Lock-файлы npm

    Lock-файлы npm


    Всем привет! В прошлом посте мы рассмотрели экосистему npm в качестве источника хаоса в нашем проекте, и научились с умом подходить к выбору зависимостей, чтобы минимизировать наши риски. Сегодня мы пойдем дальше и рассмотрим lock-файлы npm, которые помогают повысить стабильность проекта в процессе работы над ним.


    Когда манифеста мало


    Как мы уже определили, npm берёт на входе манифест проекта (файл package.json) и описанные в нем зависимости, а на выходе мы получаем локально сгенерированную директорию node_modules, в которой содержатся все установленные зависимости.


    Не будем сейчас касаться деталей структуры node_modules, однако замечу, что установленные пакеты не всегда имеют плоскую структуру, а могут в отдельных случаях формировать некую иерархию, когда один или несколько пакетов вложены в другой пакет. Как правило, это происходит, когда в дереве зависимостей присутствует один и тот же пакет, но разных версий. При этом сама структура в файловой системе не детерминирована на 100 %, и может зависеть, в том числе, от порядка установки зависимостей.


    Также разные версии npm могут иметь различные алгоритмы установки зависимостей, и структура файлов будет отличаться.


    Вы помните, что список зависимостей в манифесте проекта содержит диапазон версий semver, что позволяет обновлять зависимости? Получается, что установка зависимостей в разное время будет приводить к разным результатам, потому что содержимое npm registry постоянно меняется, регулярно выходят новые пакеты. Кроме того, поскольку мы имеем дело с деревом зависимостей, то транзитивные зависимости (зависимости ваших зависимостей) тоже будут меняться во времени.


    А еще может возникнуть ситуация, когда содержимое пакета, лежащего в npm registry, было заменено без обновления версии. Это называется мутацией пакетов и запрещено в официальном npm registry, однако в частных реестрах вполне возможно. А что, если содержимое пакета было заменено злоумышленником, чтобы внести в код какие-то закладки?


    Учитывая все эти факторы, становится очевидно, что структура данных в директории node_modules очень нестабильна и может меняться во времени, даже если ваш манифест при этом остается нетронутым.


    Наивно было бы попытаться зафиксировать зависимости, прописывая строгие версии в манифесте проекта (вместо диапазонов semver): как мы рассмотрели выше, это не даст существенных результатов, потому что транзитивные зависимости всё равно будут обновляться. Да и другие факторы не перестанут влиять на установку зависимостей. Кроме того, если вы заморозите ваши прямые зависимости, то получится ситуация, когда более старые версии будут работать с более свежими версиями транзитивных зависимостей, и потенциально это повышает вероятность проблем с интеграцией.


    А теперь представьте, что у нас в проекте есть конвейер CI/CD и специальный сервер, который собирает, тестирует и выкатывает приложения в разные среды выполнения. Как правило, такие решения привязываются к ID коммита в Git (или к Git-тегам), и на каждый коммит система генерирует готовый к выкатке артефакт (архив с готовыми для выполнения файлами). Таким образом, на вход конвейера поступает код из Git-репозитория, версионированный через ID коммита, а на выходе вы получаете протестированный и готовый к выкатке артефакт. В идеале, это должно работать как чистая функция (pure function): если вы пересоберёте коммит, созданный несколько месяцев назад, то должны получить на выходе тот же самый артефакт. Однако мы не можем хранить содержимое node_modules в Git, и получается, что после клонирования репозитория нам необходимо вызывать установку зависимостей из реестра npm. А, как мы уже выяснили, этот процесс довольно нестабилен и привязан к глобальному состоянию экосистемы (содержимому npm registry, версиям npm и т. д.). Получается, что npm вносит хаос в наш конвейер CI/CD и мы уже не можем получить одинаковую сборку по ID коммита.


    Lock-файлы приходят на помощь


    Чтобы предотвратить все описанные выше проблемы и сделать использование зависимостей гораздо более стабильным, npm (как и любой другой современный менеджер) предлагает специальный механизм заморозки зависимостей. Работает это автоматически и прямо из коробки: впервые вызывая команду npm install, npm не только устанавливает все зависимости и создаёт директорию node_modules, он также создает специальный файл package-lock.json. Этот файл называется lock-файлом и содержит в себе полную информацию обо всех установленных зависимостях, включая их точные версии, URL npm registry, из которого был скачан пакет, а также SHA-хэш самого архива с пакетом. Помимо прочего, lock-файл npm описывает еще и порядок установки зависимостей, и их вложенность в файловой системе.


