空间来实现包之间的相互导入。

  3. Node.js 项目和依赖的配置:package.json (包括 npm/yarn 脚本)将被拆分:主脚本在根目录,然后每个包里有一个。

  4. 开发工具的配置:tsconfig.json、.eslintrc.js、 .prettierrc.jsjest.config.js 也将拆分成两部分:一个“基础”部分,然后每个包里有一个对它的扩展。

  5. 持续集成工作流的配置:.github/workflows/ci.yml 需要做多处调整,例如,确保其中的步骤会针对每个包运行,多个包的指标(如测试覆盖率)会合并成一个。

  6. 构建和部署流程的配置:优化 Dockerfile,使其只包含要构建的服务器所需的文件和依赖。

  7. 跨包脚本的配置:使用 Turborepo 编排影响多个包的 npm 脚本的执行(如构建、测试、分析)。迁移之后的文件结构:

├─ .github│  └─ workflows│     └─ ci.yml├─ .yarn│  └─ ...├─ node_modules│  └─ ...├─ packages│  └─ common-utils│     └─ src│        └─ ...├─ servers│  └─ monolith│     ├─ src│     │  ├─ api-server│     │  │  └─ ...│     │  └─ back-for-front-server│     │     └─ ...│     ├─ scripts│     │  ├─ e2e-tests│     │  │  └─ e2e-test-setup.sh│     │  └─ ...│     ├─ .eslintrc.js│     ├─ .prettierrc.js│     ├─ package.json│     └─ tsconfig.json├─ .dockerignore├─ .yarnrc.yml├─ docker-compose.yml├─ Dockerfile├─ package.json├─ README.md├─ turbo.json└─ yarn.lock
复制代码


由于 Node.js 及其工具生态系统非常灵活,所以共享一个通用的方法会很复杂,因此请记住,为了让开发人员的体验至少与迁移前一样好,将需要进行大量的优化迭代。


如何将影响降至最低


所幸,虽然迭代优化可能需要几周的时间,但影响最大的是第一步:更改文件结构。


如果你的团队借助 Git 分支并行开发,那么这一步骤将导致这些分支发生冲突,在合并到存储库的主分支时解决冲突就会非常麻烦。


因此,我们有三方面的建议,特别是当需要就迁移到 Monorepo 说服整个团队时。


  • 提前计划(短时间的)代码冻结:为了避免迁移时发生冲突,定义一个日期和时间,到时所有分支都必须合并。提前计划,以便开发人员可以做出适当的调整。但在可行的迁移计划确认前,不要选定日期。

  • 将迁移计划中最关键的部分编写 bash 脚本,这样就可以确保开发工具在迁移前后都能工作,包括在持续集成管道上。这样应该可以打消怀疑者的疑虑,在代码冻结的实际日期和时间上获得更大的灵活性。

  • 在团队的帮助下,列出他们日常工作所需的所有工具、命令和工作流(包括 IDE 的特性,如代码导航、代码分析和自动补全)。这个需求列表(或验收标准)将帮助我们检查将开发体验迁移到 Monorepo 设置的步骤。这有助于确保在迁移时不会忘掉重要事项。以下是我们决定满足的需求列表:

  • yarn install 仍然安装依赖;

  • 所有自动化测试仍能运行并通过;

  • yarn lint 仍然能够发现代码风格违规的情况(如果有的话);

  • eslint 错误(如果有的话)仍然会在 IDE 中报告;

  • prettier 仍然会在 IDE 保存文件对其进行格式化;

  • IDE 仍然会发现错误的导入和 / 或违反tsconfig.json 文件中定义的 TypeScript 规则的情况(如果有的话);

  • 在使用外部包暴露的符号时,如果它被声明为依赖,那么 IDE 仍然能够提出导入正确模块的建议;

  • 生成的 Docker 镜像在部署后仍然能够启动且和预期一样正常运行;

  • 生成的 Docker 镜像大小仍然(大致)一样;

