JavaScript mikrooptimizācijas: V8 dzinēja veiktspējas uzlabošana globālām lietojumprogrammām

Mūsdienu savstarpēji saistītajā pasaulē tiek sagaidīts, ka tīmekļa lietojumprogrammas nodrošinās zibensātru veiktspēju dažādās ierīcēs un tīkla apstākļos. JavaScript, būdama tīmekļa valoda, spēlē izšķirošu lomu šī mērķa sasniegšanā. JavaScript koda optimizēšana vairs nav greznība, bet gan nepieciešamība, lai nodrošinātu nevainojamu lietotāja pieredzi globālai auditorijai. Šī visaptverošā rokasgrāmata iedziļinās JavaScript mikrooptimizāciju pasaulē, īpaši koncentrējoties uz V8 dzinēju, kas darbina Chrome, Node.js un citas populāras platformas. Izprotot V8 dzinēja darbību un pielietojot mērķtiecīgas mikrooptimizācijas metodes, jūs varat ievērojami uzlabot savas lietojumprogrammas ātrumu un efektivitāti, nodrošinot patīkamu pieredzi lietotājiem visā pasaulē.

Izpratne par V8 dzinēju

Pirms iedziļināties konkrētās mikrooptimizācijās, ir svarīgi saprast V8 dzinēja pamatus. V8 ir augstas veiktspējas JavaScript un WebAssembly dzinējs, ko izstrādājis Google. Atšķirībā no tradicionālajiem interpretatoriem, V8 kompilē JavaScript kodu tieši mašīnkodā pirms tā izpildes. Šī Just-In-Time (JIT) kompilēšana ļauj V8 sasniegt ievērojamu veiktspēju.

V8 arhitektūras galvenie jēdzieni

• Parseris: Pārveido JavaScript kodu par Abstraktu sintakses koku (AST).
• Ignition: Interpretators, kas izpilda AST un vāc tipu atgriezenisko saiti.
• TurboFan: Augsti optimizējošs kompilators, kas izmanto tipu atgriezenisko saiti no Ignition, lai ģenerētu optimizētu mašīnkodu.
• Atkritumu savācējs: Pārvalda atmiņas piešķiršanu un atbrīvošanu, novēršot atmiņas noplūdes.
• Iekļautā kešatmiņa (IC): Būtiska optimizācijas tehnika, kas kešatmiņā saglabā īpašību piekļuves un funkciju izsaukumu rezultātus, paātrinot turpmākās izpildes.

Ir ļoti svarīgi izprast V8 dinamisko optimizācijas procesu. Sākotnēji dzinējs izpilda kodu, izmantojot Ignition interpretatoru, kas ir salīdzinoši ātrs sākotnējai izpildei. Darbības laikā Ignition vāc informāciju par koda tipiem, piemēram, mainīgo tipiem un objektiem, ar kuriem tiek veiktas manipulācijas. Šī tipu informācija tiek nodota TurboFan, optimizējošajam kompilatoram, kas to izmanto, lai ģenerētu augsti optimizētu mašīnkodu. Ja tipu informācija mainās izpildes laikā, TurboFan var deoptimizēt kodu un atgriezties pie interpretatora. Šī deoptimizācija var būt dārga, tāpēc ir svarīgi rakstīt kodu, kas palīdz V8 saglabāt optimizēto kompilāciju.

Mikrooptimizācijas metodes V8 dzinējam

Mikrooptimizācijas ir nelielas izmaiņas jūsu kodā, kurām var būt ievērojama ietekme uz veiktspēju, kad to izpilda V8 dzinējs. Šīs optimizācijas bieži ir smalkas un var nebūt uzreiz pamanāmas, bet kopumā tās var veicināt būtisku veiktspējas pieaugumu.

