JavaScript našumo vertinimas: Mikro-lyginamųjų testų įgyvendinimas

Interneto svetainių kūrimo pasaulyje sklandžios ir greitai reaguojančios vartotojo patirties užtikrinimas yra svarbiausias prioritetas. JavaScript, būdamas pagrindine daugelio interaktyvių interneto programų varomąja jėga, dažnai tampa kritine našumo optimizavimo sritimi. Norėdami efektyviai tobulinti JavaScript kodą, programuotojai turi turėti patikimus įrankius ir metodus jo našumui matuoti ir analizuoti. Būtent čia pasitarnauja lyginamasis testavimas. Šis vadovas skirtas būtent mikro-lyginamajam testavimui – metodui, naudojamam izoliuoti ir išmatuoti mažų, specifinių JavaScript kodo dalių našumą.

Kas yra lyginamasis testavimas?

Lyginamasis testavimas (benchmarking) – tai procesas, kurio metu matuojamas kodo dalies našumas, lyginant jį su žinomu standartu ar kita kodo dalimi. Tai leidžia programuotojams kiekybiškai įvertinti kodo pakeitimų poveikį, nustatyti našumo problemas ir palyginti skirtingus tos pačios problemos sprendimo būdus. Yra keletas lyginamojo testavimo tipų, įskaitant:

• Makro-lyginamasis testavimas: Matuoja visos programos ar didelių jos komponentų našumą.
• Mikro-lyginamasis testavimas: Matuoja mažų, izoliuotų kodo fragmentų našumą.
• Profiliavimas: Analizuoja programos vykdymą, siekiant nustatyti, kuriose srityse praleidžiama daugiausiai laiko.

Šiame straipsnyje bus gilinamasi būtent į mikro-lyginamąjį testavimą.

Kodėl mikro-lyginamasis testavimas?

Mikro-lyginamasis testavimas yra ypač naudingas, kai reikia optimizuoti konkrečias funkcijas ar algoritmus. Jis leidžia jums:

• Izoliuoti našumo problemas: Sutelkdami dėmesį į mažus kodo fragmentus, galite tiksliai nustatyti kodo eilutes, kurios sukelia našumo problemų.
• Palyginti skirtingus įgyvendinimus: Galite išbandyti skirtingus būdus tam pačiam rezultatui pasiekti ir nustatyti, kuris yra efektyviausias. Pavyzdžiui, lyginant skirtingus ciklų metodus, eilučių sujungimo būdus ar duomenų struktūrų įgyvendinimus.
• Išmatuoti optimizacijų poveikį: Atlikę kodo pakeitimus, galite naudoti mikro-lyginamuosius testus, kad patikrintumėte, ar jūsų optimizacijos davė norimą efektą.
• Suprasti JavaScript variklio elgseną: Mikro-lyginamieji testai gali atskleisti subtilius aspektus, kaip skirtingi JavaScript varikliai (pvz., V8 „Chrome“, „SpiderMonkey“ „Firefox“, „JavaScriptCore“ „Safari“, „Node.js“) optimizuoja kodą.

Mikro-lyginamųjų testų įgyvendinimas: Geriausios praktikos

Norint sukurti tikslius ir patikimus mikro-lyginamuosius testus, reikia atidžiai viską apgalvoti. Štai keletas geriausių praktikų, kurių reikėtų laikytis:

1. Pasirinkite lyginamojo testavimo įrankį

Yra keletas JavaScript lyginamojo testavimo įrankių. Kai kurie populiarūs variantai:

• Benchmark.js: Patikima ir plačiai naudojama biblioteka, kuri suteikia statistiškai patikimus rezultatus. Ji automatiškai tvarko apšilimo iteracijas, statistinę analizę ir dispersijos nustatymą.
• jsPerf: Internetinė platforma, skirta kurti ir dalintis JavaScript našumo testais. (Pastaba: jsPerf nebėra aktyviai prižiūrima, bet vis dar gali būti naudingas šaltinis).
• Rankinis laiko matavimas su `console.time` ir `console.timeEnd`: Nors šis metodas yra mažiau sudėtingas, jis gali būti naudingas greitiems ir paprastiems testams.

Sudėtingesniems ir statistiškai griežtesniems testams paprastai rekomenduojama naudoti Benchmark.js.

