Daugiaplatformio „JavaScript“ našumas: vykdymo aplinkų palyginimo analizė

„JavaScript“, visur paplitusi žiniatinklio kalba, gerokai išplėtė savo pradinę kliento pusės scenarijų rašymo sritį. Šiandien ji palaiko serverio pusės programas („Node.js“), darbalaukio programas („Electron“, „NW.js“) ir net įterptąsias sistemas. Šis daugiaplatformis universalumas reikalauja išsamaus supratimo, kaip „JavaScript“ vykdymo aplinkos veikia įvairiose aplinkose. Ši analizė pateikia išsamų vykdymo aplinkų palyginimą, daugiausia dėmesio skiriant „Node.js“, „Deno“, „Bun“ ir pagrindinėms žiniatinklio naršyklėms, siūlydama praktinių įžvalgų, kaip optimizuoti „JavaScript“ programas įvairioms platformoms.

„JavaScript“ vykdymo aplinkų supratimas

„JavaScript“ vykdymo aplinka suteikia reikiamus komponentus „JavaScript“ kodui vykdyti. Tai apima „JavaScript“ variklį (pvz., V8, JavaScriptCore arba SpiderMonkey), standartinę biblioteką ir platformai skirtas API.

• V8 („Chrome“, „Node.js“, „Deno“, „Electron“): „Google“ sukurtas V8 yra didelio našumo „JavaScript“ ir „WebAssembly“ variklis, parašytas C++. Jis žinomas dėl savo optimizavimo metodų, įskaitant „Just-In-Time“ (JIT) kompiliavimą.
• JavaScriptCore („Safari“, „WebKit“): „Apple“ sukurtas „JavaScriptCore“ yra „Safari“ ir „WebKit“ pagrindu veikiančių naršyklių variklis. Jis taip pat turi JIT kompiliatorių („Nitro“) ir yra stipriai optimizuotas „Apple“ aparatinei įrangai.
• SpiderMonkey („Firefox“): „Mozilla“ sukurtas „SpiderMonkey“ yra „Firefox“ variklis. Jis žinomas dėl atitikties standartams ir novatoriškų funkcijų.
• Node.js: „JavaScript“ vykdymo aplinka, sukurta naudojant „Chrome“ V8 „JavaScript“ variklį. Ji leidžia kūrėjams vykdyti „JavaScript“ serveryje, leidžiant kurti keičiamo dydžio tinklo programas. „Node.js“ naudoja įvykių valdomą, neužblokuojantį I/O modelį, todėl ji yra labai efektyvi.
• Deno: Šiuolaikinė „JavaScript“, „TypeScript“ ir „WebAssembly“ vykdymo aplinka, sukurta naudojant V8. Ją sukūrė tas pats asmuo, kuris sukūrė „Node.js“. „Deno“ sprendžia kai kuriuos „Node.js“ dizaino trūkumus, tokius kaip saugumo problemos ir priklausomybių valdymas. „Deno“ natūraliai palaiko „TypeScript“ ir naudoja ES modulius.
• Bun: Nauja „JavaScript“ vykdymo aplinka, sukurta greičiui ir paprastam naudojimui. „Bun“ parašyta „Zig“ kalba ir naudoja „JavaScriptCore“ kaip savo variklį. Ji siekia pakeisti „Node.js“ ir tam tikrais atvejais siūlo žymiai didesnį našumą. Ji apjungia, transkompiliuoja, įdiegia ir paleidžia „JavaScript“ bei „TypeScript“ projektus.

