JavaScript V8 paslėptų klasių perėjimai: objektų savybių optimizavimas

JavaScript, kaip dinamiškai tipizuota kalba, suteikia programuotojams neįtikėtiną lankstumą. Tačiau šis lankstumas susijęs su našumo aspektais. V8 JavaScript variklis, naudojamas Chrome, Node.js ir kitose aplinkose, taiko sudėtingas technikas JavaScript kodo vykdymui optimizuoti. Vienas iš svarbiausių šio optimizavimo aspektų yra paslėptų klasių naudojimas. Suprasti, kaip veikia paslėptos klasės ir kaip savybių perėjimai jas veikia, yra būtina norint rašyti našų JavaScript kodą.

Kas yra paslėptos klasės?

Statiškai tipizuotose kalbose, tokiose kaip C++ ar Java, objektų išdėstymas atmintyje yra žinomas kompiliavimo metu. Tai leidžia tiesiogiai pasiekti objekto savybes naudojant fiksuotus poslinkius. Tačiau JavaScript objektai yra dinamiški; savybes galima pridėti ar pašalinti vykdymo metu. Siekdamas išspręsti šią problemą, V8 naudoja paslėptas klases, taip pat žinomas kaip formos (shapes) ar žemėlapiai (maps), kad atvaizduotų JavaScript objektų struktūrą.

Paslėpta klasė iš esmės aprašo objekto savybes, įskaitant:

• Savybių pavadinimus.
• Tvarką, kuria savybės buvo pridėtos.
• Atminties poslinkį kiekvienai savybei.
• Informaciją apie savybių tipus (nors JavaScript yra dinamiškai tipizuota, V8 bando nuspėti tipus).

Kai sukuriamas naujas objektas, V8 priskiria jam paslėptą klasę pagal jo pradines savybes. Objektai, turintys tą pačią struktūrą (tos pačios savybės ta pačia tvarka), dalijasi ta pačia paslėpta klase. Tai leidžia V8 optimizuoti savybių prieigą naudojant fiksuotus poslinkius, panašiai kaip statiškai tipizuotose kalbose.

Kaip paslėptos klasės pagerina našumą

Pagrindinė paslėptų klasių nauda yra efektyvi savybių prieiga. Be paslėptų klasių, kiekvienai savybės prieigai reikėtų žodyno paieškos, o tai yra žymiai lėčiau. Su paslėptomis klasėmis V8 gali naudoti paslėptą klasę, kad nustatytų savybės atminties poslinkį ir pasiektų ją tiesiogiai, o tai lemia daug greitesnį vykdymą.

Įterptiniai kešai (Inline Caches – ICs): Paslėptos klasės yra pagrindinis įterptinių kešų komponentas. Kai V8 vykdo funkciją, kuri pasiekia objekto savybę, jis prisimena objekto paslėptą klasę. Kitą kartą, kai funkcija iškviečiama su tos pačios paslėptos klasės objektu, V8 gali naudoti podėlyje esantį poslinkį, kad tiesiogiai pasiektų savybę, išvengiant paieškos poreikio. Tai ypač efektyvu dažnai vykdomame kode, kas lemia didelį našumo padidėjimą.

Paslėptų klasių perėjimai

Dinamiška JavaScript prigimtis reiškia, kad objektai gali keisti savo struktūrą per savo gyvavimo ciklą. Kai pridedamos, ištrinamos savybės arba pakeičiama jų tvarka, objekto paslėpta klasė turi pereiti į naują paslėptą klasę. Šie paslėptų klasių perėjimai gali paveikti našumą, jei nėra tvarkomi atsargiai.

Panagrinėkime šį pavyzdį:

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

const p1 = new Point(10, 20);
const p2 = new Point(30, 40);

Šiuo atveju, tiek p1, tiek p2 iš pradžių dalinsis ta pačia paslėpta klase, nes jie turi tas pačias savybes (x ir y), pridėtas ta pačia tvarka.

Dabar pakeiskime vieną iš objektų:

p1.z = 50;

Pridėjus savybę z prie p1, bus inicijuotas paslėptos klasės perėjimas. Dabar p1 turės kitokią paslėptą klasę nei p2. V8 sukuria naują paslėptą klasę, išvestą iš pradinės, bet su pridėta savybe z. Pradinė Point objektų paslėpta klasė dabar turės perėjimų medį, rodantį į naują paslėptą klasę objektams su z savybe.