2. Sumažinkite išorinę įtaką

Norėdami užtikrinti tikslius rezultatus, sumažinkite visus išorinius veiksnius, kurie galėtų paveikti jūsų kodo našumą. Tai apima:

• Uždarykite nereikalingas naršyklės korteles ir programas: Jos gali vartoti procesoriaus resursus ir paveikti testo rezultatus.
• Išjunkite naršyklės plėtinius: Plėtiniai gali įterpti kodą į tinklalapius ir trukdyti testavimui.
• Vykdykite testus dedikuotame kompiuteryje: Jei įmanoma, naudokite kompiuterį, kuriame nevykdomos kitos daug resursų reikalaujančios užduotys.
• Užtikrinkite pastovias tinklo sąlygas: Jei jūsų teste naudojamos tinklo užklausos, įsitikinkite, kad tinklo ryšys yra stabilus ir greitas.

3. Apšilimo iteracijos

JavaScript varikliai naudoja „Just-In-Time“ (JIT) kompiliavimą, kad optimizuotų kodą vykdymo metu. Tai reiškia, kad pirmuosius kelis kartus vykdant funkciją, ji gali veikti lėčiau nei vėlesni vykdymo kartai. Norint tai įvertinti, svarbu į testą įtraukti apšilimo iteracijas. Šios iteracijos leidžia varikliui optimizuoti kodą prieš pradedant faktinius matavimus.

Benchmark.js automatiškai tvarko apšilimo iteracijas. Naudojant rankinį laiko matavimą, paleiskite savo kodo fragmentą kelis kartus prieš pradedant laikmatį.

4. Statistinis reikšmingumas

Našumo svyravimai gali atsirasti dėl atsitiktinių veiksnių. Norėdami užtikrinti, kad jūsų testo rezultatai būtų statistiškai reikšmingi, paleiskite testą kelis kartus ir apskaičiuokite vidutinį vykdymo laiką bei standartinį nuokrypį. Benchmark.js tai atlieka automatiškai, pateikdamas jums vidurkį, standartinį nuokrypį ir paklaidos ribas.

5. Venkite per ankstyvo optimizavimo

Kyla pagunda optimizuoti kodą dar prieš jį parašant. Tačiau tai gali lemti bereikalingas pastangas ir sunkiai prižiūrimą kodą. Vietoj to, pirmiausia susitelkite į aiškaus ir teisingo kodo rašymą, o tada naudokite lyginamąjį testavimą, kad nustatytumėte našumo problemas ir nukreiptumėte savo optimizavimo pastangas. Prisiminkite posakį: „Per ankstyvas optimizavimas yra viso blogio šaknis“.

6. Testuokite keliose aplinkose

JavaScript varikliai skiriasi savo optimizavimo strategijomis. Kodas, kuris gerai veikia vienoje naršyklėje, gali prastai veikti kitoje. Todėl būtina testuoti savo lyginamuosius testus keliose aplinkose, įskaitant:

• Skirtingas naršykles: Chrome, Firefox, Safari, Edge.
• Skirtingas tos pačios naršyklės versijas: Našumas gali skirtis tarp naršyklių versijų.
• Node.js: Jei jūsų kodas veiks Node.js aplinkoje, išbandykite jį ir ten.
• Mobiliuosius įrenginius: Mobiliųjų įrenginių procesoriaus ir atminties charakteristikos skiriasi nuo stacionarių kompiuterių.

7. Sutelkite dėmesį į realaus pasaulio scenarijus

Mikro-lyginamieji testai turėtų atspindėti realaus pasaulio naudojimo atvejus. Venkite kurti dirbtinius scenarijus, kurie tiksliai neatspindi, kaip jūsų kodas bus naudojamas praktikoje. Atsižvelkite į tokius veiksnius kaip:

• Duomenų dydis: Testuokite su duomenų dydžiais, kurie atitinka tuos, su kuriais dirbs jūsų programa.
• Įvesties modeliai: Naudokite realistiškus įvesties modelius savo testuose.
• Kodo kontekstas: Užtikrinkite, kad bandomasis kodas būtų vykdomas kontekste, panašiame į realią aplinką.