Testavimo metodika

Norint tiksliai palyginti vykdymo aplinkų našumą, buvo atlikta daugybė testų, daugiausia dėmesio skiriant įprastoms „JavaScript“ operacijoms. Šie testai buvo sukurti taip, kad atspindėtų realių programų darbo krūvius. Buvo naudojami šie testai:

• Masyvų manipuliavimas (kūrimas, iteracija, rūšiavimas): Matuoja pagrindinių masyvo operacijų našumą, kuris yra esminis daugeliui „JavaScript“ programų.
• Eilutės apdorojimas (sujungimas, paieška, reguliarieji reiškiniai): Vertina eilučių operacijų efektyvumą, kuris yra būtinas teksto pagrindu veikiančioms programoms.
• JSON analizavimas ir serializavimas: Tikrina JSON duomenų apdorojimo greitį, kuris yra dažnas duomenų mainų formatas.
• Asinchroninės operacijos („Promises“, „async/await“): Matuoja asinchroninio kodo vykdymo našumą, kritiškai svarbų neužblokuojantiems I/O ir lygiagretumui.
• CPU intensyvūs skaičiavimai (matematinės funkcijos, ciklinis apdorojimas): Įvertina neapdorotą vykdymo aplinkos apdorojimo galią.
• Failų I/O (failų skaitymas ir rašymas): Tikrina failų sistemos operacijų greitį.
• Tinklo užklausos (HTTP užklausos): Matuoja HTTP užklausų atlikimo našumą.

Testai buvo atlikti naudojant nuoseklią aparatinės įrangos konfigūraciją, siekiant sumažinti skirtumus dėl aparatinės įrangos ypatumų. Kiekvienas testas buvo paleistas kelis kartus, o vidutinis vykdymo laikas buvo užfiksuotas. Rezultatai buvo statistiškai analizuojami, siekiant užtikrinti tikslumą ir patikimumą.

Vykdymo aplinkų palyginimas: Node.js vs. Deno vs. Bun vs. naršyklės

Node.js

„Node.js“, varoma V8 varikliu, daugelį metų buvo dominuojanti jėga serverio pusės „JavaScript“ kūrime. Jos brandi ekosistema ir platus bibliotekų palaikymas (npm) daro ją populiariu pasirinkimu kuriant keičiamo dydžio tinklo programas. Tačiau „Node.js“ turi tam tikrų našumo charakteristikų, apie kurias kūrėjai turėtų žinoti.

• Privalumai: Didelė ekosistema, brandūs įrankiai, platus paplitimas, puikus asinchroninių operacijų palaikymas.
• Trūkumai: „Callback hell“ (nors sušvelninta „Promises“ ir „async/await“), priklausomybė nuo „npm“ priklausomybių valdymui (gali sukelti priklausomybių perteklių), „CommonJS“ modulių sistema (kai kuriais atvejais mažiau efektyvi nei ES moduliai).
• Našumo charakteristikos: V8 užtikrina puikų JIT kompiliavimą, tačiau įvykių ciklas gali tapti kliūtimi esant didelei apkrovai. I/O operacijos paprastai yra labai efektyvios dėl „Node.js“ neužblokuojančio I/O modelio.
• Pavyzdys: REST API kūrimas naudojant „Express.js“ yra dažnas „Node.js“ naudojimo atvejis.

Deno

„Deno“, taip pat sukurta naudojant V8, siekia išspręsti kai kuriuos „Node.js“ trūkumus. Ji siūlo patobulintą saugumą, natūralų „TypeScript“ palaikymą ir modernesnę modulių sistemą (ES modulius). „Deno“ našumo charakteristikos yra panašios į „Node.js“, tačiau su kai kuriais esminiais skirtumais.

• Privalumai: Patobulintas saugumas (leidimais pagrįsta sistema), natūralus „TypeScript“ palaikymas, ES moduliai, decentralizuotas paketų valdymas (be „npm“), integruoti įrankiai (formatuotojas, linteris).
• Trūkumai: Mažesnė ekosistema, palyginti su „Node.js“, mažiau brandūs įrankiai, galimas našumo pablogėjimas dėl saugumo patikrų.
• Našumo charakteristikos: V8 užtikrina puikų JIT kompiliavimą, o „Deno“ ES modulių palaikymas tam tikrais atvejais gali pagerinti našumą. Saugumo patikros gali sukelti tam tikrą papildomą apkrovą, tačiau daugumai programų tai paprastai yra nereikšminga.
• Pavyzdys: Komandinės eilutės įrankio arba serverless funkcijos kūrimas yra geras „Deno“ naudojimo atvejis.

