Sistemas de build baseados em tarefas

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Esta página aborda sistemas de build baseados em tarefas, como eles funcionam e alguns dos e complicações que podem ocorrer com sistemas baseados em tarefas. Depois dos scripts de shell, os sistemas de build baseados em tarefas são a próxima evolução lógica do build.

Noções básicas sobre sistemas de build baseados em tarefas

Em um sistema de build baseado em tarefas, a unidade fundamental de trabalho é a tarefa. Cada é um script que pode executar qualquer tipo de lógica, e as tarefas especificam outros tarefas como dependências que precisam ser executadas antes delas. A maioria dos principais sistemas de build em uso hoje, como Ant, Maven, Gradle, Grunt e Rake, são baseados em tarefas. Em vez de scripts de shell, a maioria dos sistemas de build modernos exige que os engenheiros criem arquivos de build que descrevem como realizar o build.

Pegue este exemplo do Manual do Ant:

<project name="MyProject" default="dist" basedir=".">
   <description>
     simple example build file
   </description>
   <!-- set global properties for this build -->
   <property name="src" location="src"/>
   <property name="build" location="build"/>
   <property name="dist" location="dist"/>

   <target name="init">
     <!-- Create the time stamp -->
     <tstamp/>
     <!-- Create the build directory structure used by compile -->
     <mkdir dir="${build}"/>
   </target>
   <target name="compile" depends="init"
       description="compile the source">
     <!-- Compile the Java code from ${src} into ${build} -->
     <javac srcdir="${src}" destdir="${build}"/>
   </target>
   <target name="dist" depends="compile"
       description="generate the distribution">
     <!-- Create the distribution directory -->
     <mkdir dir="${dist}/lib"/>
     <!-- Put everything in ${build} into the MyProject-${DSTAMP}.jar file -->
     <jar jarfile="${dist}/lib/MyProject-${DSTAMP}.jar" basedir="${build}"/>
   </target>
   <target name="clean"
       description="clean up">
     <!-- Delete the ${build} and ${dist} directory trees -->
     <delete dir="${build}"/>
     <delete dir="${dist}"/>
   </target>
</project>

O buildfile é gravado em XML e define alguns metadados simples sobre o build com uma lista de tarefas (as tags <target> no XML). (Ant usa a palavra target para representar uma tarefa e usar a palavra tarefa para se referir a commands. Cada tarefa executa uma lista de comandos possíveis definidos pelo Ant, que inclui a criação e a exclusão de diretórios, a execução de javac e a criação de um arquivo JAR. Esse conjunto de comandos pode ser estendido por plug-ins fornecidos pelo usuário para cobrir qualquer tipo de lógica. Cada tarefa também pode definir as tarefas das quais depende pelo atributo "depends". Essas dependências formam um gráfico acíclico, como mostrado na Figura 1.

Gráfico acrílico mostrando dependências

Figura 1. Gráfico acíclico mostrando dependências

Os usuários executam builds fornecendo tarefas para a ferramenta de linha de comando do Ant. Por exemplo, quando um usuário digita ant dist, o Ant segue estas etapas:

  1. Carrega um arquivo chamado build.xml no diretório atual e o analisa para criar a estrutura de gráfico mostrada na Figura 1.
  2. Procura a tarefa dist fornecida na linha de comando e descobre que tem uma dependência na tarefa chamada compile.
  3. Procura a tarefa chamada compile e descobre que ela tem uma dependência a tarefa chamada init.
  4. Procura a tarefa chamada init e descobre que ela não tem dependências.
  5. Executa os comandos definidos na tarefa init.
  6. Executa os comandos definidos na tarefa compile, já que tudo isso dependências da tarefa tenham sido executadas.
  7. Executa os comandos definidos na tarefa dist, já que tudo isso dependências da tarefa tenham sido executadas.