1. Tipu stabilitāte: Izvairīšanās no slēptajām klasēm un polimorfisma

Viens no svarīgākajiem faktoriem, kas ietekmē V8 veiktspēju, ir tipu stabilitāte. V8 izmanto slēptās klases, lai attēlotu objektu struktūru. Mainoties objekta īpašībām, V8 var nākties izveidot jaunu slēpto klasi, kas var būt dārgi. Arī polimorfisms, kur viena un tā pati darbība tiek veikta ar dažādu tipu objektiem, var traucēt optimizāciju. Saglabājot tipu stabilitāti, jūs varat palīdzēt V8 ģenerēt efektīvāku mašīnkodu.

Piemērs: Objektu veidošana ar konsekventām īpašībām

Slikti:

 const obj1 = {};
 obj1.x = 10;
 obj1.y = 20;

 const obj2 = {};
 obj2.y = 20;
 obj2.x = 10;

Šajā piemērā `obj1` un `obj2` ir vienādas īpašības, bet citā secībā. Tas noved pie dažādām slēptajām klasēm, ietekmējot veiktspēju. Lai gan cilvēkam secība ir loģiski vienāda, dzinējs tos uztvers kā pilnīgi atšķirīgus objektus.

Labi:

 const obj1 = { x: 10, y: 20 };
 const obj2 = { x: 10, y: 20 };

Inicializējot īpašības tādā pašā secībā, jūs nodrošināt, ka abi objekti dala vienu un to pašu slēpto klasi. Alternatīvi, jūs varat deklarēt objekta struktūru pirms vērtību piešķiršanas:

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

 const obj1 = new Point(10, 20);
 const obj2 = new Point(10, 20);

Konstruktora funkcijas izmantošana garantē konsekventu objekta struktūru.

Piemērs: Izvairīšanās no polimorfisma funkcijās

Slikti:

 function process(obj) {
 return obj.x + obj.y;
 }

 const obj1 = { x: 10, y: 20 };
 const obj2 = { x: "10", y: "20" };

 process(obj1); // Numbers
 process(obj2); // Strings

Šeit funkcija `process` tiek izsaukta ar objektiem, kas satur skaitļus un virknes. Tas noved pie polimorfisma, jo `+` operators darbojas atšķirīgi atkarībā no operandu tipiem. Ideālā gadījumā jūsu procesa funkcijai vajadzētu saņemt tikai viena tipa vērtības, lai nodrošinātu maksimālu optimizāciju.

Labi:

 function process(obj) {
 return obj.x + obj.y;
 }

 const obj1 = { x: 10, y: 20 };

 process(obj1); // Numbers

Nodrošinot, ka funkcija vienmēr tiek izsaukta ar objektiem, kas satur skaitļus, jūs izvairāties no polimorfisma un ļaujat V8 efektīvāk optimizēt kodu.

2. Minimizējiet īpašību piekļuves un pacelšanu (Hoisting)

Piekļuve objekta īpašībām var būt salīdzinoši dārga, it īpaši, ja īpašība nav saglabāta tieši objektā. Arī pacelšana (hoisting), kur mainīgo un funkciju deklarācijas tiek pārvietotas uz to tvēruma augšu, var radīt veiktspējas papildu slodzi. Minimizējot īpašību piekļuves un izvairoties no nevajadzīgas pacelšanas, var uzlabot veiktspēju.

Piemērs: Īpašību vērtību kešošana

Slikti:

 function calculateDistance(point1, point2) {
 const dx = point2.x - point1.x;
 const dy = point2.y - point1.y;
 return Math.sqrt(dx * dx + dy * dy);
 }

Šajā piemērā `point1.x`, `point1.y`, `point2.x` un `point2.y` tiek piekļūts vairākas reizes. Katra īpašības piekļuve rada veiktspējas izmaksas.

Labi:

 function calculateDistance(point1, point2) {
 const x1 = point1.x;
 const y1 = point1.y;
 const x2 = point2.x;
 const y2 = point2.y;
 const dx = x2 - x1;
 const dy = y2 - y1;
 return Math.sqrt(dx * dx + dy * dy);
 }

Kešojot īpašību vērtības lokālajos mainīgajos, jūs samazināt īpašību piekļuves skaitu un uzlabojat veiktspēju. Tas ir arī daudz lasāmāks.