  • 整个 CI 工作流都可以通过,而且不会消耗更多的时间;

  • 集成的第三方代码分析器(SonarCloud)仍然能够和预期一样工作。下面是迁移脚本示例:

# 这个脚本使用 Yarn 工作空间和 Turborepo 将存储库转换为 Monorepo
set -e -o pipefail # stop in case of error, including for piped commands
NEW_MONOLITH_DIR="servers/monolith" # 第一个工作空间的路径:"monolith"
# 清理临时目录,即没有存储在 Git 中的那些rm -rf ${NEW_MONOLITH_DIR} dist
# 创建目标目录mkdir -p ${NEW_MONOLITH_DIR}
# 将文件和目录从 root 移动到 ${NEW_MONOLITH_DIR}目录# ……除了那些绑定到 Yarn 和 Docker 的(目前)mv -f \ .eslintrc.js \ .prettierrc.js\ README.md \ package.json \ src \ scripts \ tsconfig.json \ ${NEW_MONOLITH_DIR}
# 将新文件复制到 root 目录cp -a migration-files/. . # 包括 turbo.json, package.json, Dockerfile, # 和 servers/monolith/tsconfig.json
# 更新路径sed -i.bak 's,docker\-compose\.yml,\.\./\.\./docker\-compose\.yml,g' \ ${NEW_MONOLITH_DIR}/scripts/e2e-tests/e2e-test-setup.shfind . -name "*.bak" -type f -delete # delete .bak files created by sed
unset CI # to let yarn modify the yarn.lock file, when script is run on CIyarn add --dev turbo # 安装 Turboreporm -rf migration-files/echo "✅ You can now delete this script"
复制代码


我们在持续集成工作流中添加了一个作业(GitHub Actions),用于检查测试和其他常规 Yarn 脚本在迁移之后是否仍然可以正常工作:


jobs:  monorepo-migration:    timeout-minutes: 15    name: Test Monorepo migration    runs-on: ubuntu-latest    steps:      - uses: actions/checkout@v2      - run: ./migrate-to-monorepo.sh        env:          YARN_ENABLE_IMMUTABLE_INSTALLS: "false" # 允许 yarn.lock 变化      - run: yarn lint      - run: yarn test:unit      - run: docker build --tag "backend"      - run: yarn test:e2e
复制代码


从单体的源代码转换生成第一个包


看看迁移之前我们唯一的package.json 文件是什么样子:


{  "name": "backend",  "version": "0.0.0",  "private": true,  "scripts": {    /* 所有 npm/yarn 脚本... */  },  "dependencies": {    /* 所有运行时依赖 ... */  },  "devDependencies": {    /* 所有开发依赖 ... */  }}
复制代码


以下片段摘自迁移之前 TypeScript 配置文件tsconfig.json


{    "compilerOptions": {        "target": "es2020",        "module": "commonjs",        "lib": ["es2020"],        "moduleResolution": "node",        "esModuleInterop": true,        /* ... 多条让 TypeScript 更严谨的规则 */    },    "include": ["src/**/*.ts"],    "exclude": ["node_modules", "dist", "migration-files"]
复制代码


在将单体拆分成包时,我们必须:


  • 告诉包管理器(这里是 Yarn)代码库包含多个包;

  • 更明确地指出可以在哪里找到这些包。为了使包可以作为其他包的依赖项导入(也就是workspaces),我们建议使用 Yarn 3 或其他支持工作空间的包管理器。


所以我们在package.json中添加了"packageManager": "yarn@3.2.0" ,并在其旁边创建了一个.yarnrc.yml 文件:


nodeLinker: node-modulesyarnPath: .yarn/releases/yarn-3.2.0.cjs
复制代码


根据 Yarn 迁移路径 的建议:


  • 提交.yarn/releases/yarn-3.2.0.cjs 文件;