No final, o código executado pelo Ant ao executar a tarefa dist é equivalente no seguinte script de shell:

./createTimestamp.sh
mkdir build/
javac src/* -d build/
mkdir -p dist/lib/
jar cf dist/lib/MyProject-$(date --iso-8601).jar build/*

Quando a sintaxe é removida, o arquivo de build e o script de build, na verdade, não são muito diferentes. Mas já ganhamos muito fazendo isso. Podemos criar novos arquivos de build em outros diretórios e vinculá-los. Podemos facilmente adicionar novas tarefas que dependem de tarefas existentes de maneiras arbitrárias e complexas. Qa você só precisa transmitir o nome de uma tarefa para a ferramenta de linha de comando ant, e ela determina tudo que precisa ser executado.

O Ant é um software antigo, lançado originalmente em 2000. Outras ferramentas, como Maven e Gradle, melhoraram o Ant nos anos seguintes e, basicamente, o substituíram, adicionando recursos como gerenciamento automático de dependências externas e uma sintaxe mais limpa sem XML. No entanto, a natureza desses sistemas mais recentes permanece a mesma: eles permitem que os engenheiros escrevam scripts de build de forma modular e com princípios, como tarefas, e fornecem ferramentas para executar essas tarefas e gerenciar dependências entre elas.

O lado sombrio dos sistemas de build baseados em tarefas

Como essas ferramentas permitem que os engenheiros definam qualquer script como uma tarefa, eles são extremamente poderosos, permitindo que você faça quase tudo o que pode imaginar com eles. Mas esse poder tem desvantagens, e sistemas de compilação baseados em tarefas podem à medida que os scripts de build ficam mais complexos. O problema com esses sistemas é que eles acabam dando muito poder aos engenheiros e não o suficiente para o sistema. Como o sistema não tem ideia do que os scripts estão fazendo, a performance sofre, já que ele precisa ser muito conservador na forma como programa e executa as etapas de build. E não há como o sistema para confirmar que cada script está fazendo o que deveria, então os scripts tendem a crescer complexidade e acabar sendo outra coisa que precisa de depuração.

Dificuldade de paralelizar etapas de build

As estações de trabalho de desenvolvimento moderno são bastante potentes, com vários núcleos que são capaz de executar várias etapas de compilação em paralelo. No entanto, os sistemas baseados em tarefas geralmente não conseguem executar tarefas em paralelo, mesmo quando parece que deveriam. Suponha que a tarefa A dependa das tarefas B e C. Como as tarefas B e C não dependem uma da outra, é seguro executá-las ao mesmo tempo para que o sistema chegue mais rapidamente à tarefa A? Talvez, se eles não tocarem em nenhum dos mesmos recursos. Mas talvez não. Talvez os dois usem o mesmo arquivo para rastrear os status e a execução deles ao mesmo tempo cause um conflito. Não há uma maneira geral de o sistema saber, então ele precisa arriscar esses conflitos (o que leva a problemas de build raros, mas muito difíceis de depurar) ou restringir todo o build para execução em uma única linha de execução em um único processo. Isso pode ser um grande desperdício de uma poderosa máquina de desenvolvedor exclui a possibilidade de distribuir o build em várias máquinas.

