JavaScript'i mootori optimeerimine: peidetud klassid ja tekstisisene vahemälu

JavaScripti dünaamiline olemus pakub paindlikkust ja arendamise lihtsust, kuid seab ka väljakutseid jõudluse optimeerimisele. Kaasaegsed JavaScripti mootorid, nagu Google'i V8 (kasutatakse Chrome'is ja Node.js-is), Mozilla SpiderMonkey (kasutatakse Firefoxis) ja Apple'i JavaScriptCore (kasutatakse Safaris), kasutavad keerukaid tehnikaid, et ületada lõhe keele loomupärase dünaamilisuse ja kiirusevajaduse vahel. Kaks peamist mõistet selles optimeerimismaastikul on peidetud klassid ja tekstisisene vahemälu.

JavaScripti dünaamilise olemuse mõistmine

Erinevalt staatiliselt tüübitud keeltest nagu Java või C++, ei nõua JavaScript muutujate tüübi deklareerimist. See võimaldab lühemat koodi ja kiiret prototüüpimist. Siiski tähendab see ka seda, et JavaScripti mootor peab muutuja tüübi tuletama käitusajal. See käitusaja tüübi tuletamine võib olla arvutuslikult kulukas, eriti objektide ja nende omadustega tegelemisel.

Näiteks:

            let obj = {};
obj.x = 10;
obj.y = 20;
obj.z = 30;
            

              
                Copy
              
            
          

Selles lihtsas koodilõigus on objekt obj algselt tühi. Kui lisame omadused x, y ja z, uuendab mootor dünaamiliselt objekti sisemist esitust. Ilma optimeerimistehnikateta nõuaks iga omadusele juurdepääs täielikku otsingut, mis aeglustaks täitmist.

Peidetud klassid: struktuur ja üleminekud

Mis on peidetud klassid?

Dünaamilise omadustele juurdepääsu jõudluskulude leevendamiseks kasutavad JavaScripti mootorid peidetud klasse (tuntud ka kui kujud või kaardid). Peidetud klass kirjeldab objekti struktuuri – selle omaduste tüüpe ja nihkeid. Selle asemel, et teha iga omaduse juurdepääsu jaoks aeglast sõnastikuotsingut, saab mootor kasutada peidetud klassi, et kiiresti määrata omaduse asukoht mälus.

Vaatleme seda näidet:

            function Point(x, y) {
 this.x = x;
 this.y = y;
}

let p1 = new Point(1, 2);
let p2 = new Point(3, 4);
            

              
                Copy
              
            
          

Kui luuakse esimene Point objekt (p1), loob JavaScripti mootor peidetud klassi, mis kirjeldab Point objektide struktuuri omadustega x ja y. Järgnevad sama struktuuriga loodud Point objektid (nagu p2) jagavad sama peidetud klassi. See võimaldab mootoril pääseda nende objektide omadustele juurde, kasutades optimeeritud peidetud klassi struktuuri.

Peidetud klasside üleminekud

Peidetud klasside tõeline võlu seisneb selles, kuidas nad käsitlevad muutusi objekti struktuuris. Kui objektile lisatakse uus omadus või muudetakse olemasoleva omaduse tüüpi, läheb objekt üle uuele peidetud klassile. See üleminekuprotsess on jõudluse säilitamiseks ülioluline.

Vaatleme järgmist stsenaariumi:

            let obj = {};
obj.x = 10; // Üleminek peidetud klassile omadusega x
obj.y = 20; // Üleminek peidetud klassile omadustega x ja y
obj.z = 30; // Üleminek peidetud klassile omadustega x, y ja z
            

              
                Copy
              
            
          

Iga rida, mis lisab uue omaduse, käivitab peidetud klassi ülemineku. Mootor püüab neid üleminekuid optimeerida, luues üleminekupuu. Kui omadus lisatakse samas järjekorras mitmele objektile, saavad need objektid jagada sama peidetud klassi ja üleminekuteed, mis toob kaasa märkimisväärse jõudluse kasvu. Kui objekti struktuur muutub sageli ja ettearvamatult, võib see põhjustada peidetud klasside fragmenteerumist, mis halvendab jõudlust.