Perėjimų grandinės: Kai pridedate savybes skirtinga tvarka, tai gali sukurti ilgas perėjimų grandines. Pavyzdžiui:

const obj1 = {};
obj1.a = 1;
obj1.b = 2;

const obj2 = {};
obj2.b = 2;
obj2.a = 1;

Šiuo atveju, obj1 ir obj2 turės skirtingas paslėptas klases, ir V8 gali nepavykti optimizuoti savybių prieigos taip efektyviai, tarsi jie dalintųsi ta pačia paslėpta klase.

Paslėptų klasių perėjimų poveikis našumui

Pernelyg dažni paslėptų klasių perėjimai gali neigiamai paveikti našumą keliais būdais:

• Padidėjęs atminties naudojimas: Kiekviena nauja paslėpta klasė naudoja atmintį. Sukūrus daug skirtingų paslėptų klasių, gali atsirasti atminties išsipūtimas.
• Podėlio (cache) nepataikymai: Įterptiniai kešai remiasi tuo, kad objektai turi tą pačią paslėptą klasę. Dažni paslėptų klasių perėjimai gali lemti podėlio nepataikymus, priverčiant V8 atlikti lėtesnes savybių paieškas.
• Polimorfizmo problemos: Kai funkcija iškviečiama su skirtingų paslėptų klasių objektais, V8 gali tekti generuoti kelias funkcijos versijas, optimizuotas kiekvienai paslėptai klasei. Tai vadinama polimorfizmu, ir nors V8 gali jį valdyti, per didelis polimorfizmas gali padidinti kodo dydį ir kompiliavimo laiką.

Geriausios praktikos, siekiant sumažinti paslėptų klasių perėjimus

Štai keletas geriausių praktikų, padedančių sumažinti paslėptų klasių perėjimus ir optimizuoti jūsų JavaScript kodą:

1. Inicializuokite visas objekto savybes konstruktoriuje: Jei žinote, kokias savybes turės objektas, inicializuokite jas konstruktoriuje. Tai užtikrina, kad visi to paties tipo objektai prasidės su ta pačia paslėpta klase.

function Person(name, age) {
 this.name = name;
 this.age = age;
}

const person1 = new Person("Alice", 30);
const person2 = new Person("Bob", 25);

2. Pridėkite savybes ta pačia tvarka: Visada pridėkite savybes objektams ta pačia tvarka. Tai padeda užtikrinti, kad to paties loginio tipo objektai dalintųsi ta pačia paslėpta klase.

const obj1 = {};
obj1.a = 1;
obj1.b = 2;

const obj2 = {};
obj2.a = 3;
obj2.b = 4;

3. Venkite trinti savybes: Savybių trynimas gali sukelti paslėptų klasių perėjimus. Jei įmanoma, venkite trinti savybes arba vietoj to nustatykite joms null arba undefined reikšmę.

const obj = { a: 1, b: 2 };
// Venkite: delete obj.a;
obj.a = null; // Pageidautina

4. Naudokite objektų literatus statiniams objektams: Kuriant objektus su žinoma, fiksuota struktūra, naudokite objektų literatus. Tai leidžia V8 sukurti paslėptą klasę iš anksto ir išvengti perėjimų.

const config = { apiUrl: "https://api.example.com", timeout: 5000 };

5. Apsvarstykite klasių (ES6) naudojimą: Nors ES6 klasės yra sintaksinis cukrus virš prototipais pagrįsto paveldėjimo, jos gali padėti užtikrinti nuoseklią objekto struktūrą ir sumažinti paslėptų klasių perėjimus.

class Employee {
 constructor(name, salary) {
 this.name = name;
 this.salary = salary;
 }
}

const emp1 = new Employee("John Doe", 60000);
const emp2 = new Employee("Jane Smith", 70000);

6. Būkite atidūs polimorfizmui: Kuriant funkcijas, kurios veikia su objektais, stenkitės užtikrinti, kad jos būtų kuo dažniau kviečiamos su tos pačios paslėptos klasės objektais. Jei reikia, apsvarstykite galimybę sukurti specializuotas funkcijos versijas skirtingiems objektų tipams.

