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代码篇 - Node@8

优质
小牛编辑
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2023-12-01

如果你想以最简单的方式提升 Node.js 程序的性能，那就升级到 node@8+ 吧。这不是一个玩笑，多少 JavaScript 前辈们以血的教训总结出了一长列 “Optimization killers”，典型的有：

  1. 在 try 里面不要写过多代码，V8 无法优化，最好将这些代码放到一个函数里，然后 try 这个函数。
  2. 少用 delete。
  3. 少用 arguments。
  4. …

然而，随着 V8 彻底换上了新的 JIT 编译器—— Turbofan，大多数 “Optimization killers” 都已经成了过去时。所以在本节中我们来看看哪些过去常见的 “Optimization killers” 已经可以被 V8 优化。

3.4.1 Turbofan + Ignition

之前 V8 使用的是名为 Crankshaft 的编译器，这个编译器后来逐渐暴露出一些缺点：

  1. Doesn’t scale to full, modern JavaScript (try-catch, for-of, generators, async/await, …)
  2. Defaults to deoptimization (performance cliffs, deoptimization loops)
  3. Graph construction, inlining and optimization all mixed up
  4. Tight coupling to fullcodegen / brittle environment tracking
  5. Limited optimization potential / limited static analysis (i.e. type propagation)
  6. High porting overhead
  7. Mixed low-level and high-level semantics of instructions

而引入 Turbofan 的好处是：

  1. Full ESnext language support (try-catch/-finally, class literals, eval, generators, async functions, modules, destructuring, etc.)
  2. Utilize and propagate (static) type information
  3. Separate graph building from optimization / inlining
  4. No deoptimization loops / deoptimization only when really beneficial
  5. Sane environment tracking (also for lazy deoptimization)
  6. Predictable peak performance

Ignition 是 V8 新引入的解释器，用来将代码编译成简洁的字节码，而不是之前的机器码，这大大减少了结果代码，减少了系统的内存使用。由于字节码较小，所以可以编译全部源代码，而不用避免编译未使用的代码。也就是说，脚本只需要解析一次，而不是像之前的编译过程那样解析多次。

补充一点，之前的 V8 将代码编译成机器码执行，而新的 V8 将代码编译成字节码解释执行，动机是什么呢？可能是：

  1. 减少机器码占用的内存空间，即牺牲时间换空间（主要动机）。
  2. 加快代码的启动速度。
  3. 对 V8 的代码进行重构，降低 V8 的代码复杂度。

3.4.2 版本对应关系

  1. node@6       -> V8@5.1 -> Crankshaft
  2. node@8.0-8.2 -> V8@5.8 -> Crankshaft + Turbofan
  3.                 V8@5.9 -> Turbofan
  4. node@8.3-8.4 -> V8@6.0 -> Turbofan

3.4.3 try/catch

最著名的去优化之一是使用 try/catch 代码块。下面通过 4 种场景比较在不同的 V8 版本下执行的效率：

  1. var benchmark = require('benchmark')
  2. var suite = new benchmark.Suite()
  4. function sum (base, max) {
  5.   var total = 0
  7.   for (var i = base; i < max; i++) {
  8.     total += i
  9.   }
  10. }
  12. suite.add('sum with try catch', function sumTryCatch () {
  13.   try {
  14.     var base = 0
  15.     var max = 65535
  17.     var total = 0
  19.     for (var i = base; i < max; i++) {
  20.       total += i
  21.     }
  22.   } catch (err) {
  23.     console.log(err.message)
  24.   }
  25. })
  27. suite.add('sum without try catch', function noTryCatch () {
  28.   var base = 0
  29.   var max = 65535
  31.   var total = 0
  33.   for (var i = base; i < max; i++) {
  34.     total += i
  35.   }
  36. })
  38. suite.add('sum wrapped', function wrapped () {
  39.   var base = 0
  40.   var max = 65535
  42.   try {
  43.     sum(base, max)
  44.   } catch (err) {
  45.     console.log(err.message)
  46.   }
  47. })
  49. suite.add('sum function', function func () {
  50.   var base = 0
  51.   var max = 65535
  53.   sum(base, max)
  54. })
  56. suite.on('complete', require('./print'))
  57. suite.run()

运行结果如下：

Node@8 - 图1

结论：在 node@8.3 及以上版本中，在 try 块内写代码的性能损耗可以忽略不计。

3.4.4 delete

多年以来，delete 对于任何希望编写高性能 JavaScript 的人来说都是受限制的，我们通常用赋值 undefined 替代。delete 的问题归结为 V8 处理 JavaScript 对象的动态特性和原型链方式，使得属性查找在实现上变得复杂。下面通过 3 种场景比较在不同的 V8 版本下执行的效率：

