npm 缓存机制是怎样的？如何优化依赖安装速度？ - 面试题

npm 提供了多种缓存机制来加速包的安装和减少网络请求。理解缓存机制对于优化构建性能和解决安装问题非常重要。

npm 缓存位置

默认缓存位置

npm 缓存默认存储在以下位置：

macOS/Linux: ~/.npm
Windows: %AppData%/npm-cache

查看缓存位置：

bash
npm config get cache

缓存目录结构

shell
~/.npm/
├── _cacache/
│   ├── content-v2/
│   │   └── sha512/
│   │       └── ...
│   └── index-v5/
│       └── ...
└── _logs/

缓存管理命令

查看缓存信息

bash
# 查看缓存大小
npm cache verify

# 查看缓存目录
npm config get cache

清理缓存

bash
# 清理缓存（npm 5+）
npm cache clean --force

# 清理特定包的缓存
npm cache clean <package-name>

验证缓存

bash
# 验证缓存完整性
npm cache verify

缓存工作原理

1. 包下载缓存

当安装包时，npm 会：

检查本地缓存是否存在该包
如果存在且未过期，直接使用缓存
如果不存在或已过期，从 registry 下载
将下载的包存储到缓存

2. 缓存键

缓存使用内容的 SHA-512 哈希作为键：

shell
~/.npm/_cacache/content-v2/sha512/<hash>

3. 缓存索引

索引文件存储包元数据和位置信息：

shell
~/.npm/_cacache/index-v5/

缓存配置

配置缓存大小

bash
# 设置缓存大小限制（默认为 10GB）
npm config set cache-max 10737418240

# 设置缓存最小保留时间（秒）
npm config set cache-min 3600

配置缓存策略

bash
# 禁用缓存（不推荐）
npm config set cache false

# 设置缓存目录
npm config set cache /path/to/cache

离线安装

使用缓存进行离线安装：

bash
# 使用缓存安装（不检查网络）
npm install --offline

# 使用缓存但允许网络回退
npm install --prefer-offline

# 优先使用网络，缓存作为后备
npm install --prefer-online

CI/CD 中的缓存优化

GitHub Actions 示例

yaml
name: Build and Test

on: [push, pull_request]

jobs:
  build:
    runs-on: ubuntu-latest
    steps:
      - uses: actions/checkout@v3
      
      - name: Setup Node.js
        uses: actions/setup-node@v3
        with:
          node-version: '18'
          cache: 'npm'
      
      - name: Install dependencies
        run: npm ci
      
      - name: Run tests
        run: npm test

Docker 优化

dockerfile
FROM node:18-alpine

# 复制 package 文件
COPY package*.json ./

# 安装依赖（利用缓存）
RUN npm ci --only=production

# 复制应用代码
COPY . .

CMD ["npm", "start"]

自定义缓存目录

bash
# 设置自定义缓存目录
export npm_config_cache=/custom/cache/path
npm install

缓存相关问题和解决方案

1. 缓存损坏

症状：安装失败或出现奇怪的错误

解决方案：

bash
npm cache clean --force
npm install

2. 缓存占用过多空间

解决方案：

bash
# 查看缓存大小
npm cache verify

# 清理缓存
npm cache clean --force

# 定期清理（添加到 crontab）
0 0 * * 0 npm cache clean --force

3. 缓存导致版本不一致

解决方案：

bash
# 强制重新下载
npm install --force

# 删除 node_modules 和 package-lock.json
rm -rf node_modules package-lock.json
npm install

性能优化技巧

1. 使用 npm ci

npm ci 专门用于 CI 环境，比 npm install 更快：

bash
npm ci

优势：

直接使用 package-lock.json
跳过某些用户级配置
删除 node_modules 后重新安装
更快的安装速度

2. 并行安装

npm 7+ 支持并行安装：

bash
# 设置并行安装数量
npm config set maxsockets 50

3. 使用镜像

使用国内镜像加速下载：

bash
# 使用淘宝镜像
npm config set registry https://registry.npmmirror.com

# 使用 cnpm
npm install -g cnpm --registry=https://registry.npmmirror.com

4. 预安装常用包

bash
# 全局安装常用包
npm install -g nodemon typescript

# 使用 npm link 共享本地包
npm link ../local-package

缓存监控

查看缓存统计

bash
# 查看缓存大小
du -sh ~/.npm

# 查看缓存目录结构
tree ~/.npm/_cacache -L 2

缓存分析工具

bash
# 使用 npm-cache-stats
npm install -g npm-cache-stats
npm-cache-stats

最佳实践

1. 开发环境

保持默认缓存配置
定期清理缓存（每月一次）
使用 npm cache verify 检查缓存完整性

2. CI/CD 环境

使用 npm ci 替代 npm install
配置缓存层（GitHub Actions cache、Docker volume）
设置合理的缓存保留策略

3. 生产环境

使用 npm ci --production 只安装生产依赖
考虑使用 .npmrc 锁定配置
定期清理缓存以释放空间

4. 离线环境

预先下载所有依赖到缓存
使用 npm install --offline 进行离线安装
考虑使用私有 registry

.npmrc 配置示例

ini
# 项目级 .npmrc
cache=/path/to/project/.npm-cache
registry=https://registry.npmmirror.com
prefer-offline=true
fetch-retries=3
fetch-retry-mintimeout=20000
fetch-retry-maxtimeout=120000

常见问题排查

安装速度慢

bash
# 检查网络连接
ping registry.npmjs.org

# 使用镜像
npm config set registry https://registry.npmmirror.com

# 清理缓存
npm cache clean --force

缓存问题导致安装失败

bash
# 清理缓存
npm cache clean --force

# 删除 node_modules 和 lock 文件
rm -rf node_modules package-lock.json

# 重新安装
npm install

磁盘空间不足

bash
# 查看缓存大小
du -sh ~/.npm

# 清理缓存
npm cache clean --force

# 设置缓存大小限制
npm config set cache-max 5368709120

理解 npm 缓存机制可以帮助开发者优化构建性能、解决安装问题，并在 CI/CD 环境中提高效率。