    При повторном вызове команды npm install менеджер пакетов увидит, что lock-файл содержится в директории проекта, и в дальнейшем зависимости будут устанавливаться в полном соответствии с информацией из lock-файла. Таким образом, вы можете вызывать команду npm install сколько угодно раз на любой машине и в любое время (даже спустя месяцы), и на выходе будете получать одинаковую структуру файлов в директории node_modules. Также стоит заметить, что установка зависимостей через lock-файл осуществляется быстрее, потому что npm не нужно сверять диапазоны зависимостей из манифеста с данными, доступными в реестре npm. Даже если версия npm обновится и алгоритм установки зависимостей поменяется, lock-файл всё равно будет гарантировать точный и стабильный результат, потому что файл, по сути, описывает результат работы алгоритма на основе входных данных. В каком-то смысле эта концепция аналогична кэшированию.


    Чтобы использовать преимущества lock-файла, его необходимо добавить в систему контроля версий. Таким образом, вы строго привяжете полное дерево зависимостей к коммитам в Git. Это будет гарантировать стабильное воспроизводство сборок в вашей системе CI/CD и позволит надежно «путешествовать во времени».


    Кроме того, каждый разработчик, который склонирует Git-репозиторий к себе на машину, получит точно такое же дерево зависимостей, как и у вас. Это устранит известную проблему из разряда «странно, а у меня всё работает» (“it works on my machine”).


    it worked on my machine


    Структура package-lock.json


    Npm генерирует lock-файл полностью автоматически на основе данных из манифеста проекта, глобального состояния npm registry и алгоритма установки зависимостей npm. Однако содержимое файла вполне читаемо человеком и может быть использовано даже на этапе code review. Diff lock-файла покажет, какие зависимости в дереве были обновлены, какие были удалены, а какие добавлены. Наверное, нет смысла изучать изменения этого файла при каждом обновлении, но при обнаружении каких-то деградаций это может сильно помочь в поиске виновного пакета и сэкономить вам кучу времени. Но чтобы это работал эффективнее и размер изменений был минимальным, я рекомендую обновлять зависимости как можно чаще (гораздо проще выявить проблему, если у вас обновилось три пакета в дереве зависимостей, а не сотня).


    Давайте теперь рассмотрим содержимое файла package-lock.json в тестовом проекте, где установлена только одна зависимость — express.


    Оригинальный файл содержит почти 400 строк, но чтобы пример получился достаточно читабельным и наглядным, я показал только часть дерева зависимостей.

    package-lock.json


    {
      "name": "test",
      "version": "1.0.0",
      "lockfileVersion": 1,
      "requires": true,
      "dependencies": {
        "express": {
          "version": "4.17.1",
          "resolved": "https://registry.npmjs.org/express/-/express-4.17.1.tgz",
          "integrity": "sha512-mHJ9O79RqluphRr…7xlEMXTnYt4g==",
          "requires": {
            "debug": "2.6.9",
            "send": "0.17.1"
          }
        },
        "debug": {
          "version": "2.6.9",
          "resolved": "https://registry.npmjs.org/debug/-/debug-2.6.9.tgz",
          "integrity": "sha512-bC7ElrdJaJnPbAP…eAPVMNcKGsHMA==",
          "requires": {
            "ms": "2.0.0"
          }
        },
        "ms": {
          "version": "2.0.0",
          "resolved": "https://registry.npmjs.org/ms/-/ms-2.0.0.tgz",
          "integrity": "sha1-VgiurfwAvmwpAd9fmGF4jeDVl8g="
        },
        "send": {
          "version": "0.17.1",
          "resolved": "https://registry.npmjs.org/send/-/send-0.17.1.tgz",
          "integrity": "sha512-BsVKsiGcQMFwT8U…cNuE3V4fT9sAg==",
          "requires": {
            "debug": "2.6.9",
            "depd": "~1.1.2",
            "destroy": "~1.0.4",
            "encodeurl": "~1.0.2",
            "escape-html": "~1.0.3",
            "etag": "~1.8.1",
            "fresh": "0.5.2",
            "http-errors": "~1.7.2",
            "mime": "1.6.0",
            "ms": "2.1.1",
            "on-finished": "~2.3.0",
            "range-parser": "~1.2.1",
            "statuses": "~1.5.0"
          },
          "dependencies": {
            "ms": {
              "version": "2.1.1",
              "resolved": "https://registry.npmjs.org/ms/-/ms-2.1.1.tgz",
              "integrity": "sha512-tgp+dl5cGk28utY…YaD/kOWhYQvyg=="
            }
          }
        }
      }
    }