Piemērs: Izvairīšanās no nevajadzīgas pacelšanas

Slikti:

 function example() {
 console.log(myVar);
 var myVar = 10;
 }

 example(); // Outputs: undefined

Šajā piemērā `myVar` tiek pacelts uz funkcijas tvēruma augšu, bet tas tiek inicializēts pēc `console.log` paziņojuma. Tas var novest pie negaidītas uzvedības un potenciāli traucēt optimizācijai.

Labi:

 function example() {
 var myVar = 10;
 console.log(myVar);
 }

 example(); // Outputs: 10

Inicializējot mainīgo pirms tā izmantošanas, jūs izvairāties no pacelšanas un uzlabojat koda skaidrību.

3. Optimizējiet ciklus un iterācijas

Cikli ir daudzu JavaScript lietojumprogrammu pamatelements. Ciklu optimizēšanai var būt ievērojama ietekme uz veiktspēju, it īpaši strādājot ar lieliem datu apjomiem.

Piemērs: `for` ciklu izmantošana `forEach` vietā

Slikti:

 const arr = new Array(1000000).fill(0);

 arr.forEach(item => {
 // Do something with item
 });

`forEach` ir ērts veids, kā iterēt masīvus, bet tas var būt lēnāks par tradicionālajiem `for` cikliem, jo katram elementam tiek izsaukta funkcija, kas rada papildu slodzi.

Labi:

 const arr = new Array(1000000).fill(0);

 for (let i = 0; i < arr.length; i++) {
 // Do something with arr[i]
 }

`for` cikla izmantošana var būt ātrāka, īpaši lieliem masīviem. Tas ir tāpēc, ka `for` cikliem parasti ir mazāka papildu slodze nekā `forEach` cikliem. Tomēr veiktspējas atšķirība var būt nenozīmīga mazākiem masīviem.

Piemērs: Masīva garuma kešošana

Slikti:

 const arr = new Array(1000000).fill(0);

 for (let i = 0; i < arr.length; i++) {
 // Do something with arr[i]
 }

Šajā piemērā `arr.length` tiek piekļūts katrā cikla iterācijā. To var optimizēt, kešojot garumu lokālajā mainīgajā.

Labi:

 const arr = new Array(1000000).fill(0);

 const len = arr.length;
 for (let i = 0; i < len; i++) {
 // Do something with arr[i]
 }

Kešojot masīva garumu, jūs izvairāties no atkārtotām īpašību piekļuvēm un uzlabojat veiktspēju. Tas ir īpaši noderīgi ilgiem cikliem.

4. Virkņu savienošana: Izmantojot veidņu literāļus vai masīvu apvienošanu

Virkņu savienošana ir izplatīta darbība JavaScript, bet tā var būt neefektīva, ja to nedara uzmanīgi. Atkārtota virkņu savienošana, izmantojot `+` operatoru, var radīt starpposma virknes, kas noved pie atmiņas papildu slodzes.

Piemērs: Veidņu literāļu izmantošana

Slikti:

 let str = "Hello";
 str += " ";
 str += "World";
 str += "!";

Šī pieeja rada vairākas starpposma virknes, ietekmējot veiktspēju. No atkārtotas virkņu savienošanas ciklā vajadzētu izvairīties.

Labi:

 const str = `Hello World!`;

Vienkāršai virkņu savienošanai veidņu literāļu izmantošana parasti ir daudz efektīvāka.

Alternatīvi labi (lielāku virkņu pakāpeniskai veidošanai):

 const parts = [];
 parts.push("Hello");
 parts.push(" ");
 parts.push("World");
 parts.push("!");

 const str = parts.join('');

Lai pakāpeniski veidotu lielas virknes, masīva izmantošana un pēc tam elementu apvienošana bieži ir efektīvāka nekā atkārtota virkņu savienošana. Veidņu literāļi ir optimizēti vienkāršām mainīgo aizstāšanām, savukārt masīvu apvienošana ir labāk piemērota lielām dinamiskām konstrukcijām. `parts.join('')` ir ļoti efektīvs.

