JavaScripti jõudluse võrdlustestimine: Mikro-võrdlustestide implementeerimine

Veebiarenduse maailmas on sujuva ja reageeriva kasutajakogemuse pakkumine ülioluline. JavaScript, mis on enamiku interaktiivsete veebirakenduste liikumapanev jõud, muutub sageli jõudluse optimeerimise kriitiliseks valdkonnaks. JavaScripti koodi tõhusaks parandamiseks vajavad arendajad usaldusväärseid tööriistu ja tehnikaid selle jõudluse mõõtmiseks ja analüüsimiseks. Siin tulebki appi võrdlustestimine. See juhend keskendub spetsiaalselt mikro-võrdlustestimisele – tehnikale, mida kasutatakse väikeste, spetsiifiliste JavaScripti koodijuppide jõudluse eraldamiseks ja mõõtmiseks.

Mis on võrdlustestimine?

Võrdlustestimine on protsess, mille käigus mõõdetakse koodijupi jõudlust võrreldes teadaoleva standardi või teise koodijupiga. See võimaldab arendajatel kvantifitseerida koodimuudatuste mõju, tuvastada jõudluse kitsaskohti ja võrrelda erinevaid lähenemisviise sama probleemi lahendamiseks. Võrdlustestimisel on mitu tüüpi, sealhulgas:

• Makro-võrdlustestimine: Mõõdab terve rakenduse või suurte komponentide jõudlust.
• Mikro-võrdlustestimine: Mõõdab väikeste, eraldatud koodijuppide jõudlust.
• Profileerimine: Analüüsib programmi täitmist, et tuvastada ajakulukad kohad.

See artikkel süveneb spetsiifiliselt mikro-võrdlustestimisse.

Miks mikro-võrdlustestimine?

Mikro-võrdlustestimine on eriti kasulik, kui on vaja optimeerida spetsiifilisi funktsioone või algoritme. See võimaldab teil:

• Eraldada jõudluse kitsaskohad: Keskendudes väikestele koodijuppidele, saate täpselt kindlaks teha koodiread, mis põhjustavad jõudlusprobleeme.
• Võrrelda erinevaid implementatsioone: Saate testida erinevaid viise sama tulemuse saavutamiseks ja määrata, milline on kõige tõhusam. Näiteks erinevate tsüklitehnikate, sõnede liitmise meetodite või andmestruktuuride implementatsioonide võrdlemine.
• Mõõta optimeerimiste mõju: Pärast koodis muudatuste tegemist saate mikro-võrdlustestide abil kontrollida, kas teie optimeerimised on andnud soovitud efekti.
• Mõista JavaScripti mootorite käitumist: Mikro-võrdlustestid võivad paljastada peeneid aspekte selle kohta, kuidas erinevad JavaScripti mootorid (nt V8 Chrome'is, SpiderMonkey Firefoxis, JavaScriptCore Safaris, Node.js) koodi optimeerivad.

Mikro-võrdlustestide implementeerimine: parimad tavad

Täpsete ja usaldusväärsete mikro-võrdlustestide loomine nõuab hoolikat kaalumist. Siin on mõned parimad tavad, mida järgida:

1. Valige võrdlustestimise tööriist

Saadaval on mitmeid JavaScripti võrdlustestimise tööriistu. Mõned populaarsed valikud on:

• Benchmark.js: Tugev ja laialt kasutatav teek, mis pakub statistiliselt usaldusväärseid tulemusi. See tegeleb automaatselt soojenduskorduste, statistilise analüüsi ja dispersiooni tuvastamisega.
• jsPerf: Veebiplatvorm JavaScripti jõudlustestide loomiseks ja jagamiseks. (Märkus: jsPerf'i ei hooldata enam aktiivselt, kuid see võib siiski olla kasulik ressurss).
• Käsitsi ajavõtt `console.time` ja `console.timeEnd` abil: Kuigi vähem keerukas, võib see lähenemine olla kasulik kiirete ja lihtsate testide jaoks.

Keerukamate ja statistiliselt rangemate võrdlustestide jaoks on üldiselt soovitatav Benchmark.js.