Pavyzdys (Polimorfizmo vengimas):

function processPoint(point) {
 console.log(point.x, point.y);
}

function processCircle(circle) {
 console.log(circle.x, circle.y, circle.radius);
}

const point = { x: 10, y: 20 };
const circle = { x: 30, y: 40, radius: 5 };

processPoint(point);
processCircle(circle);

// Vietoj vienos polimorfinės funkcijos:
// function processShape(shape) { ... }

7. Naudokite įrankius našumo analizei: V8 teikia įrankius, tokius kaip Chrome DevTools, skirtus jūsų JavaScript kodo našumui analizuoti. Galite naudoti šiuos įrankius, kad nustatytumėte paslėptų klasių perėjimus ir kitas našumo problemas.

Realaus pasaulio pavyzdžiai ir tarptautiniai aspektai

Paslėptų klasių optimizavimo principai taikomi universaliai, nepriklausomai nuo konkrečios pramonės šakos ar geografinės vietos. Tačiau šių optimizacijų poveikis gali būti labiau pastebimas tam tikruose scenarijuose:

• Interneto aplikacijos su sudėtingais duomenų modeliais: Aplikacijos, kurios manipuliuoja dideliais duomenų kiekiais, pavyzdžiui, el. prekybos platformos ar finansinės informacijos skydeliai, gali gauti didelę naudą iš paslėptų klasių optimizavimo. Pavyzdžiui, apsvarstykite el. prekybos svetainę, kuri rodo produktų informaciją. Kiekvienas produktas gali būti atvaizduotas kaip JavaScript objektas su savybėmis, tokiomis kaip pavadinimas, kaina, aprašymas ir paveikslėlio URL. Užtikrinus, kad visi produktų objektai turi tą pačią struktūrą, aplikacija gali pagerinti produktų sąrašų atvaizdavimo ir produktų detalių rodymo našumą. Tai svarbu šalyse su lėtesniu interneto ryšiu, nes optimizuotas kodas gali žymiai pagerinti vartotojo patirtį.
• Node.js serverio dalys (backends): Node.js aplikacijos, kurios apdoroja didelį užklausų srautą, taip pat gali gauti naudos iš paslėptų klasių optimizavimo. Pavyzdžiui, API galinis taškas, kuris grąžina vartotojų profilius, gali optimizuoti duomenų serializavimo ir siuntimo našumą užtikrinant, kad visi vartotojų profilių objektai turi tą pačią paslėptą klasę. Tai ypač svarbu regionuose, kuriuose plačiai naudojami mobilieji įrenginiai, nes serverio dalies našumas tiesiogiai veikia mobiliųjų programėlių reakcijos greitį.
• Žaidimų kūrimas: JavaScript vis dažniau naudojamas žaidimų kūrime, ypač internetiniams žaidimams. Žaidimų varikliai dažnai remiasi sudėtingomis objektų hierarchijomis, kad atvaizduotų žaidimo objektus. Paslėptų klasių optimizavimas gali pagerinti žaidimo logikos ir atvaizdavimo našumą, todėl žaidimas veikia sklandžiau.
• Duomenų vizualizavimo bibliotekos: Bibliotekos, kurios generuoja diagramas ir grafikus, tokios kaip D3.js ar Chart.js, taip pat gali gauti naudos iš paslėptų klasių optimizavimo. Šios bibliotekos dažnai manipuliuoja dideliais duomenų rinkiniais ir kuria daug grafinių objektų. Optimizuojant šių objektų struktūrą, bibliotekos gali pagerinti sudėtingų vizualizacijų atvaizdavimo našumą.

Pavyzdys: el. prekybos produktų rodymas (tarptautiniai aspektai)

Įsivaizduokite el. prekybos platformą, aptarnaujančią klientus įvairiose šalyse. Produkto duomenys gali apimti tokias savybes:

• name (išverstas į kelias kalbas)
• price (rodoma vietine valiuta)
• description (išverstas į kelias kalbas)
• imageUrl
• availableSizes (kintantys priklausomai nuo regiono)

Siekdama optimizuoti našumą, platforma turėtų užtikrinti, kad visi produktų objektai, nepriklausomai nuo kliento buvimo vietos, turėtų tą patį savybių rinkinį, net jei kai kurios savybės tam tikriems produktams yra tuščios arba lygios `null`. Tai sumažina paslėptų klasių perėjimus ir leidžia V8 efektyviai pasiekti produktų duomenis. Platforma taip pat galėtų apsvarstyti galimybę naudoti skirtingas paslėptas klases produktams su skirtingais atributais, kad sumažintų atminties pėdsaką. Skirtingų klasių naudojimas galėtų reikalauti daugiau šakojimosi kode, todėl reikėtų atlikti lyginamąją analizę, kad patvirtintumėte bendrą našumo naudą.

