Автозагрузка и перезагрузка констант

Это руководство документирует, как работает автозагрузка и перезагрузка в режиме zeitwerk.

После его прочтения, вы узнаете:

• Об соответствующей настройке Rails
• О структуре проекта
• Об автоматической загрузке, перезагрузке и нетерпеливой загрузке
• О наследовании с единой таблицей
• И еще кое-что

1. Введение

В обычных классах в программах на Ruby зависимости нужно загружать вручную. Например, следующий контроллер использует классы ApplicationController и Post, и обычно необходимо для них добавить вызовы require:

# НЕ ДЕЛАЙТЕ ЭТОГО.
require 'application_controller'
require 'post'
# НЕ ДЕЛАЙТЕ ЭТОГО.

class PostsController < ApplicationController
  def index
    @posts = Post.all
  end
end

Но это не в случае приложений Rails, когда классы и модули приложения доступны везде:

class PostsController < ApplicationController
  def index
    @posts = Post.all
  end
end

Характерные приложения Rails только используют вызовы require для загрузки вещей из директории lib, стандартной библиотеки Ruby, гемов Ruby, и так далее. То есть того, что не принадлежит путям автозагрузки, описанным ниже.

Для предоставления этой особенности, Rails управляет рядом загрузчиков Zeitwerk.

2. Структура проекта

В приложении Rails имена файлов должны соответствовать константам, которые они определяют, а директории выступают как пространства имен.

Например, файл app/helpers/users_helper.rb должен определять UsersHelper, а файл app/controllers/admin/payments_controller.rb должен определять Admin::PaymentsController.

По умолчанию Rails настраивает Zeitwerk, чтобы преобразовывать имена файлов с помощью String#camelize. Например, он ожидает, что app/controllers/users_controller.rb определяет константу UsersController, так как это то, что возвращает "users_controller".camelize

Раздел Настройка словообразования ниже документирует способы переопределения этих умолчаний.

Подробности в документации Zeitwerk.

3. config.autoload_paths

Мы ссылаемся на список директорий приложения, содержимое которых должно быть автоматически загружено и (опционально) перезагружено, как пути автозагрузки. Например, app/models. Эти директории представляют корневое пространство имен: Object.

В пределах пути автозагрузки, имена файлов должны соответствовать константам, которые они определяют, как документировано тут.

По умолчанию, пути автозагрузки приложения состоят из всех поддиректорий app, существующих во время загрузки приложения — за исключением assets, javascript и views, — плюс пути автозагрузки engine-ов, от которых оно может зависеть.

К примеру, если UsersHelper реализован в app/helpers/users_helper.rb, этот модуль автоматически загружаемый, и вам не нужно писать вызов require для него:

$ bin/rails runner 'p UsersHelper'
UsersHelper

Rails автоматически добавит пользовательские директории внутри app в пути автозагрузки. Например, если в вашем приложении есть app/presenters, не нужно ничего настраивать, чтобы автоматически загружать презентеры; они будут работать "из коробки".

Массив путей автозагрузки может быть расширен с помощью добавления в config.autoload_paths в config/application.rb или config/environments/*.rb. Например:

module MyApplication
  class Application < Rails::Application
    config.autoload_paths << "#{root}/extras"
  end
end

Также engine может добавлять в коде класса engine и в свой config/environments/*.rb.

Пути автозагрузки управляются автозагрузчиком Rails.autoloaders.main.

4. config.autoload_lib(ignore:)

5. config.autoload_once_paths

Также возможно автоматически загружать классы и модули без их перезагрузки. autoload_once_paths хранит код, который может быть автоматически загружен, но не будет перезагружен.

По умолчанию эта коллекция пустая, но ее можно расширить, добавив к config.autoload_once_paths. Это можно сделать в config/application.rb или config/environments/*.rb. Например:

module MyApplication
  class Application < Rails::Application
    config.autoload_once_paths << "#{root}/app/serializers"
  end
end

Также engine может добавлять в коде класса engine и в свой config/environments/*.rb.

Это важно для классов и модулей, которые кэшируются в местах, не являющихся перезагружаемыми, например в самом фреймворке Rails.

Например, сериализаторы Active Job сохраняются внутри Active Job:

# config/initializers/custom_serializers.rb
Rails.application.config.active_job.custom_serializers << MoneySerializer

и сам Active Job не перезагружается при перезагрузке, это происходит только для кода приложения и engine-ов в путях автозагрузки.