8. Atsižvelkite į atminties naudojimą

Nors vykdymo laikas yra pagrindinis rūpestis, atminties naudojimas taip pat yra svarbus. Per didelis atminties suvartojimas gali sukelti našumo problemų, tokių kaip šiukšlių surinkimo pauzės. Apsvarstykite galimybę naudoti naršyklės kūrėjų įrankius arba Node.js atminties profiliavimo įrankius, kad išanalizuotumėte savo kodo atminties naudojimą.

9. Dokumentuokite savo lyginamuosius testus

Aiškiai dokumentuokite savo testus, įskaitant:

• Testo tikslas: Ką kodas turėtų daryti?
• Metodologija: Kaip buvo atliktas testas?
• Aplinka: Kokios naršyklės ir operacinės sistemos buvo naudojamos?
• Rezultatai: Kokie buvo vidutiniai vykdymo laikai ir standartiniai nuokrypiai?
• Bet kokios prielaidos ar apribojimai: Ar yra veiksnių, kurie galėtų paveikti rezultatų tikslumą?

Pavyzdys: Eilučių sujungimo lyginamasis testavimas

Iliustruokime mikro-lyginamąjį testavimą praktiniu pavyzdžiu: palyginsime skirtingus eilučių sujungimo metodus JavaScript. Palyginsime `+` operatoriaus, šablono literalų ir `join()` metodo naudojimą.

Naudojant Benchmark.js:

            
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
              
            
          

Paaiškinimas:

• Kodas importuoja Benchmark.js biblioteką.
• Sukuriamas naujas Benchmark.Suite.
• Sukuriamas eilučių masyvas sujungimo testams.
• Į rinkinį pridedami trys skirtingi eilučių sujungimo metodai. Kiekvienas metodas yra įdėtas į funkciją, kurią Benchmark.js vykdys kelis kartus.
• Pridedami įvykių klausytojai, kurie registruoja kiekvieno ciklo rezultatus ir nustato greičiausią metodą.
• `run()` metodas pradeda testavimą.

Numatoma išvestis (gali skirtis priklausomai nuo jūsų aplinkos):

            
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
              
            
          

Ši išvestis rodo operacijų per sekundę skaičių (ops/sec) kiekvienam metodui, kartu su paklaidos riba. Šiame pavyzdyje `Array.join()` yra žymiai greitesnis nei kiti du metodai. Tai yra dažnas rezultatas dėl to, kaip JavaScript varikliai optimizuoja masyvų operacijas.

Dažniausios klaidos ir kaip jų išvengti

Mikro-lyginamasis testavimas gali būti sudėtingas, ir lengva patekti į dažnas pinkles. Štai keletas, į kurias reikia atkreipti dėmesį:

1. Netikslūs rezultatai dėl JIT kompiliavimo

Klaida: Neatsižvelgimas į JIT kompiliavimą gali lemti netikslius rezultatus, nes pirmosios kelios jūsų kodo iteracijos gali būti lėtesnės nei vėlesnės.

Sprendimas: Naudokite apšilimo iteracijas, kad variklis galėtų optimizuoti kodą prieš atliekant matavimus. Benchmark.js tai tvarko automatiškai.

2. Šiukšlių surinkimo ignoravimas

Klaida: Dažni šiukšlių surinkimo ciklai gali žymiai paveikti našumą. Jei jūsų teste sukuriama daug laikinų objektų, tai gali sukelti šiukšlių surinkimą matavimo laikotarpiu.

Sprendimas: Stenkitės sumažinti laikinų objektų kūrimą savo teste. Taip pat galite naudoti naršyklės kūrėjų įrankius arba Node.js atminties profiliavimo įrankius, kad stebėtumėte šiukšlių surinkimo veiklą.

3. Statistinio reikšmingumo ignoravimas

Klaida: Pasikliovimas vienu testo paleidimu gali lemti klaidinančius rezultatus, nes našumo svyravimai gali atsirasti dėl atsitiktinių veiksnių.

Sprendimas: Paleiskite testą kelis kartus ir apskaičiuokite vidutinį vykdymo laiką bei standartinį nuokrypį. Benchmark.js tai tvarko automatiškai.

4. Nerealistiškų scenarijų testavimas

Klaida: Dirbtinių scenarijų, kurie tiksliai neatspindi realaus pasaulio naudojimo atvejų, kūrimas gali lemti optimizacijas, kurios praktikoje nėra naudingos.