  • 我们还是坚持使用node_modules目录,至少目前如此。在将单体代码库(包括package.jsontsconfig.json)移动到 servers/monolith/之后,在项目的根目录下新建一个package.json 文件,其中 workspaces 属性列出了工作空间的位置:


{  "name": "@myorg/backend",  "version": "0.0.0",  "private": true,  "packageManager": "yarn@3.2.0",  "workspaces": [    "servers/*"  ]}
复制代码


从现在开始,每个工作空间必须有自己的package.json 文件,用于指定其包名和依赖。截至目前,我们只有一个工作空间“monolith”。在servers/monolith/package.json文件中使用组织名作为其名称的前缀,明确标明它现在是一个 Yarn 工作空间:


{  "name": "@myorg/monolith",  /* ... */}
复制代码


在运行完yarn install 之后,我们又修复了一些路径:


  • yarn build 及其他 npm 脚本(从 servers/monolith/运行时)应用仍然有效;

  • Dockerfile 应该仍然可以生成一个有效的构建;

  • 所有的 CI 检查应该仍然可以通过。

提取第一个包:common-utils


到目前为止,我们的 Monorepo 只定义了一个“monolith”工作空间。它在servers目录下,这表明它无意让其他工作空间导入其模块。


让我们定义一个可以被这些服务器导入的包。为了更好地传达这种差异,我们在servers目录旁增加了一个packages目录。要提取一个包的话,目录common-utils(来自servers/monolith/common-utils)是首选,因为“monolith”工作空间的多个服务器都使用了它的模块。当每个服务器都在自己的工作空间中定义时,common-utils包将被声明为两个服务器的依赖项。


现在,我们将common-utils 目录从servers/monolith/ 移动到新建的目录packages/


为了将其转换成一个包,创建packages/common-utils/package.json 文件,其中包含所需的依赖和构建脚本:


{  "name": "@myorg/common-utils",  "version": "0.0.0",  "private": true,  "scripts": {    "build": "swc src --out-dir dist --config module.type=commonjs --config env.targets.node=16",    /* 其他脚本 ... */  },  "dependencies": {    /* common-utils 的依赖 ... */  },}
复制代码


注意:我们使用swc 将 TypeScript 转译为 JavaScript,但使用tsc 应该也可以获得类似的效果。此外,我们尽力让它的配置(使用命令行参数)与servers/monolith/package.json 中的配置一致。确保包会按预期构建:


$ cd packages/common-utils/$ yarn$ yarn build$ ls dist/ # 应该包含 src/ 中所有文件的.js 构建
复制代码


接下来,更新根package.json 文件,将packages/ 的所有子目录(包括common-utils)也声明为工作空间:


{  "name": "@myorg/backend",  "version": "0.0.0",  "private": true,  "packageManager": "yarn@3.2.0",  "workspaces": [    "packages/*",    "servers/*"  ],  /* ... */}
复制代码


common-utils 添加为服务器包monolith 的依赖:$ yarn workspace @myorg/monolith add @myorg/common-utils


你可能已经注意到,Yarn 创建了一个到packages/common-utils/ (源代码就在这里)的符号链接node_modules/@myorg/common-utils


完成此操作后,我们必须修复所有有问题的common-utils 导入。实现这一目标的一种低成本方法是在servers/monolith/中重新引入common-utils目录,并使用一个从新生成的包@myorg/common-utils导出函数的文件:


export { hasOwnProperty } from "@myorg/common-utils/src/index"


更新服务器的Dockerfile ,以便构建包并包含在镜像中:


# 使用以下命令从项目根目录构建:# $ docker build -t backend -f servers/monolith/Dockerfile .
FROM node:16.16-alpine
WORKDIR /backendCOPY . .COPY .yarnrc.yml .COPY .yarn/releases/ .yarn/releases/RUN yarn install
WORKDIR /backend/packages/common-utilsRUN yarn build
WORKDIR /backend/servers/monolithRUN yarn build
WORKDIR /backendRUN chown node /backendUSER nodeCMD exec node servers/monolith/dist/api-server/start.js
复制代码