Bun

„Bun“ yra naujas pretendentas „JavaScript“ vykdymo aplinkų srityje. Parašyta „Zig“ kalba ir naudojanti „JavaScriptCore“, „Bun“ sutelkia dėmesį į greitį, paleidimo laiką ir geresnę kūrėjo patirtį. Ji siekia pakeisti „Node.js“ ir tam tikrais atvejais siūlo žymiai didesnį našumą, ypač paleidimo laiko ir failų I/O srityse.

• Privalumai: Ypač greitas paleidimo laikas, žymiai greitesnis paketų diegimas (naudojant pasirinktinį paketų valdytoją), integruotas „TypeScript“ ir „JSX“ palaikymas, siekia pakeisti „Node.js“.
• Trūkumai: Santykinai nauja ir nebrandi ekosistema, galimi suderinamumo klausimai su esamais „Node.js“ moduliais, „JavaScriptCore“ variklis (kai kuriais atvejais gali turėti kitokias našumo charakteristikas nei V8).
• Našumo charakteristikos: „JavaScriptCore“ užtikrina puikų našumą, o „Bun“ optimizuota architektūra lemia žymius greičio pagerėjimus daugelyje sričių. Tačiau „JavaScriptCore“ našumas gali skirtis, palyginti su V8, priklausomai nuo konkretaus darbo krūvio. Paleidimo laikas yra žymiai greitesnis nei „Node.js“ ir „Deno“.
• Pavyzdys: Naujos žiniatinklio programos kūrimas arba esamos „Node.js“ programos migravimas yra galimas „Bun“ naudojimo atvejis.

Žiniatinklio naršyklės („Chrome“, „Safari“, „Firefox“)

Žiniatinklio naršyklės yra originalios „JavaScript“ vykdymo aplinkos. Kiekviena naršyklė naudoja savo „JavaScript“ variklį (V8 „Chrome“, „JavaScriptCore“ „Safari“, „SpiderMonkey“ „Firefox“), ir šie varikliai nuolat optimizuojami našumui. Naršyklės našumas yra labai svarbus norint užtikrinti sklandžią ir interaktyvią vartotojo patirtį.

• Privalumai: Plačiai prieinami, labai optimizuoti „JavaScript“ varikliai, žiniatinklio standartų palaikymas, išsamūs kūrėjo įrankiai.
• Trūkumai: Ribota prieiga prie sistemos resursų (dėl saugumo apribojimų), naršyklių suderinamumo problemos, našumo skirtumai tarp skirtingų naršyklių.
• Našumo charakteristikos: Kiekvienos naršyklės „JavaScript“ variklis turi savo stipriąsias ir silpnąsias puses. V8 paprastai laikomas labai greitu CPU intensyvioms užduotims, o „JavaScriptCore“ yra labai optimizuotas „Apple“ aparatinei įrangai. „SpiderMonkey“ žinomas dėl atitikties standartams.
• Pavyzdys: Interaktyvių žiniatinklio programų, vieno puslapio programų (SPA) ir naršyklės pagrindu veikiančių žaidimų kūrimas yra įprastas žiniatinklio naršyklių naudojimo atvejis.

Testų rezultatai ir analizė

Testų rezultatai atskleidė keletą įdomių įžvalgų apie kiekvienos vykdymo aplinkos našumo charakteristikas. Atkreipkite dėmesį, kad konkrečius skaitmeninius rezultatus sunku pateikti be tiesioginės testavimo aplinkos, tačiau galime pateikti bendrų pastebėjimų ir tendencijų.

Masyvų manipuliavimas

V8 („Node.js“, „Deno“, „Chrome“) paprastai gerai veikė masyvo manipuliavimo testuose dėl savo efektyvaus JIT kompiliavimo ir optimizuotų masyvo realizacijų. „JavaScriptCore“ („Safari“, „Bun“) taip pat parodė stiprų našumą. „SpiderMonkey“ („Firefox“) veikė konkurencingai, tačiau kartais šiek tiek atsilikdavo nuo V8 ir „JavaScriptCore“.