5. Funkciju izsaukumu un noslēgumu (Closures) optimizēšana

Funkciju izsaukumi un noslēgumi var radīt papildu slodzi, it īpaši, ja tos izmanto pārmērīgi vai neefektīvi. Optimizējot funkciju izsaukumus un noslēgumus, var uzlabot veiktspēju.

Piemērs: Izvairīšanās no nevajadzīgiem funkciju izsaukumiem

Slikti:

 function square(x) {
 return x * x;
 }

 function calculateArea(radius) {
 return Math.PI * square(radius);
 }

Lai gan ir labi nodalīt atbildības, nevajadzīgas mazas funkcijas var uzkrāties. Kvadrāta aprēķinu iekļaušana (inlining) dažkārt var dot uzlabojumu.

Labi:

 function calculateArea(radius) {
 return Math.PI * radius * radius;
 }

Iekļaujot `square` funkciju, jūs izvairāties no funkcijas izsaukuma papildu slodzes. Tomēr esiet uzmanīgi ar koda lasāmību un uzturamību. Dažreiz skaidrība ir svarīgāka par nelielu veiktspējas ieguvumu.

Piemērs: Rūpīga noslēgumu (Closures) pārvaldība

Slikti:

 function createCounter() {
 let count = 0;
 return function() {
 count++;
 return count;
 };
 }

 const counter1 = createCounter();
 const counter2 = createCounter();

 console.log(counter1()); // Outputs: 1
 console.log(counter2()); // Outputs: 1

Noslēgumi var būt spēcīgi, bet tie var arī radīt atmiņas papildu slodzi, ja tos nepārvalda uzmanīgi. Katrs noslēgums tver mainīgos no sava apkārtējā tvēruma, kas var novērst to atbrīvošanu no atkritumu savācēja.

Labi:

 function createCounter() {
 let count = 0;
 return function() {
 count++;
 return count;
 };
 }

 const counter1 = createCounter();
 const counter2 = createCounter();

 console.log(counter1()); // Outputs: 1
 console.log(counter2()); // Outputs: 1

Šajā konkrētajā piemērā labajā gadījumā nav uzlabojumu. Galvenā atziņa par noslēgumiem ir būt uzmanīgiem, kuri mainīgie tiek tverti. Ja jums nepieciešams izmantot tikai nemainīgus datus no ārējā tvēruma, apsveriet iespēju padarīt noslēguma mainīgos par konstantēm (const).

6. Bitwise operatoru izmantošana veselu skaitļu operācijām

Bitwise operatori var būt ātrāki par aritmētiskajiem operatoriem noteiktām veselu skaitļu operācijām, īpaši tām, kas ietver 2 pakāpes. Tomēr veiktspējas ieguvums var būt minimāls un var nākt uz koda lasāmības rēķina.

Piemērs: Pārbaude, vai skaitlis ir pāra

Slikti:

 function isEven(num) {
 return num % 2 === 0;
 }

Modulo operators (`%`) var būt salīdzinoši lēns.

Labi:

 function isEven(num) {
 return (num & 1) === 0;
 }

Bitu AND operatora (`&`) izmantošana var būt ātrāka, lai pārbaudītu, vai skaitlis ir pāra. Tomēr veiktspējas atšķirība var būt nenozīmīga, un kods var būt mazāk lasāms.

7. Regulāro izteiksmju optimizēšana

Regulārās izteiksmes var būt spēcīgs rīks virkņu manipulācijai, bet tās var būt arī skaitļošanas ziņā dārgas, ja tās nav uzrakstītas uzmanīgi. Regulāro izteiksmju optimizēšana var ievērojami uzlabot veiktspēju.