Если сделать MoneySerializer перезагружаемым, это может быть озадачиваемым, так как перезагрузка отредактированной версии не будет влиять на объект этого класса, сохраненного в Active Job. Разумеется, если бы MoneySerializer был перезагружаемым, начиная с Rails 7 такой инициализатор выдал бы NameError.

Еще один пример, когда engine декорирует классы фреймворка:

initializer "decorate ActionController::Base" do
  ActiveSupport.on_load(:action_controller_base) do
    include MyDecoration
  end
end

Тут объект модуля, хранящегося в MyDecoration, во время запуска инициализатора становится предком ActionController::Base, и перезагрузка MyDecoration бесполезна, она не повлияет на цепочку наследования.

Классы и модули из путей однократной автозагрузки могут быть автоматически загружены в config/initializers. Таким образом, с такой настройкой это будет работать:

# config/initializers/custom_serializers.rb
Rails.application.config.active_job.custom_serializers << MoneySerializer

Пути однократной автозагрузки управляются Rails.autoloaders.once.

6. $LOAD_PATH{#load_path}

Пути автозагрузки добавляются по умолчанию в $LOAD_PATH. Однако, внутренне Zeitwerk использует абсолютные имена файлов, и ваше приложение не должно иметь вызовов require для автоматически загружаемых файлов, таким образом, эти директории фактически тут не нужны. Вы можете их выключить с помощью флажка:

config.add_autoload_paths_to_load_path = false

Это может немного ускорить правильные вызовы require, Поскольку будет меньше поиска. Также, если ваше приложение использует Bootsnap, это спасает библиотеку от построения ненужных индексов, приводя к снижению использования памяти.

7. Перезагрузка

Rails автоматически перезагружает классы и модули, если файлы приложения в путях автозагрузки изменяются.

Если точнее, когда запущен веб сервер, и файлы приложения изменились, Rails выгружает все автоматически загруженные константы, управляемые автозагрузчиком main, непосредственно перед тем, как обрабатывать следующий запрос. Таким образом, классы или модули приложения, используемые в течение этого запроса, будут снова автоматически загружены, следовательно, будет взята их текущая реализация из файловой системы.

Перезагрузка может быть включена или отключена. Настройкой, контролирующей это поведение, является config.enable_reloading, которая по умолчанию true в режиме development и false по умолчанию в режиме production. Для обратной совместимости Rails также поддерживает config.cache_classes, которая эквивалентна !config.enable_reloading.

Rails по умолчанию использует событийный монитор файлов для обнаружения изменений файлов. Вместо этого можно настроить обнаружение изменений файлов, проходя по путям автозагрузки. Это контролируется настройкой config.file_watcher.

В консоли Rails нет активного наблюдателя файлов, вне зависимости от значения config.enable_reloading. Это потому, что обычно будет сбивать с толку, если код перезагрузится посреди консольной сессии. Как и в отдельном запросе, мы обычно хотим, чтобы сессия консоли обслуживалась постоянным, неизменным набором классов и модулей приложения.

Однако, можно принудительно перезагрузить, выполнив в консоли reload!:

irb(main):001:0> User.object_id
=> 70136277390120
irb(main):002:0> reload!
Reloading...
=> true
irb(main):003:0> User.object_id
=> 70136284426020

Как видите, объект класса, хранимый в константе User, отличается после перезагрузки.

7.1. Перезагрузка и устаревшие объекты

Очень важно понимать, что в Ruby нет способа настоящей перезагрузки классов и методов в памяти, и это отражается везде, где она используется. Технически "выгрузка" класса User означает удаление константы User с помощью Object.send(:remove_const, "User").

Например, вот сессия консоли Rails:

irb> joe = User.new
irb> reload!
irb> alice = User.new
irb> joe.class == alice.class
=> false

joe это экземпляр первоначального класса User. При перезагрузке константа User вычисляется как другой, перезагруженный класс. alice это экземпляр текущего класса, но не joe - его класс устарел. Можно снова определить joe, запустить подсессию IRB или просто запустить новую консоль вместо вызова reload!.

Другой ситуацией, в которой можно обнаружить эту особенность, является создание подкласса перезагружаемого класса в месте, которое не перезагружается:

# lib/vip_user.rb
class VipUser < User
end

если User перезагружается, то, так как VipUser нет, суперклассом VipUser является оригинальный устаревший объект класса.

Вывод: не кэшируйте перезагружаемые классы или модули.

8. Автозагрузка при запуске приложения

Во время запуска приложения могут автоматически загружать из путей однократной автозагрузки, которые управляются автоматическим загрузчиком once. Обратитесь к разделу config.autoload_once_paths выше.