    Итак, давайте разбираться. Начнем с основных корневых свойств:


    • name и version — тут всё просто, это название и версия проекта из его манифеста на момент создания lock-файла.
    • lockfileVersion — это версия формата, в котором представлен lock-файл. Она нужна для расширяемости, если разработчики npm в будущем придумают какой-то новый формат хранения.
    • dependencies — полное плоское дерево зависимостей вашего проекта; объект, в котором ключ это название пакета, а значение — дескриптор.

    Дескриптор каждой отдельно взятой зависимости выглядит следующим образом:


    • version — точная версия пакета на момент установки.
    • resolved — URL пакета в реестре npm, откуда он был скачан.
    • integrity — SHA-хэш пакета; проверочная сумма, которая позволяет убедиться, что в пакет не было внесено изменений как в процессе скачивания, так и на стороне хранилища (защита от мутации). Это очень важный элемент безопасности при работе с npm, который гарантирует, что злоумышленник не сможет как-то вмешаться в код пакета. При обнаружении несоответствия вызов npm install будет прерван с ошибкой.
    • requires — объект, описывающий транзитивные зависимости (копируется из поля dependencies манифеста стороннего пакета). Ключ является названием пакета, а значение — диапазоном версий semver.
    • dependencies — аналогично полю dependencies, описанному выше. Позволяет рекурсивно описывать структуру вложенных пакетов, когда в дереве зависимостей содержится один и тот же пакет, но разных версий.
    • dev — если true, то эта зависимость является только зависимостью для разработки (необходимо для раздельной установки зависимостей).

    Дублирующиеся зависимости


    Обратите внимание, что в примере выше пакет express (наша прямая зависимость) зависит от пакета debug, а тот, в свою очередь, от ms@2.0.0. В то же время, пакет send также зависит от ms, но уже версии 2.1.1. Получается, что в директории node_modules пакет ms должен быть установлен два раза (разных версий), но, в силу сложившихся правил в Node.js, два пакета разных версий не могут быть установлены в корне. По этой причине одна версия устанавливается в корень (ms@2.0.0), а вторая — в поддиректорию пакета send (ms@2.1.1). Это решение как раз и отражено в lock-файле. В том числе благодаря этому достигается стабильность директории node_modules.


    Подробнее про дублирование зависимостей мы поговорим в будущих статьях.


    Ручные правки


    Хотя структура lock-файла хорошо читается и довольно понятна, нельзя забывать, что этот файл генерируется автоматически. Не пытайтесь вносить в него правки, их будет невозможно сохранить. После очередного обновления lock-файла они будут потеряны.


    Конфликт в lock-файлах npm


    Если несколько разработчиков трудятся в одной ветке и используют lock-файлы, то в какой-то момент может возникнуть merge-конфликт в Git. В этом случае достаточно просто устранить конфликты в файле манифеста (если они есть), а потом выполнить npm install: менеджер пакетов автоматически исправит конфликты в lock-файле.


    Если вам не хочется править конфликты в lock-файлах вручную, то можете установить специальный merge-драйвер для Git, который умеет работать с npm. Это позволит исправлять конфликты в файле package-lock.json автоматически. Однако, если конфликт возникнет в манифесте, то вам всё равно будет необходимо исправить конфликт вручную, а потом вызвать npm install.


    Установить merge-драйвер для npm можно следующим образом:


    npx npm-merge-driver install -g

    При возникновении конфликта при вызове команд Git в консоли будет выведено:


    npm WARN conflict A git conflict was detected in package-lock.json.
    Attempting to auto-resolve. Auto-merging package-lock.json

    Обновление lock-файла


    Для работы с lock-файлами не требуется каких-то особых действий со стороны разработчика, npm автоматически обновляет lock-файл, когда в этом есть необходимость. Например, если вы вызываете команду npm install lodash, то помимо того, что npm добавит новую зависимость в манифест и установит её, он автоматически обновит lock-файл. Таким образом, npm всегда следит, чтобы lock-файл был в актуальном состоянии.