Sprendimas: Sutelkite dėmesį į kodo, kuris atspindi, kaip jūsų programa bus naudojama praktikoje, testavimą. Atsižvelkite į tokius veiksnius kaip duomenų dydis, įvesties modeliai ir kodo kontekstas.

5. Perdėtas optimizavimas mikro-lyginamiesiems testams

Klaida: Kodo optimizavimas specialiai mikro-lyginamiesiems testams gali lemti kodą, kuris yra mažiau skaitomas, sunkiau prižiūrimas ir gali prastai veikti realaus pasaulio scenarijuose.

Sprendimas: Pirmiausia susitelkite į aiškaus ir teisingo kodo rašymą, o tada naudokite lyginamąjį testavimą, kad nustatytumėte našumo problemas ir nukreiptumėte savo optimizavimo pastangas. Neaukokite skaitomumo ir palaikomumo dėl nežymių našumo pagerinimų.

6. Netestavimas keliose aplinkose

Klaida: Manymas, kad kodas, kuris gerai veikia vienoje aplinkoje, gerai veiks visose, gali būti brangi klaida.

Sprendimas: Testuokite savo lyginamuosius testus keliose aplinkose, įskaitant skirtingas naršykles, naršyklių versijas, Node.js ir mobiliuosius įrenginius.

Globalūs aspektai našumo optimizavimui

Kurdami programas pasaulinei auditorijai, atsižvelkite į šiuos veiksnius, kurie gali turėti įtakos našumui:

• Tinklo delsa: Vartotojai skirtingose pasaulio dalyse gali patirti skirtingą tinklo delsą. Optimizuokite savo kodą, kad sumažintumėte tinklo užklausų skaičių ir perduodamų duomenų dydį. Apsvarstykite galimybę naudoti turinio pristatymo tinklą (CDN), kad statiniai ištekliai būtų saugomi arčiau jūsų vartotojų.
• Įrenginių galimybės: Vartotojai gali naudotis jūsų programa įrenginiuose su skirtingomis procesoriaus ir atminties galimybėmis. Optimizuokite savo kodą, kad jis efektyviai veiktų ir žemesnės klasės įrenginiuose. Apsvarstykite galimybę naudoti adaptyvaus dizaino technikas, kad pritaikytumėte savo programą prie skirtingų ekrano dydžių ir raiškų.
• Simbolių rinkiniai ir lokalizacija: Skirtingų simbolių rinkinių apdorojimas ir jūsų programos lokalizavimas gali paveikti našumą. Naudokite efektyvius eilučių apdorojimo algoritmus ir apsvarstykite galimybę naudoti lokalizacijos biblioteką vertimams ir formatavimui tvarkyti.
• Duomenų saugojimas ir gavimas: Pasirinkite duomenų saugojimo ir gavimo strategijas, optimizuotas jūsų programos duomenų prieigos modeliams. Apsvarstykite galimybę naudoti spartinančiąją atmintinę (caching), kad sumažintumėte duomenų bazės užklausų skaičių.

Išvados

JavaScript našumo vertinimas, ypač mikro-lyginamasis testavimas, yra vertingas įrankis, padedantis optimizuoti jūsų kodą ir užtikrinti geresnę vartotojo patirtį. Laikydamiesi šiame vadove pateiktų geriausių praktikų, galite sukurti tikslius ir patikimus lyginamuosius testus, kurie padės jums nustatyti našumo problemas, palyginti skirtingus įgyvendinimus ir išmatuoti jūsų optimizacijų poveikį. Nepamirškite testuoti keliose aplinkose ir atsižvelgti į globalius veiksnius, kurie gali turėti įtakos našumui. Priimkite lyginamąjį testavimą kaip iteracinį procesą, nuolat stebėdami ir gerindami savo kodo našumą, kad užtikrintumėte sklandžią ir jautrią patirtį vartotojams visame pasaulyje. Suteikdami prioritetą našumui, galite sukurti ne tik funkcionalias, bet ir malonias naudoti interneto programas, prisidedančias prie teigiamos vartotojo patirties ir galiausiai pasiekiančias jūsų verslo tikslus.