Praktilised mõjud ja optimeerimisstrateegiad peidetud klassidele

• Initsialiseerige kõik objekti omadused konstruktoris (või objektiliteraalis). See väldib tarbetuid peidetud klasside üleminekuid. Näiteks ülaltoodud `Point` näide on hästi optimeeritud.
• Lisage omadused samas järjekorras kõigile sama tüüpi objektidele. Järjepidev omaduste järjekord võimaldab objektidel jagada samu peidetud klasse ja üleminekuteid.
• Vältige objekti omaduste kustutamist. Omaduste kustutamine võib muuta peidetud klassi kehtetuks ja sundida mootorit tagasi pöörduma aeglasemate otsingumeetodite juurde. Kui peate näitama, et omadus pole kehtiv, kaaluge selle asemel väärtuseks seada null või undefined.
• Vältige omaduste lisamist pärast objekti konstrueerimist (kui võimalik). See on eriti oluline teie koodi jõudluskriitilistes osades.
• Kaaluge klasside kasutamist (ES6 ja hilisemad). Klassid soodustavad üldiselt struktureeritumat objektide loomist, mis aitab mootoril peidetud klasse tõhusamalt optimeerida.

Näide: objektide loomise optimeerimine

Halb:

            function createObject() {
 let obj = {};
 if (Math.random() > 0.5) {
 obj.x = 10;
 }
 obj.y = 20;
 return obj;
}

for (let i = 0; i < 1000; i++) {
 createObject();
}
            

              
                Copy
              
            
          

Sel juhul on mõnel objektil 'x' omadus ja mõnel mitte. See viib paljude erinevate peidetud klassideni, põhjustades fragmenteerumist.

Hea:

            function createObject() {
 let obj = { x: undefined, y: 20 };
 if (Math.random() > 0.5) {
 obj.x = 10;
 } 
 return obj;
}

for (let i = 0; i < 1000; i++) {
 createObject();
}
            

              
                Copy
              
            
          

Siin initsialiseeritakse kõik objektid nii 'x' kui ka 'y' omadustega. 'x' omadus on esialgu määramata (undefined), kuid struktuur on järjepidev. See vähendab drastiliselt peidetud klasside üleminekuid ja parandab jõudlust.

Tekstisisene vahemälu: omadustele juurdepääsu optimeerimine

Mis on tekstisisene vahemälu?

Tekstisisene vahemälu on tehnika, mida JavaScripti mootorid kasutavad korduvate omadustele juurdepääsude kiirendamiseks. Mootor salvestab omaduste otsingute tulemused otse koodi endasse (sellest ka "tekstisisene"). See võimaldab järgnevatel juurdepääsudel samale omadusele mööda minna aeglasemast otsinguprotsessist ja hankida väärtus otse vahemälust.

Kui omadusele pääsetakse juurde esimest korda, teostab mootor täieliku otsingu, tuvastab omaduse asukoha mälus ja salvestab selle teabe tekstisisesesse vahemällu. Järgnevad juurdepääsud samale omadusele kontrollivad esmalt vahemälu. Kui vahemälu sisaldab kehtivat teavet, saab mootor väärtuse otse mälust kätte, vältides uue täieliku otsingu lisakulu.

Tekstisisene vahemälu on eriti tõhus omadustele juurdepääsul tsüklites või sageli käivitatavates funktsioonides.

Kuidas tekstisisene vahemälu töötab

Tekstisisene vahemälu kasutab ära peidetud klasside stabiilsust. Kui omadusele pääsetakse juurde, ei salvesta mootor mitte ainult omaduse mälu asukohta, vaid kontrollib ka, et objekti peidetud klass poleks muutunud. Kui peidetud klass on endiselt kehtiv, kasutatakse vahemälus olevat teavet. Kui peidetud klass on muutunud (omaduse lisamise, kustutamise või tüübi muutmise tõttu), muudetakse vahemälu kehtetuks ja tehakse uus otsing.

Selle protsessi saab lihtsustada järgmisteks sammudeks:

1. Proovitakse pääseda juurde omadusele (nt obj.x).
2. Mootor kontrollib, kas praeguses koodi asukohas on sellele omadusele juurdepääsu jaoks tekstisisene vahemälu.
3. Kui vahemälu on olemas, kontrollib mootor, kas objekti praegune peidetud klass vastab vahemälus salvestatud peidetud klassile.
4. Kui peidetud klassid vastavad, kasutatakse vahemällu salvestatud mälu nihet omaduse väärtuse otse hankimiseks.
5. Kui vahemälu pole või peidetud klassid ei vasta, tehakse täielik omaduse otsing. Tulemused (mälu nihe ja peidetud klass) salvestatakse seejärel tekstisisesesse vahemällu edaspidiseks kasutamiseks.