2. Minimeerige välist sekkumist

Täpsete tulemuste tagamiseks minimeerige kõik välised tegurid, mis võiksid teie koodi jõudlust mõjutada. Nende hulka kuuluvad:

• Sulgege mittevajalikud brauseri vahelehed ja rakendused: Need võivad tarbida protsessori ressursse ja mõjutada võrdlustesti tulemusi.
• Keelake brauserilaiendused: Laiendused võivad lisada koodi veebilehtedele ja segada võrdlustesti.
• Käivitage võrdlustestid eraldiseisvas masinas: Võimaluse korral kasutage masinat, mis ei käita muid ressursimahukaid ülesandeid.
• Tagage ühtlased võrgutingimused: Kui teie võrdlustest hõlmab võrgupäringuid, veenduge, et võrguühendus oleks stabiilne ja kiire.

3. Soojenduskordused

JavaScripti mootorid kasutavad koodi käitusajal optimeerimiseks JIT-kompileerimist (Just-In-Time). See tähendab, et funktsiooni esimesed paar korda käivitades võib see joosta aeglasemalt kui järgnevatel kordadel. Sellega arvestamiseks on oluline lisada oma võrdlustesti soojenduskordused. Need kordused võimaldavad mootoril koodi optimeerida enne tegelike mõõtmiste tegemist.

Benchmark.js tegeleb soojenduskordustega automaatselt. Käsitsi ajavõtu kasutamisel käivitage oma koodijupp mitu korda enne taimeri käivitamist.

4. Statistiline olulisus

Jõudluse kõikumised võivad tekkida juhuslike tegurite tõttu. Et tagada võrdlustesti tulemuste statistiline olulisus, käivitage test mitu korda ning arvutage keskmine täitmisaeg ja standardhälve. Benchmark.js tegeleb sellega automaatselt, pakkudes teile keskmist, standardhälvet ja veamäära.

5. Vältige enneaegset optimeerimist

On ahvatlev optimeerida koodi enne, kui see on isegi kirjutatud. See võib aga viia raisatud pingutuste ja raskesti hooldatava koodini. Selle asemel keskenduge esmalt selge ja korrektse koodi kirjutamisele, seejärel kasutage võrdlustestimist jõudluse kitsaskohtade tuvastamiseks ja oma optimeerimispüüdluste suunamiseks. Pidage meeles ütlust: "Enneaegne optimeerimine on kõige kurja juur."

6. Testige mitmes keskkonnas

JavaScripti mootorid erinevad oma optimeerimisstrateegiate poolest. Kood, mis töötab hästi ühes brauseris, võib teises töötada halvasti. Seetõttu on oluline testida oma võrdlusteste mitmes keskkonnas, sealhulgas:

• Erinevad brauserid: Chrome, Firefox, Safari, Edge.
• Sama brauseri erinevad versioonid: Jõudlus võib brauseriversioonide vahel erineda.
• Node.js: Kui teie kood töötab Node.js keskkonnas, testige seda ka seal.
• Mobiilseadmed: Mobiilseadmetel on lauaarvutitest erinevad protsessori ja mälu omadused.

7. Keskenduge reaalsetele stsenaariumidele

Mikro-võrdlustestid peaksid peegeldama reaalseid kasutusjuhtumeid. Vältige kunstlike stsenaariumide loomist, mis ei esinda täpselt, kuidas teie koodi praktikas kasutatakse. Arvestage selliste teguritega nagu:

• Andmemaht: Testige andmemahtudega, mis on esinduslikud sellele, mida teie rakendus hakkab käsitlema.
• Sisendmustrid: Kasutage oma võrdlustestides realistlikke sisendmustreid.
• Koodi kontekst: Veenduge, et võrdlustesti kood käivitatakse kontekstis, mis sarnaneb reaalse keskkonnaga.

8. Arvestage mälukasutusega

Kuigi täitmisaeg on peamine mure, on oluline ka mälukasutus. Liigne mälutarbimine võib põhjustada jõudlusprobleeme, näiteks prügikoristuse pause. Kaaluge oma koodi mälukasutuse analüüsimiseks brauseri arendajatööriistade või Node.js-i mälu profileerimise tööriistade kasutamist.