    Однако если вы вносите изменения в манифест проекта вручную, например, добавляя новую зависимость, то возникает «дрифт» (рассинхронизация) между манифестом и lock-файлом. Менеджер пакетов достаточно умён, чтобы обнаружить этот дрифт: когда вы вызовете команду npm install, npm проанализирует актуальность lock-файла, и если он устарел, то менеджер пакетов автоматически обновит lock-файл, используя данные из манифеста.


    Установка зависимостей в CI/CD


    Как я сказал выше, если npm обнаружит отставание lock-файла от манифеста, то это приведет к обновлению lock-файла и установке зависимостей из манифеста. Такое поведение очень удобно при разработке, но совершенно непригодно, и даже опасно в контексте конвейера CI/CD, потому что может привести к неожиданным результатам из-за слетевшей блокировки зависимостей.


    Чтобы этого не происходило, разработчики npm добавили специальную команду npm ci. В отличие от npm install, эта команда никогда не обновляет lock-файл. Более того, если в проекте отсутствует или устарел lock-файл, то npm ci вернет код ошибки и прервет выполнение конвейера, гарантируя, что ничего плохого не случится (принцип Fail-fast). Кроме того, npm ci полностью удаляет директорию node_modules перед установкой зависимостей, что гарантирует установку на чистый лист.


    По этой причине никогда не следует использовать команду npm install в рамках конвейера CI/CD, обязательно используйте npm ci вместо нее. Идите и проверьте это прямо сейчас! (я подожду).


    Разные типы проектов


    Давайте теперь поговорим про особенности использования lock-файлов в проектах разных типов. Первое, о чём стоит сказать: файл package-lock.json не публикуется в npm registry. Это означает, что если вы публикуете свой пакет в реестр npm (библиотека), то содержимое вашего lock-файла не будет оказывать влияния на дерево зависимостей при установке вашего пакета в чей-то проект. В этом случае играет роль только содержимое вашего манифеста. Это и хорошо: если бы каждая библиотека замораживала свои зависимости, то дерево зависимостей в конечном проекте было бы ещё больше (куда уж больше?) и содержало огромное количество дублей. Адекватно управлять зависимостями стало бы невозможно.


    Shrinkwrap


    Однако в npm есть специальная команда npm shrinkwrap. Она создает файл npm-shrinkwrap.json в корне проекта, который является тем же lock-файлом, только с другим именем и семантикой. Особенность его в том, что, в отличие от package-lock.json, он таки публикуется в реестр npm и оказывает непосредственное влияние на дерево зависимостей при установке вашего пакета. Фактически, он замораживает дерево зависимостей вашего пакета, даже если тот устанавливается в другой проект.


    Как я сказал выше, использовать это решение для библиотек очень вредно, поэтому не стоит этого делать. Однако, оно может быть полезно, если вы разрабатываете программу на Node.js, которая должна выполняться на компьютере пользователя (например, аналог webpack, gulp, create-react-app и т. д.). Если программа устанавливается преимущественно глобально на компьютере пользователя (npm i -g), то использование shrinkwrap-файла гарантирует, что на машине пользователя программа будет иметь те же зависимости, что и на вашей машине. Так что, если у вас есть явные причины опасаться дрифта зависимостей в вашей программе, то вы можете воспользоваться npm shrinkwrap. В остальных случаях я не рекомендовал бы использовать эту команду.


    Кстати, файл npm-shrinkwrap.json имеет приоритет над файлом package-lock.json. В проекте достаточно только одного файла.


    Тестирование пакета-библиотеки


    Важным этапом в работе над проектом библиотеки является его тестирование. Дело в том, что вы полностью не контролируете внешние условия, в которых будет вызываться ваша библиотека. Даже если вы зафиксируете прямые зависимости, вы не сможете зафиксировать транзитивные (разве что будете использовать shrinkwrap, но мы уже выяснили, что это плохая практика).


    По этой причине вы не можете гарантировать среду, однако можете протестировать работу библиотеки со свежими версиями всех зависимостей, чтобы убедиться, что в новых и свежих проектах ничего не сломается. Однако, если вы будете использовать lock-файл в вашем проекте, то он будет постоянно оттягивать версии ваших зависимостей назад, не давая вам полноценно тестировать совместимость с самыми свежими версиями всех зависимостей (которые наверняка будут у ваших пользователей). Либо вам придется постоянно вызывать глубокий npm update перед каждым тестом.