Dificuldade em executar builds incrementais

Um bom sistema de build permite que os engenheiros realizem builds incrementais confiáveis, de modo que uma pequena mudança não exija que todo o código-base seja recriado do zero. Isso é especialmente importante se o sistema de build for lento e não conseguir paralelisar as etapas de build pelos motivos mencionados. Mas, infelizmente, sistemas de compilação baseados em tarefas também têm dificuldades aqui. Como as tarefas podem fazer qualquer coisa, não há uma maneira geral de verificar se elas já foram concluídas. Muitas tarefas simplesmente pegam um conjunto de arquivos de origem e executam um compilador para criar um conjunto de binários. Portanto, elas não precisam ser executadas novamente se os arquivos de origem não tiverem mudado. No entanto, sem outras informações, o sistema não pode ter certeza dessa informação. Talvez a tarefa faça o download de um arquivo que pode ter mudado ou grave um carimbo de data/hora que pode ser diferente em cada execução. Para garantir precisão, o sistema normalmente precisa executar novamente todas as tarefas durante cada compilação. Algumas os sistemas de build tentam ativar builds incrementais permitindo que os engenheiros especifiquem condições sob as quais uma tarefa precisa ser executada novamente. Às vezes isso é viável, mas muitas vezes é um problema muito mais complicado do que parece. Por exemplo, em linguagens como C++, que permitem a inclusão direta de arquivos por outros arquivos, é impossível determinar todo o conjunto de arquivos que devem ser monitorados quanto a alterações sem analisar as origens de entrada. Os engenheiros muitas vezes acabam usando atalhos, e esses atalhos podem levar a problemas raros e frustrantes em que um resultado de tarefa é reutilizado mesmo quando não deveria ser. Quando isso acontece com frequência, os engenheiros adquirem o hábito de executar a limpeza antes de cada build para ter um estado novo, derrotando completamente o propósito de ter um build incremental em primeiro lugar. Descobrir quando uma tarefa precisa ser executada novamente é surpreendentemente sutil e é trabalhos mais bem administrados por máquinas do que por humanos.

Dificuldade em manter e depurar scripts

Por fim, os scripts de compilação impostos pelos sistemas de compilação baseados em tarefas geralmente são apenas difíceis de trabalhar. Embora eles recebam menos atenção, os scripts de build são códigos como o sistema em desenvolvimento e são lugares fáceis para bugs se esconderem. Confira alguns exemplos de bugs muito comuns ao trabalhar com um sistema de build baseado em tarefas:

  • A tarefa A depende da tarefa B para produzir um arquivo específico como saída. O proprietário da tarefa B não percebe que outras tarefas dependem dela. Por isso, ele a altera para produzir saída em um local diferente. Ele só será detectado se alguém tenta executar a tarefa A e descobre que ela falha.
  • A Tarefa A depende da tarefa B, que depende da tarefa C, que está produzindo uma arquivo específico como saída que é necessária para a tarefa A. O proprietário da tarefa B decide que não precisa mais depender da tarefa C, o que faz com que a tarefa A falha de A, mesmo que a tarefa B não se importe com a tarefa C!
  • O desenvolvedor de uma nova tarefa faz uma suposição acidental sobre a máquina que executa a tarefa, como o local de uma ferramenta ou o valor de variáveis de ambiente específicas. A tarefa funciona na máquina dele, mas falha sempre que outro desenvolvedor tenta.
  • Uma tarefa contém um componente não determinista, como o download de um arquivo da Internet ou adicionar um carimbo de data/hora a um build. Agora, as pessoas ficam resultados potencialmente diferentes cada vez que o build é executado, ou seja, os engenheiros nem sempre conseguem reproduzir e corrigir as falhas uns dos outros ou falhas que ocorrem em um sistema de build automatizado.
  • Tarefas com várias dependências podem criar disputas. Se a tarefa A depende das tarefas B e C, e as tarefas B e C modificam o mesmo arquivo, a tarefa A recebe um resultado diferente, dependendo de qual das tarefas B e C termina primeiro.

Não há uma maneira geral de resolver esses problemas de desempenho, correção ou manutenção no framework baseado em tarefas apresentado aqui. Enquanto os engenheiros puderem escrever códigos arbitrários que são executados durante o build, o sistema não poderá ter informações suficientes para sempre executar builds de maneira rápida e correta. Para resolver o problema, precisamos tirar energia das mãos de para engenheiros e colocá-los de volta nas mãos do sistema e reconcedê-los função do sistema não como execução de tarefas, mas como produção de artefatos.

Essa abordagem levou à criação de sistemas de build baseados em artefatos, como o Blaze e o Bazel.