9. Dokumenteerige oma võrdlustestid

Dokumenteerige oma võrdlustestid selgelt, sealhulgas:

• Võrdlustesti eesmärk: Mida kood peaks tegema?
• Metoodika: Kuidas võrdlustest läbi viidi?
• Keskkond: Milliseid brausereid ja operatsioonisüsteeme kasutati?
• Tulemused: Millised olid keskmised täitmisajad ja standardhälbed?
• Eeldused või piirangud: Kas on mingeid tegureid, mis võiksid tulemuste täpsust mõjutada?

Näide: sõnede liitmise võrdlustestimine

Illustreerime mikro-võrdlustestimist praktilise näitega: võrdleme erinevaid sõnede liitmise meetodeid JavaScriptis. Võrdleme `+` operaatori, mall-literaalide ja `join()` meetodi kasutamist.

Kasutades Benchmark.js-i:

            
const Benchmark = require('benchmark');

const suite = new Benchmark.Suite;

const n = 1000;
const strings = Array.from({ length: n }, (_, i) => `string-${i}`);

// add tests
suite.add('Plus Operator', function() {
  let result = '';
  for (let i = 0; i < n; i++) {
    result += strings[i];
  }
})
.add('Template Literals', function() {
  let result = ``;
  for (let i = 0; i < n; i++) {
    result = `${result}${strings[i]}`;
  }
})
.add('Array.join()', function() {
  strings.join('');
})
// add listeners
.on('cycle', function(event) {
  console.log(String(event.target));
})
.on('complete', function() {
  console.log('Fastest is ' + this.filter('fastest').map('name'));
})
// run async
.run({ 'async': true });

            

              
                Copy
              
            
          

Selgitus:

• Kood impordib Benchmark.js teegi.
• Luukse uus Benchmark.Suite.
• Liitmistestide jaoks luuakse sõnede massiiv.
• Sviidile lisatakse kolm erinevat sõnede liitmise meetodit. Iga meetod on kapseldatud funktsiooni, mida Benchmark.js käivitab mitu korda.
• Lisatakse sündmuskuularid, et logida iga tsükli tulemusi ja tuvastada kiireim meetod.
• `run()` meetod käivitab võrdlustesti.

Oodatav väljund (võib varieeruda sõltuvalt teie keskkonnast):

            
Plus Operator x 1,234 ops/sec ±2.03% (82 runs sampled)
Template Literals x 1,012 ops/sec ±1.88% (83 runs sampled)
Array.join() x 12,345 ops/sec ±1.22% (88 runs sampled)
Fastest is Array.join()

            

              
                Copy
              
            
          

See väljund näitab operatsioonide arvu sekundis (ops/sec) iga meetodi kohta koos veamääraga. Selles näites on `Array.join()` oluliselt kiirem kui teised kaks meetodit. See on tavaline tulemus, mis tuleneb sellest, kuidas JavaScripti mootorid massiivioperatsioone optimeerivad.

Levinud lõksud ja kuidas neid vältida

Mikro-võrdlustestimine võib olla keeruline ja on lihtne langeda levinud lõksudesse. Siin on mõned, millele tähelepanu pöörata:

1. Ebatäpsed tulemused JIT-kompileerimise tõttu

Lõks: JIT-kompileerimisega mittearvestamine võib viia ebatäpsete tulemusteni, kuna teie koodi esimesed kordused võivad olla aeglasemad kui järgnevad.

Lahendus: Kasutage soojenduskordusi, et mootor saaks koodi enne mõõtmiste tegemist optimeerida. Benchmark.js tegeleb sellega automaatselt.

2. Prügikoristuse eiramine

Lõks: Sagedased prügikoristustsüklid võivad jõudlust oluliselt mõjutada. Kui teie võrdlustest loob palju ajutisi objekte, võib see mõõtmisperioodil käivitada prügikoristuse.

Lahendus: Püüdke minimeerida ajutiste objektide loomist oma võrdlustestis. Samuti saate kasutada brauseri arendajatööriistu või Node.js-i mälu profileerimise tööriistu prügikoristustegevuse jälgimiseks.

3. Statistilise olulisuse ignoreerimine

Lõks: Võrdlustesti ühekordsele käivitamisele tuginemine võib anda eksitavaid tulemusi, kuna jõudluse kõikumised võivad tekkida juhuslike tegurite tõttu.

Lahendus: Käivitage võrdlustest mitu korda ning arvutage keskmine täitmisaeg ja standardhälve. Benchmark.js tegeleb sellega automaatselt.