    Руководствуясь этим, некоторые разработчики советует вообще не использовать lock-файлы для проектов библиотек. Однако, я считаю это слишком радикальным советом. Дело в том, что помимо продуктовых runtime-зависимостей вашего пакета существуют еще и dev-зависимости. Если вы откажетесь от lock-файла, то ваши dev-зависимости выйдут из-под контроля, то есть вы потеряете некий островок стабильности.


    Более подходящим решением, на мой взгляд, была бы реорганизация конвейера CI/CD таким образом, чтобы код библиотеки тестировался в проекте без использования lock-файла, путем установки самых свежих доступных зависимостей. Собирать же пакет (если требуется) можно и с участием lock-файла (для этого можно использовать два разных этапа в вашем CI/CD конвейере).


    С глаз долой…


    У многих разработчиков lock-файлы вызывают чувство раздражения, видимо, из-за непонимания их предназначения или особенностей их работы. Такие разработчики норовят добавить package-lock.json в .gitignore или вообще настроить npm, чтобы запретить генерирование lock-файлов. При этом они (часто сами того не понимая) жертвуют стабильностью и безопасностью своего приложения, а также теряют достаточно мощный инструмент отслеживания изменений зависимостей в проекте. Часто эти же люди начинают строго прописывать версии зависимостей в основном манифесте, чтобы как-то компенсировать эту нестабильность, не отдавая себе отчета в том, что это не решает проблему, а только создает иллюзию её решения. Я уже не говорю о том, что они используют инструмент не по назначению, теряя гибкость разработки, которая обеспечивается, в том числе, и механизмами семантического версионирования.


    Надеюсь, теперь, лучше понимая, как работают эти механизмы, вы сможете эффективнее наладить управление зависимостями в вашем проекте и повысить его надежность и безопасность.


    Обновляйтесь чаще!


    Помните, задача lock-файлов заключается не в том, чтобы навсегда заблокировать все зависимости и больше никогда их не обновлять, а в том, чтобы обеспечить повторяемость их установки и прозрачность их обновления.


    Залог высокого качества, поддерживаемости и удобства разработки вашего проекта заключается в частом обновлении зависимостей. Согласитесь, гораздо проще обновлять зависимости маленькими порциями по мере их выхода. Diff lock-файла всегда покажет, что именно обновилось. Если он будет небольшим, то вы легко сможете его прочитать. Если же после обновления возникнет проблема, то, скорее всего, она будет одна, и её будет несложно обнаружить и изолировать.


    С другой стороны, если вы не будете полгода обновлять зависимости, то потом сделать это будет очень сложно, потому что крупное обновление очень сложно разделить на маленькие части. Вы получите огромный ворох изменений разной степени тяжести, а в случае возникновения проблемы (а она, скорее всего, придет не одна) выявить точное место будет гораздо сложнее (diff здесь уже будет бесполезен в силу его гигантского размера).


    Поэтому не запускайте ваши зависимости, обновляйтесь регулярно, возьмите это в привычку, тогда издержки на поддержку кодовой базы будут минимальны. Переход же на новые мажорные версии библиотек будет более планомерным: гораздо проще обновиться на одну мажорную версию библиотеки, чем на несколько сразу.


    Продолжение следует


    Мы рассмотрели столь важный инструмент повышения надежности и безопасности управления зависимостями, как lock-файлы npm. Использование этого механизма позволит вам существенно повысить стабильность работы вашего проекта и улучшить качество и удобство разработки.


    В следующем посте я еще дальше углублюсь в вопросы безопасности npm.


    Если вам понравился материал, то, пожалуйста, ставьте лайки, подписывайтесь на наш блог и делитесь ссылками с коллегами. Так мы будем понимать, что наша работа востребована, и будем продолжать радовать вас новыми полезными материалами.


    Если у вас есть вопросы или желание что-то добавить по теме, то не бойтесь оставлять комментарии, я с радостью приму участие в обсуждении и учту ваши пожелания в следующих постах.

    ДомКлик
    Место силы

    Похожие публикации

    Комментарии 0

    Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

    Самое читаемое