Piemērs: Izvairīšanās no atpakaļejošas meklēšanas (Backtracking)

Slikti:

 const regex = /.*abc/; // Potentially slow due to backtracking
 const str = "aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaabc";
 regex.test(str);

`.*` šajā regulārajā izteiksmē var izraisīt pārmērīgu atpakaļejošu meklēšanu, īpaši garām virknēm. Atpakaļejoša meklēšana notiek, kad regulārās izteiksmes dzinējs izmēģina vairākas iespējamās atbilstības pirms neveiksmes.

Labi:

 const regex = /[^a]*abc/; // More efficient by preventing backtracking
 const str = "aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaabc";
 regex.test(str);

Izmantojot `[^a]*`, jūs neļaujat regulārās izteiksmes dzinējam nevajadzīgi veikt atpakaļejošu meklēšanu. Tas var ievērojami uzlabot veiktspēju, īpaši garām virknēm. Ņemiet vērā, ka atkarībā no ievades `^` var mainīt atbilstības uzvedību. Rūpīgi pārbaudiet savu regulāro izteiksmi.

8. WebAssembly jaudas izmantošana

WebAssembly (Wasm) ir binārs instrukciju formāts stek-bāzētai virtuālajai mašīnai. Tas ir izstrādāts kā pārnēsājams kompilācijas mērķis programmēšanas valodām, ļaujot to izvietot tīmeklī klientu un serveru lietojumprogrammām. Skaitļošanas ziņā intensīviem uzdevumiem WebAssembly var piedāvāt ievērojamus veiktspējas uzlabojumus salīdzinājumā ar JavaScript.

Piemērs: Sarežģītu aprēķinu veikšana WebAssembly

Ja jums ir JavaScript lietojumprogramma, kas veic sarežģītus aprēķinus, piemēram, attēlu apstrādi vai zinātniskas simulācijas, jūs varat apsvērt šo aprēķinu īstenošanu WebAssembly. Pēc tam jūs varat izsaukt WebAssembly kodu no savas JavaScript lietojumprogrammas.

JavaScript:

 // Call the WebAssembly function
 const result = wasmModule.exports.calculate(input);

WebAssembly (Piemērs, izmantojot AssemblyScript):

 export function calculate(input: i32): i32 {
 // Perform complex calculations
 return result;
 }

WebAssembly var nodrošināt gandrīz dzimtās valodas veiktspēju skaitļošanas ziņā intensīviem uzdevumiem, padarot to par vērtīgu rīku JavaScript lietojumprogrammu optimizēšanai. Valodas, piemēram, Rust, C++ un AssemblyScript, var kompilēt uz WebAssembly. AssemblyScript ir īpaši noderīgs, jo tas ir līdzīgs TypeScript un tam ir zemas ieejas barjeras JavaScript izstrādātājiem.

Rīki un metodes veiktspējas profilēšanai

Pirms jebkādu mikrooptimizāciju piemērošanas ir svarīgi identificēt veiktspējas vājās vietas jūsu lietojumprogrammā. Veiktspējas profilēšanas rīki var palīdzēt jums noteikt tās koda daļas, kas patērē visvairāk laika. Izplatītākie profilēšanas rīki ir:

• Chrome DevTools: Chrome iebūvētie DevTools nodrošina jaudīgas profilēšanas iespējas, ļaujot ierakstīt CPU izmantošanu, atmiņas piešķiršanu un tīkla aktivitāti.
• Node.js Profiler: Node.js ir iebūvēts profileris, ko var izmantot, lai analizētu servera puses JavaScript koda veiktspēju.
• Lighthouse: Lighthouse ir atvērtā koda rīks, kas auditē tīmekļa lapas attiecībā uz veiktspēju, pieejamību, progresīvo tīmekļa lietotņu labāko praksi, SEO un daudz ko citu.
• Trešo pušu profilēšanas rīki: Ir pieejami vairāki trešo pušu profilēšanas rīki, kas piedāvā uzlabotas funkcijas un ieskatus lietojumprogrammu veiktspējā.

Profilējot savu kodu, koncentrējieties uz to funkciju un koda sadaļu identificēšanu, kuru izpilde prasa visvairāk laika. Izmantojiet profilēšanas datus, lai vadītu savus optimizācijas centienus.