这个Dockerfile 必须从根目录构建,那样它才能访问yarn 环境和那里的文件。注意:可以通过在Dockerfile 中将yarn install 替换为yarn workspaces focus --production来从 Docker 镜像中除去开发依赖,这要感谢 plugin-workspace-tools 插件,参考“使用 Yarn 3 和 Turborepo 编排和 Docker 化 Monorepo”一文中的介绍。


至此,我们已经成功地从单体中提取出了一个可导入的包,但是:


  • 生产构建因为Cannot find module 错误运行失败;

  • common-utils 的导入路径过于冗长。

修复开发和生产环境的模块解析


我们从@myorg/types-helpers导入函数的方法是有问题的,因为 Node.js 从子目录src/中查找模块,即使它们被转译到子目录dist/中。


我们宁愿采用一种子目录无关的方式导入函数:


import { hasOwnProperty } from "@myorg/common-utils"


即使我们在包的package.json 文件里指定"main": "src/index.ts" ,在运行转译构建时路径仍然会被破坏。


作为补救使用 Node 的 条件导入,以使包的入口点可以适配运行时上下文:


 {    "name": "@myorg/common-utils",    "main": "src/index.ts",+   "exports": {+     ".": {+       "transpiled": "./dist/index.js",+       "default": "./src/index.ts"+     }+   },    /* ... */  }
复制代码


简而言之,增加一个exports配置项,关联包根目录的两个入口点:


  • default条件指定 ./src/index.ts 为包的入口点;

  • transpiled条件指定./dist/index.js 为包的入口点。根据 Node 的文档,default 条件应该始终放在最后。transpiled条件是自定义的,所以你可以随意指定其名称。


为了让这个包在转译后的运行时上下文中运行,需要修改相应的 node 命令,指定自定义条件。例如,在Dockerfile中:


- CMD exec node servers/monolith/dist/api-server/start.js+ CMD exec node --conditions=transpiled servers/monolith/dist/api-server/start.js
复制代码


确保开发工作流和以前一样


现在,我们有了一个 Monorepo。它包含两个工作空间,每一个都可以从另一个导入模块、构建并运行。


但是,每增加一个工作空间,就需要更新Dockerfile ,因为必须针对每个工作空间手动运行yarn build 命令。


此时,像 Turborepo 这样的 Monorepo 编排器就派上用场了:我们可以让它根据声明好的依赖关系递归地构建包。


在将 Turborepo 作为 Monorepo 的开发依赖项添加以后(命令:$ yarn add turbo --dev ),可以在turbo.json中定义一个构建管道:


{    "pipeline": {        "build": {            "dependsOn": ["^build"]        }    }}
复制代码


这个管道定义的意思是,对于任何包,$ yarn turbo build 会从它依赖的包开始构建,以此类推。这样就可以简化Dockerfile


# 使用以下命令从项目根目录构建:# $ docker build -t backend -f servers/monolith/Dockerfile .
FROM node:16.16-alpineWORKDIR /backendCOPY . .COPY .yarnrc.yml .COPY .yarn/releases/ .yarn/releases/RUN yarn installRUN yarn turbo build # builds packages recursivelyRUN chown node /backendUSER nodeCMD exec node --conditions=transpiled servers/monolith/dist/api-server/start.js
复制代码


注意:可以利用 Docker 多阶段构建和turbo prune 来优化构建时间和镜像大小,但在本文写作时,生成的yarn.lock 文件与 Yarn 3 还不兼容。(关于这个问题,可以查看 这个 pull 请求 了解最新进展。)借助 Turborepo,在定义好管道后(和构建时类似),只需一条命令(yarn turbo test:unit )就可以运行所有包的单元测试。