Однако, нельзя автоматически загружать из путей автозагрузки, управляемых автоматическим загрузчиком main. Это применимо к коду инциализаторов в config/initializers как приложения, так и engine-ов.

Почему? Инициализаторы запускаются единожды, при запуске приложения. Если вы перезапускаете сервер, они запускаются снова в новом процессе, но перезагрузка не перезапускает сервер, и инициализаторы не запускаются снова. Давайте рассмотрим два основных случая использования.

8.1. Случай использования 1: Загрузка перезагружаемого кода во время запуска

8.1.1. Автозагрузка при запуске и на каждой перезагрузке

Давайте представим, что ApiGateway это перезагружаемый класс из app/services, управляемый автоматическим загрузчиком main, и вам необходимо настроить его узел при запуске приложения:

# config/initializers/api_gateway_setup.rb
ApiGateway.endpoint = "https://example.com" # НЕ ДЕЛАЙТЕ ТАК

в перезагруженном ApiGateway узел будет nil, так как код выше не будет запущен повторно.

В течение запуска все еще можно делать подобные вещи, но их необходимо оборачивать в блок to_prepare, выполняемый при запуске и после каждой перезагрузки:

# config/initializers/api_gateway_setup.rb
Rails.application.config.to_prepare do
  ApiGateway.endpoint = "https://example.com" # ПРАВИЛЬНО
end

8.1.2. Автозагрузка только при запуске

Перезагружаемые классы и модули также могут быть перезагружены в блоках after_initialize. Это выполняется при запуске, но не выполняется снова при перезагрузке. В некоторых исключительных случаях это может быть тем, что вам нужно.

Случаем использования для этого являются предполетные проверки:

# config/initializers/check_admin_presence.rb
Rails.application.config.after_initialize do
  unless Role.where(name: "admin").exists?
    abort "The admin role is not present, please seed the database."
  end
end

8.2. Случай использования 2: Загрузка кода, остающегося кэшированным, во время запуска

Некоторые конфигурации принимают объект класса или модуля, и они хранят его в месте, не являющемся перезагружаемым.

Например, промежуточная программа:

config.middleware.use MyApp::Middleware::Foo

При перезагрузке стек промежуточных программ не затрагивается, таким образом, объект, хранимый в MyApp::Middleware::Foo во время запуска, остается там устаревшим.

Другим примером являются сериализаторы Active Job:

# config/initializers/custom_serializers.rb
Rails.application.config.active_job.custom_serializers << MoneySerializer

Тот MoneySerializer, вычисленный во время инициализации, добавляется к пользовательским сериализаторам. Если он был перезагружен, изначальный объект все еще будет внутри Active Job, не отражая ваши изменения.

Еще одним примером являются railties или engine, декорирующие классы фреймворка, добавляя модули. Например, turbo-rails декорирует ActiveRecord::Base следующим образом:

initializer "turbo.broadcastable" do
  ActiveSupport.on_load(:active_record) do
    include Turbo::Broadcastable
  end
end

Это добавляет объект модуля в цепочку наследования для ActiveRecord::Base. Изменения в Turbo::Broadcastable не несут эффекта при перезагрузке, цепочка наследования все еще будет изначальной.

Вывод: Эти классы или модули нельзя перезагружать.

Простейшим способом ссылаться на эти классы или модули в течение запуска, это определить их в директории, не принадлежащей путям перезагрузки. Например, lib - идиоматический выбор. По умолчанию она не принадлежит путям перезагрузки, но принадлежит $LOAD_PATH. Просто выполните обычный require чтобы загрузить их.

Как уже отмечено, другой опцией является нахождение их в директории, которая определена в путях однократной автозагрузки, и их автоматическая загрузка. За подробностями обратитесь к разделу о config.autoload_once_paths.

9. Нетерпеливая загрузка

В средах, подобных production, обычно лучше загрузить весь код приложения при запуске приложения. Нетерпеливая загрузка помещает все в память для немедленного обслуживания запросов, это также сочетается с механизмом копирования при записи.

Нетерпеливая загрузка контролируется флажком config.eager_load, который по умолчанию включен в режиме production.

Порядок, в котором файлы нетерпеливо загружаются, не определен.

В течение нетерпеливой загрузки, Rails вызывает Zeitwerk::Loader.eager_load_all. Это обеспечивает, что все зависимости от гемов, контролируемые Zeitwerk, будут также нетерпеливо загружены.

10. Наследование с единой таблицей

Наследование с единой таблицей не очень хорошо сочетается с ленивой загрузкой: Active Record должен знать об иерархии STI, чтобы работать корректно, но при ленивой загрузке классы загружаются только по требованию!