Eilučių apdorojimas

Eilučių apdorojimo našumas skyrėsi priklausomai nuo konkrečios operacijos. V8 ir „JavaScriptCore“ paprastai buvo labai efektyvūs eilučių sujungimo ir paieškos srityje. Reguliariųjų reiškinių našumas gali stipriai priklausyti nuo reguliariojo reiškinio sudėtingumo ir variklio optimizavimo strategijų.

JSON analizavimas ir serializavimas

JSON analizavimo ir serializavimo našumas yra labai svarbus programoms, kurios apdoroja didelius JSON duomenų kiekius. V8 ir „JavaScriptCore“ paprastai pasižymi puikiais rezultatais šiuose testuose dėl savo optimizuotų JSON realizacijų. „Bun“ taip pat teigia žymiai patobulinęs šią sritį.

Asinchroninės operacijos

Asinchroninių operacijų našumas yra labai svarbus neužblokuojantiems I/O ir lygiagretumui. „Node.js“ įvykių ciklas puikiai tinka efektyviai tvarkyti asinchronines operacijas. „Deno“ „async/await“ ir „Promises“ realizacija taip pat užtikrina puikų našumą. Naršyklių vykdymo aplinkos taip pat gerai tvarko asinchronines operacijas, tačiau našumui gali turėti įtakos naršyklėms būdingi veiksniai.

CPU intensyvūs skaičiavimai

CPU intensyvūs skaičiavimai yra geras vykdymo aplinkos neapdorotos apdorojimo galios matas. V8 ir „JavaScriptCore“ paprastai gerai veikia šiuose testuose dėl savo pažangių JIT kompiliavimo metodų. „SpiderMonkey“ taip pat veikia konkurencingai. Konkretus našumas labai priklausys nuo naudojamo algoritmo.

Failų I/O

Failų I/O našumas yra labai svarbus programoms, kurios skaito ir rašo failus. „Node.js“ neužblokuojantis I/O modelis leidžia efektyviai tvarkyti failų I/O. „Deno“ taip pat siūlo neužblokuojantį I/O. „Bun“ yra specialiai sukurta greitam failų I/O ir dažnai šioje srityje pranoksta „Node.js“ ir „Deno“.

Tinklo užklausos

Tinklo užklausų našumas yra labai svarbus programoms, kurios bendrauja per tinklą. „Node.js“, „Deno“ ir naršyklių vykdymo aplinkos visos siūlo efektyvius mechanizmus HTTP užklausoms atlikti. Naršyklės našumui gali turėti įtakos naršyklėms būdingi veiksniai, tokie kaip tinklo talpykla ir tarpinio serverio nustatymai.

Optimizavimo strategijos

Nepriklausomai nuo pasirinktos vykdymo aplinkos, kelios optimizavimo strategijos gali pagerinti „JavaScript“ programos našumą:

• Sumažinkite DOM manipuliavimą: DOM manipuliavimas dažnai yra našumo kliūtis žiniatinklio programose. Sumažinkite DOM atnaujinimų skaičių, grupuodami pakeitimus ir naudodami tokias technikas kaip virtualus DOM.
• Optimizuokite ciklus: Ciklai gali būti pagrindinė našumo problemų priežastis. Naudokite efektyvias ciklo konstrukcijas ir venkite nereikalingų skaičiavimų cikluose.
• Naudokite efektyvias duomenų struktūras: Pasirinkite tinkamas duomenų struktūras konkrečiai užduočiai. Pavyzdžiui, narystės tikrinimui naudokite rinkinius („Sets“) vietoj masyvų („Arrays“).
• Sumažinkite atminties naudojimą: Sumažinkite atminties paskirstymus ir atlaisvinimus, kad sumažintumėte šiukšlių surinkimo režijos išlaidas.
• Naudokite kodo skaidymą: Padalinkite savo kodą į mažesnes dalis, kurias galima įkelti pagal poreikį. Tai sumažina pradinį įkėlimo laiką ir pagerina bendrą našumą.
• Profiluokite savo kodą: Naudokite profilavimo įrankius, kad nustatytumėte našumo kliūtis ir sutelktumėte optimizavimo pastangas į sritis, kurios turės didžiausią poveikį.
• Apsvarstykite „WebAssembly“: Skaičiavimo intensyvioms užduotims apsvarstykite galimybę naudoti „WebAssembly“, kad pasiektumėte beveik natyvų našumą.
• Optimizuokite paveikslėlius: Optimizuokite paveikslėlius žiniatinklio naudojimui, juos suspausdami ir naudodami tinkamus paveikslėlių formatus.
• Išsaugokite resursus talpykloje: Naudokite talpyklą, kad sumažintumėte tinklo užklausų skaičių ir pagerintumėte atsako laiką.

