JavaScript vykdymo laiko našumas: V8 vs. SpiderMonkey vs. JavaScriptCore

JavaScript tapo interneto „lingua franca“, palaikanti viską nuo interaktyvių svetainių iki sudėtingų interneto programų ir net serverio aplinkų, tokių kaip Node.js. Užkulisiuose JavaScript varikliai nenuilstamai interpretuoja ir vykdo mūsų kodą. Šių variklių našumo charakteristikų supratimas yra labai svarbus kuriant greitai reaguojančias ir efektyvias programas. Šiame straipsnyje pateikiamas išsamus trijų pagrindinių JavaScript variklių palyginimas: V8 (naudojamas Chrome ir Node.js), SpiderMonkey (naudojamas Firefox) ir JavaScriptCore (naudojamas Safari).

JavaScript variklių supratimas

JavaScript variklis yra programa, kuri vykdo JavaScript kodą. Šie varikliai paprastai susideda iš kelių komponentų, įskaitant:

• Analizatorius (Parser): Paverčia JavaScript kodą į abstraktų sintaksės medį (AST).
• Interpretatorius: Vykdo AST, pateikdamas rezultatus.
• Kompiliatorius: Optimizuoja dažnai vykdomą kodą (karštąsias vietas), kompiliuodamas jį į mašininį kodą greitesniam vykdymui.
• Šiukšlių surinkėjas (Garbage Collector): Valdo atmintį automatiškai atlaisvindamas objektus, kurie nebėra naudojami.
• Optimizavimai: Technikos, naudojamos kodo vykdymo greičiui ir efektyvumui pagerinti.

Skirtingi varikliai naudoja įvairias technikas ir algoritmus, todėl jų našumo profiliai skiriasi. Tokie veiksniai kaip JIT (Just-In-Time) kompiliavimas, šiukšlių surinkimo strategijos ir specifinių kodo šablonų optimizavimas vaidina svarbų vaidmenį.

Varžovai: V8, SpiderMonkey ir JavaScriptCore

V8

V8, sukurtas Google, yra JavaScript variklis, naudojamas Chrome naršyklėje ir Node.js. Jis žinomas dėl savo greičio ir agresyvių optimizavimo strategijų. Pagrindinės V8 savybės:

• Full-codegen: Pradinis kompiliatorius, kuris generuoja mašininį kodą iš JavaScript.
• Crankshaft: Optimizuojantis kompiliatorius, kuris perkompiliuoja karštas funkcijas, siekdamas pagerinti našumą. (Nors didžiąja dalimi pakeistas Turbofan, svarbu suprasti jo istorinį kontekstą.)
• Turbofan: Modernus V8 optimizuojantis kompiliatorius, sukurtas didesniam našumui ir lengvesniam palaikymui. Jis naudoja lankstesnį ir galingesnį optimizavimo procesą nei Crankshaft.
• Orinoco: V8 kartų, lygiagretus ir konkurentinis šiukšlių surinkėjas, sukurtas minimizuoti pauzes ir pagerinti bendrą reakcijos laiką.
• Ignition: V8 interpretatorius ir baitkodas.

V8 daugiapakopis požiūris leidžia jam greitai pradėti vykdyti kodą, o vėliau jį optimizuoti, kai identifikuojamos našumui svarbios dalys. Jo modernus šiukšlių surinkėjas sumažina pauzes, užtikrindamas sklandesnę vartotojo patirtį.

Pavyzdys: V8 puikiai tinka sudėtingoms vieno puslapio programoms (SPA) ir serverio programoms, sukurtoms su Node.js, kur jo greitis ir efektyvumas yra itin svarbūs.

SpiderMonkey

SpiderMonkey yra Mozilla sukurtas JavaScript variklis, kuris veikia Firefox naršyklėje. Jis turi ilgą istoriją ir didelį dėmesį skiria interneto standartų atitikčiai. Pagrindinės SpiderMonkey savybės:

• Interpretatorius: Iš pradžių vykdo JavaScript kodą.
• IonMonkey: SpiderMonkey optimizuojantis kompiliatorius, kuris kompiliuoja dažnai vykdomą kodą į labai optimizuotą mašininį kodą.
• WarpBuilder: Bazinės linijos kompiliatorius, skirtas pagerinti paleidimo laiką. Jis yra tarp interpretatoriaus ir IonMonkey.
• Šiukšlių surinkėjas: SpiderMonkey naudoja kartų šiukšlių surinkėją efektyviam atminties valdymui.