Чтобы справиться с этим фундаментальным несоответствием, нам нужно предварительно загрузить STI. Есть несколько вариантов достижения этого, с разными компромиссами. Давайте рассмотрим их.

10.1. Опция 1: Включить нетерпеливую загрузку

Самый простой способ предварительно загрузить STI - это включить нетерпеливую загрузку, установив:

config.eager_load = true

в config/environments/development.rb и config/environments/test.rb.

Это просто, но дорого стоит, так как он нетерпеливо загружает все приложение при запуске и каждой перезагрузки. Хотя это может быть компромиссом для маленьких приложений.

10.2. Опция 2: Предварительно загрузить свернутую директорию

Сохраните файлы, определяющие иерархию, в выделенную директорию, что также имеет смысл концептуально. Эта директория не предназначена для представления пространства имен, ее единственное назначение - группировка для STI:

app/models/shapes/shape.rb
app/models/shapes/circle.rb
app/models/shapes/square.rb
app/models/shapes/triangle.rb

В этом примере мы хотим, чтобы app/models/shapes/circle.rb определял Circle, а не Shapes::Circle. Это может быть вашим личным предпочтением, чтобы упростить вещи, а также избежать рефакторинг в существующем коде. Особенность сворачивания в Zeitwerk позволяет нам делать так:

# config/initializers/preload_stis.rb
shapes = "#{Rails.root}/app/models/shapes"
Rails.autoloaders.main.collapse(shapes) # Не пространство имен.

unless Rails.application.config.eager_load
  Rails.application.config.to_prepare do
    Rails.autoloaders.main.eager_load_dir(shapes)
  end
end

При этой опции мы нетерпеливо загружаем эти несколько файлов при запуске и перезагрузке, даже если STI не используется. Однако, если в вашем приложении не множество STI, это не принесет какого-либо измеримого воздействия.

10.3. Опция 3: Предварительно загрузить обычную директорию

Похожа на предыдущую, но директория будет пространством имен. То есть от app/models/shapes/circle.rb ожидается определение Shapes::Circle.

Для нее нужен такой же инициализатор, кроме настройки сворачивания:

# config/initializers/preload_stis.rb

unless Rails.application.config.eager_load
  Rails.application.config.to_prepare do
    Rails.autoloaders.main.eager_load_dir("#{Rails.root}/app/models/shapes")
  end
end

Те же самые компромиссы.

10.4. Опция 4: Предварительно загрузить типы из базы данных

Для этой опции нам не нужно организовывать файлы каким-то образом, но нужно запросить базу данных:

# config/initializers/preload_stis.rb

unless Rails.application.config.eager_load
  Rails.application.config.to_prepare do
    types = Shape.unscoped.select(:type).distinct.pluck(:type)
    types.compact.each(&:constantize)
  end
end

11. Настройка словообразования

По умолчанию Rails использует String#camelize, чтобы узнать, какую константу должны определять данный файл или директория. Например, posts_controller.rb должен определять PostsController, так как это то, что возвращает "posts_controller".camelize.

Возможны случаи, когда имя определенного файла или директории не преобразуется в то, что вы хотите. Например, по умолчанию от html_parser.rb ожидается определение HtmlParser. Но что, если вы предпочитаете класс HTMLParser? Есть несколько способов настроить это.

Самым простым способом является определение аббревиатур:

ActiveSupport::Inflector.inflections(:en) do |inflect|
  inflect.acronym "HTML"
  inflect.acronym "SSL"
end

Это глобально влияет на словообразование Active Support. Для некоторых приложений это отлично, но можно также настроить, как camelize отдельные базовые имена, независимо от Active Support, предоставив коллекцию переопределений в преобразователь по умолчанию:

Rails.autoloaders.each do |autoloader|
  autoloader.inflector.inflect(
    "html_parser" => "HTMLParser",
    "ssl_error"   => "SSLError"
  )
end

Эта техника все еще зависит от String#camelize, хотя, так как преобразователь по умолчанию использует его как резервный. Если предпочитаете вообще не зависеть от словообразований Active Support, и получить полный контроль над словообразованием, настройте преобразователи быть экземплярами Zeitwerk::Inflector:

Rails.autoloaders.each do |autoloader|
  autoloader.inflector = Zeitwerk::Inflector.new
  autoloader.inflector.inflect(
    "html_parser" => "HTMLParser",
    "ssl_error"   => "SSLError"
  )
end

Нет какой-либо глобальной конфигурации, которая может повлиять на указанные экземпляры; они детерминированы.

