不影响开发体验，如何将单体 Node.js 变成 Monorepo

2022-12-14 17:12

作者 | Adrien Joly

译者 | 平川

策划 | 丁晓昀

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

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

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。

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。
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。
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。
开发工具的配置：tsconfig.json、.eslintrc.js、 .prettierrc.js 和 jest.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。
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。
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。
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

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"

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

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 ... */  }}

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"]

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": "[email protected]" ，并在其旁边创建了一个.yarnrc.yml 文件：

nodeLinker: node-modulesyarnPath: .yarn/releases/yarn-3.2.0.cjs

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.json 和 tsconfig.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": "[email protected]",  "workspaces": [    "servers/*"  ]}

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",  /* ... */}

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 ... */  },}

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

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": "[email protected]",  "workspaces": [    "packages/*",    "servers/*"  ],  /* ... */}

将 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

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"+     }+   },    /* ... */  }

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

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"]        }    }}

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

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├─ ...

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"],    /* ... */}

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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