SpiderMonkey prioritetas yra balansas tarp našumo ir standartų atitikties. Jo inkrementinio kompiliavimo strategija leidžia greitai pradėti vykdyti kodą, tuo pačiu pasiekiant didelį našumo prieaugį per optimizavimą.

Pavyzdys: SpiderMonkey puikiai tinka interneto programoms, kurios labai priklauso nuo JavaScript ir reikalauja griežto interneto standartų laikymosi.

JavaScriptCore

JavaScriptCore (taip pat žinomas kaip Nitro) yra Apple sukurtas JavaScript variklis, naudojamas Safari naršyklėje. Jis žinomas dėl savo dėmesio energijos efektyvumui ir integracijai su WebKit atvaizdavimo varikliu. Pagrindinės JavaScriptCore savybės:

• LLInt (Low-Level Interpreter): Pradinis JavaScript kodo interpretatorius.
• DFG (Data Flow Graph): JavaScriptCore pirmojo lygio optimizuojantis kompiliatorius.
• FTL (Faster Than Light): JavaScriptCore antrojo lygio optimizuojantis kompiliatorius, kuris generuoja labai optimizuotą mašininį kodą naudojant LLVM.
• B3: Naujas žemo lygio vidinis kompiliatorius (backend), kuris tarnauja kaip pagrindas FTL.
• Šiukšlių surinkėjas: JavaScriptCore naudoja kartų šiukšlių surinkėją su technikomis, skirtomis sumažinti atminties pėdsaką ir minimizuoti pauzes.

JavaScriptCore siekia suteikti sklandžią ir jautrią vartotojo patirtį, tuo pačiu sumažinant energijos suvartojimą, todėl jis ypač tinka mobiliesiems įrenginiams.

Pavyzdys: JavaScriptCore yra optimizuotas interneto programoms ir svetainėms, pasiekiamoms Apple įrenginiuose, pavyzdžiui, iPhone ir iPad.

Našumo lyginamieji testai ir palyginimai

JavaScript variklio našumo matavimas yra sudėtinga užduotis. Naudojami įvairūs lyginamieji testai (benchmarks) skirtingiems variklio našumo aspektams įvertinti, įskaitant:

• Speedometer: Matuoja simuliuotų interneto programų našumą, atspindintį realaus pasaulio darbo krūvius.
• Octane (pasenęs, bet istoriškai svarbus): Testų rinkinys, skirtas įvairiems JavaScript našumo aspektams matuoti.
• JetStream: Lyginamųjų testų rinkinys, skirtas pažangių interneto programų našumui matuoti.
• Realaus pasaulio programos: Našumo testavimas tikrose programose suteikia realiausius rezultatus.

Bendros našumo tendencijos:

• V8: Paprastai veikia labai gerai atliekant skaičiavimams imlias užduotis ir dažnai pirmauja tokiuose testuose kaip Octane ir JetStream. Jo agresyvios optimizavimo strategijos prisideda prie greičio.
• SpiderMonkey: Siūlo gerą našumo ir standartų atitikties balansą. Jis dažnai konkuruoja su V8, ypač testuose, kurie pabrėžia realaus pasaulio interneto programų darbo krūvius.
• JavaScriptCore: Dažnai pranoksta testuose, kurie matuoja atminties valdymą ir energijos efektyvumą. Jis optimizuotas specifiniams Apple įrenginių poreikiams.

Svarbūs aspektai:

• Lyginamųjų testų apribojimai: Lyginamieji testai suteikia vertingų įžvalgų, bet ne visada tiksliai atspindi realaus pasaulio našumą. Naudojamas konkretus testas gali ženkliai paveikti rezultatus.
• Aparatinės įrangos skirtumai: Aparatinės įrangos konfigūracijos gali paveikti našumą. Vykdant testus skirtinguose įrenginiuose galima gauti skirtingus rezultatus.
• Variklio atnaujinimai: JavaScript varikliai nuolat tobulėja. Našumo charakteristikos gali keistis su kiekviena nauja versija.
• Kodo optimizavimas: Gerai parašytas JavaScript kodas gali žymiai pagerinti našumą, nepriklausomai nuo naudojamo variklio.