Optimeerimisstrateegiad tekstisisesele vahemälule

• Hoidke objektide kujud stabiilsena (kasutades peidetud klasse tõhusalt). Tekstisisesed vahemälud on kõige tõhusamad, kui juurdepääsetava objekti peidetud klass jääb konstantseks. Ülaltoodud peidetud klasside optimeerimisstrateegiate järgimine (järjepidev omaduste järjekord, omaduste kustutamise vältimine jne) on tekstisisese vahemälu maksimaalse kasu saavutamiseks ülioluline.
• Vältige polümorfseid funktsioone. Polümorfne funktsioon on funktsioon, mis töötab erineva kujuga (st erinevate peidetud klassidega) objektidega. Polümorfsed funktsioonid võivad põhjustada vahemälu möödalööke ja vähendada jõudlust.
• Eelistage monomorfseid funktsioone. Monomorfne funktsioon töötab alati sama kujuga objektidega. See võimaldab mootoril tõhusalt kasutada tekstisisest vahemälu ja saavutada optimaalse jõudluse.

Näide: polümorfism vs monomorfism

Polümorfne (halb):

            function logProperty(obj, propertyName) {
 console.log(obj[propertyName]);
}

let obj1 = { x: 10, y: 20 };
let obj2 = { a: "hello", b: "world" };

logProperty(obj1, "x");
logProperty(obj2, "a");
            

              
                Copy
              
            
          

Selles näites kutsutakse logProperty välja kahe erineva kujuga (erinevate omaduste nimedega) objektiga. See muudab mootoril omadusele juurdepääsu optimeerimise tekstisisese vahemälu abil keeruliseks.

Monomorfne (hea):

            function logX(obj) {
 console.log(obj.x);
}

let obj1 = { x: 10, y: 20 };
let obj2 = { x: 30, z: 40 };

logX(obj1);
logX(obj2);
            

              
                Copy
              
            
          

Siin on `logX` loodud spetsiaalselt omadusele `x` juurdepääsemiseks. Kuigi objektidel `obj1` ja `obj2` on ka teisi omadusi, keskendub funktsioon ainult omadusele `x`. See võimaldab mootoril tõhusalt vahemällu salvestada juurdepääsu omadusele `obj.x`.

Reaalse maailma näited ja rahvusvahelised kaalutlused

Peidetud klasside ja tekstisisese vahemälu põhimõtted kehtivad universaalselt, olenemata rakendusest või geograafilisest asukohast. Siiski võib nende optimeerimiste mõju varieeruda sõltuvalt JavaScripti koodi keerukusest ja sihtplatvormist. Kaaluge järgmisi stsenaariume:

• E-kaubanduse veebisaidid: Veebisaidid, mis käsitlevad suuri andmehulki (tootekataloogid, kasutajaprofiilid, ostukorvid), saavad oluliselt kasu optimeeritud objektide loomisest ja omadustele juurdepääsust. Kujutage ette ülemaailmse kliendibaasiga veebipoodi. Tõhus JavaScripti kood on ülioluline sujuva ja reageeriva kasutajakogemuse pakkumiseks, olenemata kasutaja asukohast või seadmest. Näiteks tooteandmete kiireks renderdamiseks piltide, kirjelduste ja hindadega on vaja hästi optimeeritud koodi, et JavaScripti mootor väldiks jõudluse kitsaskohti.
• Üheleheküljelised rakendused (SPA-d): SPA-d, mis tuginevad dünaamilise sisu renderdamisel ja kasutaja interaktsioonide käsitlemisel suuresti JavaScriptile, on jõudlusprobleemide suhtes eriti tundlikud. Ülemaailmsed ettevõtted kasutavad SPA-sid nii sisemiste juhtpaneelide kui ka klientidele suunatud rakenduste jaoks. JavaScripti koodi optimeerimine tagab, et need rakendused töötavad sujuvalt ja tõhusalt, olenemata kasutaja võrguühendusest või seadme võimalustest.
• Mobiilirakendused: Mobiilseadmetel on sageli lauaarvutitega võrreldes piiratud töötlemisvõimsus ja mälu. JavaScripti koodi optimeerimine on ülioluline, et tagada veebirakenduste ja hübriidsete mobiilirakenduste hea toimimine laias valikus mobiilseadmetes, sealhulgas vanemates mudelites ja piiratud ressurssidega seadmetes. Mõelge arenevatele turgudele, kus vanemad ja vähem võimsad seadmed on levinumad.
• Finantsrakendused: Rakendused, mis teostavad keerukaid arvutusi või käsitlevad tundlikke andmeid, nõuavad kõrgetasemelist jõudlust ja turvalisust. JavaScripti koodi optimeerimine aitab tagada, et need rakendused töötavad tõhusalt ja turvaliselt, minimeerides jõudluse kitsaskohtade või turvaaukude riski. Reaalajas aktsiakursid või kauplemisplatvormid nõuavad kohest reageerimisvõimet.