也就是说,大多数开发工作流的依赖项和所依赖的配置文件都移到了servers/monolith/目录下,因此,它们大部分都无法正常工作了。


我们可以把这些依赖项和文件留在根目录一级,那样所有包都可以共用。或者在每个包中复制一份。当然,还有更好的方法。


将通用配置提取到包中并扩展它


现在,最关键的构建和开发工作流已经可以正常工作了,接下来,要让测试执行器、代码分析器和格式化器在针对不同的包执行时行为一致,同时还要留出定制空间。


一种方法是创建保存基础配置的包,然后让其他包扩展它。


就像我们对common-tools所做的那样,创建以下包:


├─ packages│  ├─ config-eslint│  │  ├─ .eslintrc.js│  │  └─ package.json│  ├─ config-jest│  │  ├─ jest.config.js│  │  └─ package.json│  ├─ config-prettier│  │  ├─ .prettierrc.js│  │  └─ package.json│  └─ config-typescript│     ├─ package.json│     └─ tsconfig.json├─ ...
复制代码


然后,把它们作为依赖项添加到每个包含源代码的包中,并创建配置文件扩展它们:


packages/*/.eslintrc.js:
module.exports = { extends: ["@myorg/config-eslint/.eslintrc"], /* ... */}
packages/*/jest.config.js:
module.exports = { ...require("@myorg/config-jest/jest.config"), /* ... */}
packages/*/.prettierrc.js:
module.exports = { ...require("@myorg/config-prettier/.prettierrc.js"), /* ... */}
packages/*/tsconfig.json:
{ "extends": "@myorg/config-typescript/tsconfig.json", "compilerOptions": { "baseUrl": ".", "outDir": "dist", "rootDir": "." }, "include": ["src/**/*.ts"], /* ... */}
复制代码


可以使用像 plop 这样的样板文件生成器来简化使用这些配置文件设置新包的过程,加快设置速度。


下一步:每个服务器一个包


我们已经逐项核对了“如何将影响降至最低”一节所列出的所有需求,现在可以冻结代码贡献、运行迁移脚本、并将更改提交到源代码存储库了。


从现在起,该存储库可以正式称为“Monorepo”了!所有开发人员都应该能够创建自己的包,并在单体中导入它们,而不是直接向其中新增代码。基础已经打好,可以开始将单体拆分成多个包了,就像我们对common-tools 所做的那样。


我们不打算讨论实现这一目标的详细步骤,但这里有一些关于如何做好拆分准备的建议:


  • 从提取小的实用程序包开始,例如类型库、日志记录、错误报告、API 封装器等;

  • 然后,提取计划跨所有服务器共享的代码的其他部分;

  • 最后,复制不计划共享但不只一个服务器依赖的部分。这些建议的目标是逐步解耦各服务器。以此为基础将每个服务器提取成一个包应该和提取common-utils 一样简单。


此外,在这个过程中,你应该可以利用以下几项特性优化构建、开发和部署工作流的持续时间:


  • Docker 多阶段构建(参见 Dockerfile 文件编制最佳实践) ;

  • 重用主机的 Yarn 缓存(参见 Docker Build Mounts);

  • Turborepo 的 远程缓存。

小结


我们已经把一个单体 Node.js 后端变成了 Monorepo,同时将对团队的影响和风险降到最低:


  • 将单体拆分为多个相互依赖的、解耦的包;

  • 跨包共享通用 TypeScript、ESLint、Prettier 和 Jest 配置;

  • 安装 Turborepo 优化开发和构建工作流。使用迁移脚本让我们可以在准备和测试迁移时避免代码冻结和 Git 冲突,确保构建和开发工具不会因为迁移脚本添加 CI 作业而遭到破坏。


感谢 Renaud Chaput (Notos 联合创始人、CTO)、Vivien Nolot(Choose 软件工程师)和 Alexis Le Texier (Choose 软件工程师)在这次迁移中的通力合作。

原文链接:https://www.infoq.com/articles/nodejs-monorepo/
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2022-12-08 16:566931

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