Pagrindiniai našumo veiksniai

Keletas veiksnių daro įtaką JavaScript variklio našumui:

• JIT kompiliavimas: „Just-In-Time“ (JIT) kompiliavimas yra esminė optimizavimo technika. Varikliai identifikuoja karštąsias kodo vietas ir kompiliuoja jas į mašininį kodą greitesniam vykdymui. JIT kompiliatoriaus efektyvumas ženkliai veikia našumą. V8 Turbofan ir SpiderMonkey IonMonkey yra galingų JIT kompiliatorių pavyzdžiai.
• Šiukšlių surinkimas: Šiukšlių surinkimas valdo atmintį automatiškai atlaisvindamas objektus, kurie nebėra naudojami. Efektyvus šiukšlių surinkimas yra būtinas siekiant išvengti atminties nutekėjimų ir minimizuoti pauzes, kurios gali sutrikdyti vartotojo patirtį. Kartų šiukšlių surinkėjai yra dažnai naudojami efektyvumui pagerinti.
• Įterptinis podėliavimas (Inline Caching): Tai technika, kuri optimizuoja savybių prieigą. Varikliai išsaugo savybių paieškos rezultatus, kad nereikėtų kartoti tų pačių operacijų.
• Paslėptos klasės: Paslėptos klasės naudojamos objektų savybių prieigai optimizuoti. Varikliai sukuria paslėptas klases pagal objektų struktūrą, leisdami greičiau atlikti savybių paiešką.
• Optimizavimo anuliavimas: Kai pasikeičia objekto struktūra, varikliui gali tekti anuliuoti anksčiau optimizuotą kodą. Dažnas optimizavimo anuliavimas gali neigiamai paveikti našumą.

JavaScript kodo optimizavimo technikos

Nepriklausomai nuo naudojamo JavaScript variklio, jūsų JavaScript kodo optimizavimas gali ženkliai pagerinti našumą. Štai keletas praktinių patarimų:

• Minimizuokite DOM manipuliacijas: DOM manipuliavimas dažnai yra našumo kliūtis. Grupuokite DOM atnaujinimus ir venkite nereikalingų perkomponavimų (reflows) ir perpiešimų (repaints). Naudokite technikas, tokias kaip dokumento fragmentai, efektyvumui pagerinti. Pavyzdžiui, vietoj to, kad ciklo metu po vieną pridėtumėte elementus į DOM, sukurkite dokumento fragmentą, pridėkite elementus į jį, o tada pridėkite fragmentą į DOM.
• Naudokite efektyvias duomenų struktūras: Pasirinkite tinkamas duomenų struktūras užduočiai. Pavyzdžiui, naudokite Sets ir Maps vietoj Arrays efektyviai paieškai ir unikalumo tikrinimui. Apsvarstykite TypedArrays naudojimą skaitmeniniams duomenims, kai našumas yra kritiškai svarbus.
• Venkite globalių kintamųjų: Prieiga prie globalių kintamųjų paprastai yra lėtesnė nei prieiga prie lokalinių kintamųjų. Minimizuokite globalių kintamųjų naudojimą ir naudokite uždaras funkcijas (closures) privačioms sritims sukurti.
• Optimizuokite ciklus: Optimizuokite ciklus minimizuodami skaičiavimus ciklo viduje ir išsaugodami podėlyje vertes, kurios naudojamos pakartotinai. Naudokite efektyvias ciklų konstrukcijas, tokias kaip `for...of` iteruoti per iteruojamus objektus.
• Debouncing ir Throttling: Naudokite „debouncing“ ir „throttling“ technikas, kad apribotumėte funkcijų iškvietimų dažnį, ypač įvykių apdorojimo funkcijose (event handlers). Tai gali užkirsti kelią našumo problemoms, kurias sukelia greitai suveikiantys įvykiai. Pavyzdžiui, naudokite šias technikas su slinkties (scroll) ar dydžio keitimo (resize) įvykiais.
• Web Workers: Perkelkite skaičiavimams imlias užduotis į Web Workers, kad neužblokuotumėte pagrindinės gijos. Web Workers veikia fone, leisdami vartotojo sąsajai likti jautriai. Pavyzdžiui, sudėtingas vaizdų apdorojimas ar duomenų analizė gali būti atliekama Web Worker.
• Kodo skaidymas (Code Splitting): Suskaidykite savo kodą į mažesnes dalis ir įkelkite jas pagal poreikį. Tai gali sumažinti pradinį įkėlimo laiką ir pagerinti suvokiamą jūsų programos našumą. Įrankiai, tokie kaip Webpack ir Parcel, gali būti naudojami kodo skaidymui.
• Podėliavimas (Caching): Pasinaudokite naršyklės podėliavimu statiniams ištekliams saugoti ir sumažinkite užklausų skaičių į serverį. Naudokite tinkamas podėlio antraštes (cache headers), kad kontroliuotumėte, kiek laiko ištekliai yra saugomi podėlyje.