Konkretūs kiekvienos vykdymo aplinkos aspektai

Node.js

• Naudokite asinchronines operacijas: Visapusiškai išnaudokite „Node.js“ neužblokuojantį I/O modelį, visur, kur įmanoma, naudodami asinchronines operacijas.
• Venkite blokuoti įvykių ciklą: Ilgai trunkančios sinchroninės operacijos gali užblokuoti įvykių ciklą ir pabloginti našumą. CPU intensyvioms užduotims naudokite darbininkų gijas.
• Optimizuokite „npm“ priklausomybes: Sumažinkite „npm“ priklausomybių skaičių ir įsitikinkite, kad jos yra naujausios.

Deno

• Naudokite ES modulius: Pasinaudokite „Deno“ ES modulių palaikymu, kad pagerintumėte našumą ir kodo organizavimą.
• Atkreipkite dėmesį į saugumo leidimus: Saugumo leidimai gali sukelti tam tikrą papildomą apkrovą. Prašykite tik reikalingų leidimų.

Bun

• Pasinaudokite „Bun“ greičiu: „Bun“ yra sukurta greičiui. Įsitikinkite, kad naudojate „Bun“ optimizuotus API ir funkcijas.
• Patikrinkite suderinamumą su esamais „Node.js“ moduliais: „Bun“ siekia pakeisti „Node.js“, tačiau suderinamumo problemų vis dar gali kilti. Kruopščiai išbandykite savo programą po perkėlimo į „Bun“.

Žiniatinklio naršyklės

• Optimizuokite pagal tikslinę naršyklę: Kiekviena naršyklė turi savo našumo charakteristikas. Optimizuokite savo kodą pagal tikslinę naršyklę.
• Naudokite naršyklės kūrėjo įrankius: Naršyklės kūrėjo įrankiai suteikia galingus įrankius „JavaScript“ kodo profilavimui ir derinimo.
• Apsvarstykite laipsnišką tobulinimą: Kurkite savo programą sluoksniais, pradėdami nuo pagrindinės funkcinės versijos, o tada pridedami patobulinimai galingesnėms naršyklėms.

Išvada

Teisingos „JavaScript“ vykdymo aplinkos pasirinkimas priklauso nuo konkrečių programos reikalavimų. „Node.js“ siūlo brandžią ekosistemą ir platų paplitimą, „Deno“ užtikrina patobulintą saugumą ir modernias funkcijas, „Bun“ sutelkia dėmesį į greitį ir paprastą naudojimą, o žiniatinklio naršyklės siūlo labai optimizuotą aplinką kliento pusės scenarijų rašymui. Suprasdami kiekvienos vykdymo aplinkos našumo charakteristikas ir taikydami tinkamas optimizavimo strategijas, kūrėjai gali kurti didelio našumo „JavaScript“ programas, kurios efektyviai veikia įvairiose platformose.

„JavaScript“ vykdymo aplinkų ateitis yra šviesi, nuolat tobulinama ir optimizuojama. Atsiradus naujoms vykdymo aplinkoms ir funkcijoms, kūrėjams labai svarbu nuolat būti informuotiems ir pritaikyti savo strategijas, kad išnaudotų naujausius pasiekimus. Testavimas ir profilavimas yra būtini norint suprasti našumo kliūtis ir priimti pagrįstus sprendimus dėl vykdymo aplinkos pasirinkimo ir optimizavimo.