Pažangios technikos ir aspektai

Be pagrindinių geriausių praktikų, yra keletas pažangių technikų ir aspektų, skirtų paslėptoms klasėms optimizuoti:

• Objektų telkimas (Object Pooling): Dažnai kuriamiems ir naikinamiems objektams apsvarstykite galimybę naudoti objektų telkimą, kad pernaudotumėte esamus objektus, o ne kurtumėte naujus. Tai gali sumažinti atminties paskirstymo ir šiukšlių surinkimo sąnaudas, taip pat sumažinti paslėptų klasių perėjimus.
• Išankstinis paskirstymas (Pre-allocation): Jei iš anksto žinote, kiek objektų jums reikės, iš anksto juos paskirstykite, kad išvengtumėte dinaminio paskirstymo ir galimų paslėptų klasių perėjimų vykdymo metu.
• Tipų užuominos (Type Hints): Nors JavaScript yra dinamiškai tipizuota, V8 gali pasinaudoti tipų užuominomis. Galite naudoti komentarus ar anotacijas, kad suteiktumėte V8 informacijos apie kintamųjų ir savybių tipus, o tai gali padėti priimti geresnius optimizavimo sprendimus. Tačiau per daug pasikliauti tuo paprastai nerekomenduojama.
• Profiliavimas ir lyginamoji analizė (Benchmarking): Svarbiausias optimizavimo įrankis yra profiliavimas ir lyginamoji analizė. Naudokite Chrome DevTools ar kitus profiliavimo įrankius, kad nustatytumėte našumo problemas savo kode ir išmatuotumėte optimizacijų poveikį. Nedarykite prielaidų; visada matuokite.

Paslėptos klasės ir JavaScript karkasai

Šiuolaikiniai JavaScript karkasai, tokie kaip React, Angular ir Vue.js, dažnai taiko technikas, skirtas optimizuoti objektų kūrimą ir savybių prieigą. Tačiau vis tiek svarbu žinoti apie paslėptų klasių perėjimus ir taikyti aukščiau aprašytas geriausias praktikas. Karkasai gali padėti, bet jie nepanaikina poreikio rašyti kodą atsargiai. Šie karkasai turi savo našumo ypatybes, kurias reikia suprasti.

Išvada

Suprasti paslėptas klases ir savybių perėjimus V8 variklyje yra labai svarbu norint rašyti našų JavaScript kodą. Laikydamiesi šiame straipsnyje aprašytų geriausių praktikų, galite sumažinti paslėptų klasių perėjimus, pagerinti savybių prieigos našumą ir galiausiai sukurti greitesnes ir efektyvesnes interneto aplikacijas, Node.js serverio dalis ir kitą JavaScript pagrindu veikiančią programinę įrangą. Nepamirškite visada profiliuoti ir atlikti lyginamąją analizę savo kodui, kad išmatuotumėte optimizacijų poveikį ir užtikrintumėte, kad priimate teisingus kompromisus. Nors JavaScript dinamiška prigimtis suteikia lankstumo, strateginis optimizavimas, išnaudojant V8 vidinius veikimo principus, užtikrina programuotojo judrumo ir išskirtinio našumo derinį. Nuolatinis mokymasis ir prisitaikymas prie naujų variklio patobulinimų yra gyvybiškai svarbūs ilgalaikiam JavaScript įvaldymui ir optimaliam našumui įvairiuose pasauliniuose kontekstuose.

Papildoma literatūra

• V8 dokumentacija: [Nuoroda į oficialią V8 dokumentaciją – pakeisti, kai bus prieinama]
• Chrome DevTools dokumentacija: [Nuoroda į Chrome DevTools dokumentaciją – pakeisti, kai bus prieinama]
• Našumo optimizavimo straipsniai: ieškokite internete straipsnių ir tinklaraščio įrašų apie JavaScript našumo optimizavimą.