  1. var benchmark = require('benchmark')
  2. var suite = new benchmark.Suite()
  4. function MyClass (x, y) {
  5.   this.x = x
  6.   this.y = y
  7. }
  9. function MyClassLast (x, y) {
  10.   this.y = y
  11.   this.x = x
  12. }
  14. suite.add('setting to undefined', function undefProp () {
  15.   var obj = new MyClass(2, 3)
  16.   obj.x = undefined
  18.   JSON.stringify(obj)
  19. })
  21. suite.add('delete', function deleteProp () {
  22.   var obj = new MyClass(2, 3)
  23.   delete obj.x
  25.   JSON.stringify(obj)
  26. })
  28. suite.add('delete last property', function deleteProp () {
  29.   var obj = new MyClassLast(2, 3)
  30.   delete obj.x
  32.   JSON.stringify(obj)
  33. })
  35. suite.add('setting to undefined literal', function undefPropLit () {
  36.   var obj = { x: 2, y: 3 }
  37.   obj.x = undefined
  39.   JSON.stringify(obj)
  40. })
  42. suite.add('delete property literal', function deletePropLit () {
  43.   var obj = { x: 2, y: 3 }
  44.   delete obj.x
  46.   JSON.stringify(obj)
  47. })
  49. suite.add('delete last property literal', function deletePropLit () {
  50.   var obj = { y: 3, x: 2 }
  51.   delete obj.x
  53.   JSON.stringify(obj)
  54. })
  56. suite.on('complete', require('./print'))
  57. suite.run()

运行结果如下：

Node@8 - 图2

结论：在 node@8 及以上版本中，delete 一个对象上的属性比 node@6 快了一倍。在 node@8.3 及以上版本中，delete 一个对象上最后一个属性几乎与赋值 undefined 同样快了。

3.4.5 arguments

我们知道 arguments 是个类数组，所以通常我们要使用 Array.prototype.slice.call(arguments) 将它转化成数组再使用，这样会有一定的性能损耗。下面通过 4 种场景比较在不同的 V8 版本下执行的效率：

  1. var benchmark = require('benchmark')
  2. var suite = new benchmark.Suite()
  4. function leakyArguments () {
  5.   return other(arguments)
  6. }
  8. function copyArgs () {
  9.   var array = new Array(arguments.length)
  11.   for (var i = 0; i < array.length; i++) {
  12.     array[i] = arguments[i]
  13.   }
  15.   return other(array)
  16. }
  18. function sliceArguments () {
  19.   var array = Array.prototype.slice.apply(arguments)
  20.   return other(array)
  21. }
  23. function spreadOp(...args) {
  24.   return other(args)
  25. }
  27. function other (toSum) {
  28.   var total = 0
  29.   for (var i = 0; i < toSum.length; i++) {
  30.     total += toSum[i]
  31.   }
  32.   return total
  33. }
  35. suite.add('leaky arguments', () => {
  36.   leakyArguments(1, 2, 3)
  37. })
  39. suite.add('Array.prototype.slice arguments', () => {
  40.   sliceArguments(1, 2, 3)
  41. })
  43. suite.add('for-loop copy arguments', () => {
  44.   copyArgs(1, 2, 3)
  45. })
  47. suite.add('spread operator', () => {
  48.   spreadOp(1, 2, 3)
  49. })
  51. suite.on('complete', require('./print'))
  52. suite.run()

运行结果如下：

Node@8 - 图3

结论：在 node@8.3 及以上版本中，使用对象展开运算符是除直接使用 arguments 外最快的方案，对于 node@8.2 及以下的版本，我们应该使用一个 for 循环将 key 从 arguments 复制到一个新的（预先分配的）数组中。总之，是时候抛弃 Array.prototype.slice.call 了。

3.4.6 async 性能提升

在 V8@5.7 发布后，原生的 async 函数与 Promise 一样快了，同时，Promise 的性能也比 V8@5.6 快了一倍。如图所示：

Node@8 - 图4

3.4.7 不会优化的特性

并不是说上了 Turbofan 就能优化所有的 JavaScript 语法，有些语法 V8 是不会去优化的（也没有必要），例如：

  1. debugger
  2. eval
  3. with

我们以 debugger 为例，比较使用和不使用 debugger 时的性能：

  1. var benchmark = require('benchmark')
  2. var suite = new benchmark.Suite()
  4. suite.add('with debugger', function withDebugger () {
  5.   var base = 0
  6.   var max = 65535
  8.   var total = 0
  10.   for (var i = base; i < max; i++) {
  11.     debugger
  12.     total += i
  13.   }
  14. })
  16. suite.add('without debugger', function withoutDebugger () {
  17.   var base = 0
  18.   var max = 65535
  20.   var total = 0
  22.   for (var i = base; i < max; i++) {
  23.     total += i
  24.   }
  25. })
  27. suite.on('complete', require('./print'))
  28. suite.run()

运行结果如下：

Node@8 - 图5

结论：在所有测试的 V8 版本中，debugger 一直都很慢，所以记得在打断点测试完后一定要删掉 debugger。

3.4.8 总结

  1. 使用最新 LTS 版本的 Node.js。
  2. 关注 V8 团队的博客——https://v8project.blogspot.com，了解第一手资讯。
  3. 清晰的代码远比使用一些奇技淫巧提升的一点性能重要得多。

3.4.9 参考链接

上一节：3.3 Error Stack

下一节：3.5 Rust Addons

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