Realaus pasaulio pavyzdžiai ir atvejo analizės

1 atvejo analizė: Didelės interneto programos optimizavimas

Didelė el. prekybos svetainė susidūrė su našumo problemomis dėl lėto pradinio įkėlimo laiko ir vangių vartotojo sąveikų. Kūrėjų komanda išanalizavo programą ir nustatė kelias tobulinimo sritis:

• Paveikslėlių optimizavimas: Optimizavo paveikslėlius naudodami suspaudimo technikas ir prisitaikančius paveikslėlius, kad sumažintų failų dydžius.
• Kodo skaidymas: Įdiegė kodo skaidymą, kad kiekvienam puslapiui būtų įkeliamas tik būtinas JavaScript kodas.
• Debouncing: Panaudojo „debouncing“, kad apribotų paieškos užklausų dažnį.
• Podėliavimas: Pasinaudojo naršyklės podėliavimu statiniams ištekliams saugoti.

Šie optimizavimai lėmė reikšmingą programos našumo pagerėjimą, greitesnį įkėlimo laiką ir jautresnę vartotojo patirtį.

2 atvejo analizė: Našumo gerinimas mobiliuosiuose įrenginiuose

Mobili interneto programa susidūrė su našumo problemomis senesniuose įrenginiuose. Kūrėjų komanda sutelkė dėmesį į programos optimizavimą mobiliesiems įrenginiams:

• Sumažintos DOM manipuliacijos: Sumažino DOM manipuliacijas ir naudojo technikas, tokias kaip virtualus DOM, efektyvumui pagerinti.
• Panaudoti Web Workers: Perkelė skaičiavimams imlias užduotis į Web Workers, kad neužblokuotų pagrindinės gijos.
• Optimizuotos animacijos: Naudojo CSS perėjimus ir animacijas vietoj JavaScript animacijų geresniam našumui.
• Sumažintas atminties naudojimas: Optimizavo atminties naudojimą vengdami nereikalingo objektų kūrimo ir naudodami efektyvias duomenų struktūras.

Šie optimizavimai lėmė sklandesnę ir jautresnę patirtį mobiliuosiuose įrenginiuose, net ir senesnėje aparatinėje įrangoje.

JavaScript variklių ateitis

JavaScript varikliai nuolat tobulėja, vyksta nuolatiniai tyrimai ir plėtra, siekiant pagerinti našumą, saugumą ir funkcijas. Kai kurios pagrindinės tendencijos:

• WebAssembly (Wasm): WebAssembly yra dvejetainis instrukcijų formatas, leidžiantis kūrėjams naršyklėje paleisti kodą, parašytą kitomis kalbomis, pavyzdžiui, C++ ir Rust, beveik natūraliu greičiu. WebAssembly gali būti naudojamas skaičiavimams imlių užduočių našumui pagerinti ir esamų kodų bazių perkėlimui į internetą.
• Šiukšlių surinkimo tobulinimai: Tęsiami tyrimai ir plėtra šiukšlių surinkimo technikų srityje, siekiant minimizuoti pauzes ir pagerinti atminties valdymą. Dėmesys skiriamas konkurentiniam ir lygiagrečiam šiukšlių surinkimui.
• Pažangios optimizavimo technikos: Tiriamos naujos optimizavimo technikos, tokios kaip profiliu pagrįstas optimizavimas ir spekuliatyvus vykdymas, siekiant dar labiau pagerinti našumą.
• Saugumo patobulinimai: Nuolatinės pastangos gerinti JavaScript variklių saugumą ir apsisaugoti nuo pažeidžiamumų.

Išvada

V8, SpiderMonkey ir JavaScriptCore yra galingi JavaScript varikliai, turintys savo stipriąsias ir silpnąsias puses. V8 pasižymi greičiu ir optimizavimu, SpiderMonkey siūlo našumo ir standartų atitikties balansą, o JavaScriptCore orientuojasi į energijos efektyvumą. Šių variklių našumo charakteristikų supratimas ir optimizavimo technikų taikymas jūsų kodui gali ženkliai pagerinti jūsų interneto programų našumą. Nuolat stebėkite savo programų našumą ir sekite naujausius pasiekimus JavaScript variklių technologijų srityje, kad užtikrintumėte sklandžią ir jautrią vartotojo patirtį savo vartotojams visame pasaulyje.