Globāli apsvērumi JavaScript veiktspējai

Izstrādājot JavaScript lietojumprogrammas globālai auditorijai, ir svarīgi ņemt vērā tādus faktorus kā tīkla latentums, ierīču iespējas un lokalizācija.

Tīkla latentums

Tīkla latentums var ievērojami ietekmēt tīmekļa lietojumprogrammu veiktspēju, īpaši lietotājiem ģeogrāfiski attālās vietās. Minimizējiet tīkla pieprasījumus, veicot šādas darbības:

• JavaScript failu apvienošana (bundling): Vairāku JavaScript failu apvienošana vienā paketē samazina HTTP pieprasījumu skaitu.
• JavaScript koda minifikācija: Nevajadzīgu rakstzīmju un atstarpju noņemšana no JavaScript koda samazina faila izmēru.
• Satura piegādes tīkla (CDN) izmantošana: CDN izplata jūsu lietojumprogrammas resursus serveriem visā pasaulē, samazinot latentumu lietotājiem dažādās vietās.
• Kešošana: Ieviesiet kešošanas stratēģijas, lai lokāli uzglabātu bieži piekļūstamus datus, samazinot nepieciešamību tos atkārtoti ielādēt no servera.

Ierīču iespējas

Lietotāji piekļūst tīmekļa lietojumprogrammām no dažādām ierīcēm, sākot no augstas klases galddatoriem līdz mazjaudīgiem mobilajiem tālruņiem. Optimizējiet savu JavaScript kodu, lai tas efektīvi darbotos ierīcēs ar ierobežotiem resursiem, veicot šādas darbības:

• Slinkās ielādes (lazy loading) izmantošana: Ielādējiet attēlus un citus resursus tikai tad, kad tie ir nepieciešami, samazinot sākotnējo lapas ielādes laiku.
• Animāciju optimizēšana: Izmantojiet CSS animācijas vai requestAnimationFrame, lai nodrošinātu plūstošas un efektīvas animācijas.
• Izvairīšanās no atmiņas noplūdēm: Rūpīgi pārvaldiet atmiņas piešķiršanu un atbrīvošanu, lai novērstu atmiņas noplūdes, kas laika gaitā var pasliktināt veiktspēju.

Lokalizācija

Lokalizācija ietver jūsu lietojumprogrammas pielāgošanu dažādām valodām un kultūras paražām. Lokalizējot JavaScript kodu, ņemiet vērā sekojošo:

• Internacionalizācijas API (Intl) izmantošana: Intl API nodrošina standartizētu veidu, kā formatēt datumus, skaitļus un valūtas atbilstoši lietotāja lokalizācijai.
• Pareiza Unikoda rakstzīmju apstrāde: Nodrošiniet, ka jūsu JavaScript kods var pareizi apstrādāt Unikoda rakstzīmes, jo dažādās valodās var izmantot dažādas rakstzīmju kopas.
• UI elementu pielāgošana dažādām valodām: Pielāgojiet UI elementu izkārtojumu un izmēru, lai pielāgotos dažādām valodām, jo dažām valodām var būt nepieciešams vairāk vietas nekā citām.

Noslēgums

JavaScript mikrooptimizācijas var ievērojami uzlabot jūsu lietojumprogrammu veiktspēju, nodrošinot plūstošāku un atsaucīgāku lietotāja pieredzi globālai auditorijai. Izprotot V8 dzinēja arhitektūru un pielietojot mērķtiecīgas optimizācijas metodes, jūs varat atraisīt pilnu JavaScript potenciālu. Atcerieties profilēt savu kodu pirms jebkādu optimizāciju piemērošanas un vienmēr prioritizējiet koda lasāmību un uzturamību. Tīmeklim turpinot attīstīties, JavaScript veiktspējas optimizācijas apgūšana kļūs arvien svarīgāka, lai nodrošinātu izcilu tīmekļa pieredzi.