Need näited rõhutavad JavaScripti mootori optimeerimistehnikate mõistmise tähtsust suure jõudlusega rakenduste loomisel, mis vastavad ülemaailmse publiku vajadustele. Olenemata tööstusharust või geograafilisest asukohast, võib JavaScripti koodi optimeerimine viia märkimisväärsete parandusteni kasutajakogemuses, ressursside kasutamises ja üldises rakenduse jõudluses.

Tööriistad JavaScripti jõudluse analüüsimiseks

Mitmed tööriistad aitavad teil analüüsida oma JavaScripti koodi jõudlust ja tuvastada optimeerimisvõimalusi:

• Chrome DevTools: Chrome DevTools pakub laia valikut tööriistu JavaScripti koodi profileerimiseks, mälukasutuse analüüsimiseks ja jõudluse kitsaskohtade tuvastamiseks. Vahekaart "Performance" võimaldab teil salvestada oma rakenduse täitmise ajajoone ja visualiseerida eri funktsioonides kulutatud aega.
• Firefox Developer Tools: Sarnaselt Chrome DevTools'ile pakub Firefox Developer Tools mitmesuguseid tööriistu JavaScripti koodi silumiseks ja profileerimiseks. Vahekaart "Profiler" võimaldab teil salvestada jõudlusprofiili ja tuvastada funktsioonid, mis kulutavad kõige rohkem aega.
• Node.js profiilija: Node.js pakub sisseehitatud profileerimisvõimalusi, mis võimaldavad teil analüüsida oma serveripoolse JavaScripti koodi jõudlust. Lippu --prof saab kasutada jõudlusprofiili genereerimiseks, mida saab analüüsida tööriistadega nagu node-inspector või v8-profiler.
• Lighthouse: Lighthouse on avatud lähtekoodiga tööriist, mis auditeerib veebilehtede jõudlust, ligipääsetavust, progressiivse veebirakenduse võimekust ja SEO-d. See pakub üksikasjalikke aruandeid soovitustega teie veebisaidi üldise kvaliteedi parandamiseks.

Nende tööriistade abil saate väärtuslikku teavet oma JavaScripti koodi jõudlusomaduste kohta ja tuvastada valdkonnad, kus optimeerimispüüdlustel võib olla suurim mõju.

Kokkuvõte

Peidetud klasside ja tekstisisese vahemälu mõistmine on suure jõudlusega JavaScripti koodi kirjutamiseks hädavajalik. Järgides selles artiklis kirjeldatud optimeerimisstrateegiaid, saate oluliselt parandada oma koodi tõhusust ja pakkuda paremat kasutajakogemust oma ülemaailmsele publikule. Ärge unustage keskenduda stabiilsete objektikujude loomisele, polümorfsete funktsioonide vältimisele ja olemasolevate profileerimistööriistade kasutamisele jõudluse kitsaskohtade tuvastamiseks ja lahendamiseks. Kuigi JavaScripti mootorid arenevad pidevalt uute optimeerimistehnikatega, jäävad peidetud klasside ja tekstisisese vahemälu põhimõtted kiirete ja tõhusate JavaScripti rakenduste kirjutamise aluseks.