4. Ebareaalsete stsenaariumide testimine

Lõks: Kunstlike stsenaariumide loomine, mis ei esinda täpselt reaalseid kasutusjuhtumeid, võib viia optimeerimisteni, mis praktikas kasulikud ei ole.

Lahendus: Keskenduge sellise koodi võrdlustestimisele, mis esindab seda, kuidas teie rakendust praktikas kasutatakse. Arvestage selliste teguritega nagu andmemaht, sisendmustrid ja koodi kontekst.

5. Mikro-võrdlustestide jaoks üleoptimeerimine

Lõks: Koodi optimeerimine spetsiaalselt mikro-võrdlustestide jaoks võib viia koodini, mis on vähem loetav, raskemini hooldatav ja ei pruugi reaalsetes stsenaariumides hästi toimida.

Lahendus: Keskenduge esmalt selge ja korrektse koodi kirjutamisele, seejärel kasutage võrdlustestimist jõudluse kitsaskohtade tuvastamiseks ja oma optimeerimispüüdluste suunamiseks. Ärge ohverdage loetavust ja hooldatavust marginaalse jõudluse kasvu nimel.

6. Mitmes keskkonnas testimata jätmine

Lõks: Eeldamine, et ühes keskkonnas hästi toimiv kood toimib hästi kõigis keskkondades, võib olla kulukas viga.

Lahendus: Testige oma võrdlusteste mitmes keskkonnas, sealhulgas erinevates brauserites, brauseriversioonides, Node.js-is ja mobiilseadmetes.

Globaalsed kaalutlused jõudluse optimeerimisel

Globaalsele sihtrühmale rakendusi arendades arvestage järgmiste teguritega, mis võivad jõudlust mõjutada:

• Võrgu latentsus: Erinevates maailma paikades asuvad kasutajad võivad kogeda erinevat võrgu latentsust. Optimeerige oma koodi, et minimeerida võrgupäringute arvu ja edastatavate andmete mahtu. Kaaluge sisuedastusvõrgu (CDN) kasutamist, et staatilisi varasid kasutajatele lähemale vahemällu salvestada.
• Seadmete võimekus: Kasutajad võivad teie rakendusele ligi pääseda erineva protsessori ja mälu võimekusega seadmetest. Optimeerige oma koodi, et see töötaks tõhusalt ka madalama jõudlusega seadmetes. Kaaluge responsiivse disaini tehnikate kasutamist, et kohandada oma rakendust erinevate ekraanisuuruste ja eraldusvõimetega.
• Märgistikud ja lokaliseerimine: Erinevate märgistike töötlemine ja rakenduse lokaliseerimine võivad jõudlust mõjutada. Kasutage tõhusaid sõnetöötlusalgoritme ja kaaluge lokaliseerimisteegi kasutamist tõlgete ja vormindamise haldamiseks.
• Andmete salvestamine ja pärimine: Valige andmete salvestamise ja pärimise strateegiad, mis on optimeeritud teie rakenduse andmetele juurdepääsu mustrite jaoks. Kaaluge vahemälu kasutamist, et vähendada andmebaasipäringute arvu.

Kokkuvõte

JavaScripti jõudluse võrdlustestimine, eriti mikro-võrdlustestimine, on väärtuslik tööriist koodi optimeerimiseks ja parema kasutajakogemuse pakkumiseks. Järgides selles juhendis toodud parimaid tavasid, saate luua täpseid ja usaldusväärseid võrdlusteste, mis aitavad teil tuvastada jõudluse kitsaskohti, võrrelda erinevaid implementatsioone ja mõõta oma optimeerimiste mõju. Pidage meeles testida mitmes keskkonnas ja arvestada globaalsete teguritega, mis võivad jõudlust mõjutada. Võtke võrdlustestimist kui iteratiivset protsessi, jälgides ja parandades pidevalt oma koodi jõudlust, et tagada sujuv ja reageeriv kogemus kasutajatele üle maailma. Jõudlust esikohale seades saate luua veebirakendusi, mis pole mitte ainult funktsionaalsed, vaid ka nauditavad kasutada, aidates kaasa positiivsele kasutajakogemusele ja saavutades lõpuks oma ärieesmärgid.