Можно даже определить собственный преобразователь для полной гибкости. Пожалуйста, обратитесь за подробностями к документации Zeitwerk.

11.1. Где должна храниться настройка словообразования?

Если приложение не использует автозагрузчик once, вышеприведенный код можно поместить в config/initializers. Например, config/initializers/inflections.rb для Active Support или config/initializers/zeitwerk.rb для остальных.

Приложения, использующие автозагрузчик once, должны переместить или загрузить эту конфигурацию в теле класса приложения в config/application.rb, так как автозагрузчик once использует словообразование рано в процессе запуска.

12. Автоматическая загрузка и Engine

Engine запускаются в контексте родительского приложения, и их код автоматически загружается, перезагружается и нетерпеливо загружается родительским приложением. Если приложение запускается в режиме zeitwerk, код engine загружается режимом zeitwerk. Если приложение запускается в режиме classic, код engine загружается режимом classic.

При запуске Rails, директории engine добавляются в пути автозагрузки, и, с точки зрения автозагрузчика, они не отличаются. Основные входные данные автозагрузчиков это пути автозагрузки, а принадлежат ли они дереву исходного кода приложения или дереву исходного кода engine, это не важно.

Например, приложение использует Devise:

% bin/rails runner 'pp ActiveSupport::Dependencies.autoload_paths'
[".../app/controllers",
 ".../app/controllers/concerns",
 ".../app/helpers",
 ".../app/models",
 ".../app/models/concerns",
 ".../gems/devise-4.8.0/app/controllers",
 ".../gems/devise-4.8.0/app/helpers",
 ".../gems/devise-4.8.0/app/mailers"]

Если engine контролирует режим автозагрузки родительского приложения, можно писать engine как обычно.

Однако, если engine поддерживает Rails 6 или Rails 6.1 и не контролирует его родительское приложение, ему необходимо быть готовым запускаться либо в режиме classic, либо в режиме zeitwerk. Нужно принять во внимание:

• Если режиму classic может понадобиться вызов require_dependency, чтобы убедиться, что некоторая константа загружена в некотором месте, напишите его. Хотя он и не нужен в режиме zeitwerk, ничего страшного, он будет работать и в режиме zeitwerk.

• Режим classic подчеркивает имена констант ("User" -> "user.rb"), а режим zeitwerk озаглавливает имена файлов ("user.rb" -> "User"). Они совпадают в большинстве случаев, но не всегда, когда есть ряд последовательных заглавных букв, как в "HTMLParser". Простейшим способом обеспечить совместимость является избегание таких имен. В данном случае выберите "HtmlParser".

• В режиме classic, файлу app/model/concerns/foo.rb можно определять и Foo, и Concerns::Foo. В режиме zeitwerk имеется лишь одна опция: он должен определять Foo. Для совместимости определяйте Foo.

13. Тестирование

13.1. Ручное тестирование

Задание zeitwerk:check проверяет, что дерево проекта следует ожидаемым соглашениям по именованию, и это удобно для ручных проверок. Например, если вы мигрируете с режима classic на zeitwerk, или чините что-то:

% bin/rails zeitwerk:check
Hold on, I am eager loading the application.
All is good!

Может быть дополнительный вывод, в зависимости от конфигурации приложения, но последний "All is good!" это то, что вам нужно.

13.2. Автоматическое тестирование

Хорошей практикой является проверка в тестовом наборе, что проект корректно нетерпеливо загружается.

Это покрывает соглашения по именованию Zeitwerk и другие возможные условия ошибки. Обратитесь к разделу о тестировании нетерпеливой загрузки в руководстве Тестирование приложений на Rails.

14. Разрешение проблем

Лучшим способом понять, что делают загрузчики, является наблюдение за их активностью.

Простейший способ для этого - включить

Rails.autoloaders.log!

в config/application.rb после загрузки умолчаний для фреймворка. Это напечатает трейсы в стандартный вывод.

Если предпочитаете логирование в файл, настройте так:

Rails.autoloaders.logger = Logger.new("#{Rails.root}/log/autoloading.log")

Логгер Rails пока еще не доступен при запуске config/application.rb. Если предпочитаете использовать логгер Rails, сконфигурируйте эту настройку в инициализаторе:

# config/initializers/log_autoloaders.rb
Rails.autoloaders.logger = Rails.logger

15. Rails.autoloaders

Экземпляры Zeitwerk, управляющие вашим приложением, доступны в

Rails.autoloaders.main
Rails.autoloaders.once

Предикат

Rails.autoloaders.zeitwerk_enabled?

все еще доступен в приложениях Rails 7, и возвращает true.