Ishlashni Ochish: V8'ning Polimorfik Inline Keshlashiga Chuqur Sho'ng'ish

Vebning hamma joyida mavjud bo'lgan JavaScript ko'pincha sehrli deb qabul qilinadi. U dinamik, moslashuvchan va hayratlanarli darajada tez. Bu tezlik tasodif emas; bu Google'ning Chrome, Node.js va son-sanoqsiz boshqa platformalar ortidagi qudratli kuch bo'lgan V8 kabi JavaScript dvigatellari ichida o'nlab yillar davomida olib borilgan tinimsiz muhandislik natijasidir. V8-ga ustunlik beradigan eng muhim, ammo ko'pincha noto'g'ri tushunilgan optimallashtirishlardan biri bu Inline Keshlash (IC), ayniqsa u polimorfizmni qanday boshqaradi.

Ko'pgina dasturchilar uchun V8 dvigatelining ichki ishlashi qora qutidir. Biz kodimizni yozamiz va u ishlaydi - odatda juda tez. Ammo uning ishlashini boshqaradigan printsiplarni tushunish bizning kod yozish uslubimizni o'zgartirishi, bizni tasodifiy ishlashdan maqsadli optimallashtirishga olib borishi mumkin. Ushbu maqola V8-ning eng ajoyib strategiyalaridan birining pardasini ochib beradi: dinamik ob'ektlar dunyosida xususiyatlarga kirishni optimallashtirish. Biz yashirin sinflarni, inline keshlashning sehrini va monomorfizm, polimorfizm va megamorfizmning muhim holatlarini o'rganamiz.

Asosiy Muammo: JavaScriptning Dinamik Tabiyati

Yechimni qadrlash uchun avvalo muammoni tushunishimiz kerak. JavaScript - dinamik tipli til. Bu shuni anglatadiki, Java yoki C++ kabi statik tipli tillardan farqli o'laroq, o'zgaruvchining turi va ob'ektning tuzilishi ish vaqtigacha ma'lum emas. Siz ob'ekt yaratishingiz va uning xususiyatlarini tezda qo'shishingiz, o'zgartirishingiz yoki o'chirishingiz mumkin.

Quyidagi oddiy kodni ko'rib chiqing:

            
const item = {};
item.name = "Book";
item.price = 19.99;

            

              
                Copy
              
            
          

C++ kabi tilda ob'ektning 'shakli' (uning sinfi) kompilyatsiya vaqtida aniqlanadi. Kompilyator `name` va `price` xususiyatlari ob'ektning boshidan qat'iy offset sifatida xotirada qayerda joylashganligini aniq biladi. `item.price` ga kirish - bu oddiy, to'g'ridan-to'g'ri xotiraga kirish operatsiyasi - protsessor bajarishi mumkin bo'lgan eng tezkor ko'rsatmalardan biri.

JavaScript-da dvigatel bu taxminlarni qila olmaydi. Sodda amalga oshirish har bir ob'ektga lug'at yoki xesh xaritasi kabi munosabatda bo'lishi kerak edi. `item.price` ga kirish uchun dvigatel `item` ob'ektining ichki xususiyatlari ro'yxatida "price" kalitini satrli qidiruvni amalga oshirishi kerak edi. Agar bu qidiruv har safar biz tsikl ichida xususiyatga kirganimizda sodir bo'lsa, bizning ilovalarimiz to'xtab qoladi. Bu V8 yechish uchun qurilgan asosiy ishlash muammosidir.

Tartib Asosi: Yashirin Sinflar (Shakllar)

V8-ning ushbu dinamik tartibsizlikni jilovlashdagi birinchi qadami - hech qanday aniq belgilangan joyda tuzilmani yaratish. U buni Yashirin Sinflar (boshqa dvigatellarda, masalan, SpiderMonkey-da 'Shakllar' yoki V8-ning ichki terminologiyasida 'Xaritalar' deb ham ataladi) tushunchasi orqali amalga oshiradi. Yashirin Sinf - bu ob'ektning tartibini tavsiflovchi ichki ma'lumotlar tuzilmasi, jumladan, uning xususiyatlari nomlari va ularning qiymatlarini xotirada qayerda topish mumkinligi.

Asosiy tushuncha shundan iboratki, JavaScript ob'ektlari dinamik bo'lishi mumkin, ammo ko'pincha emas. Dasturchilar bir xil tuzilishga ega bo'lgan ob'ektlarni qayta-qayta yaratishga moyil. V8 ushbu naqshdan foydalanadi.

Yangi ob'ekt yaratganingizda, V8 unga asosiy Yashirin Sinfni tayinlaydi, keling, uni `C0` deb ataymiz.

            const p1 = {}; // p1 Yashirin Sinfga ega C0 (bo'sh)

            

              
                Copy
              
            
          

Ob'ektga har safar yangi xususiyat qo'shganingizda, V8 oldingi sindan 'o'tadigan' yangi Yashirin Sinf yaratadi. Yangi Yashirin Sinf ob'ektning yangi shaklini tavsiflaydi.

            p1.x = 10; // V8 yangi Yashirin Sinf C1 yaratadi, u C0 + 'x' xususiyatiga asoslangan.
             // O'tish qayd etilgan: C0 + 'x' -> C1.
             // p1 ning Yashirin Sinfi endi C1.

p1.y = 20; // V8 C1 + 'y' xususiyatiga asoslangan yana bir Yashirin Sinf C2 yaratadi.
             // O'tish qayd etilgan: C1 + 'y' -> C2.
             // p1 ning Yashirin Sinfi endi C2.

            

              
                Copy
              
            
          

Bu o'tish daraxtini yaratadi. Endi, mana sehr: agar siz boshqa ob'ekt yaratsangiz va bir xil xususiyatlarni aniq bir xil tartibda qo'shsangiz, V8 ushbu o'tish yo'lini va yakuniy Yashirin Sinfni qayta ishlatadi.

            const p2 = {};   // p2 C0 bilan boshlanadi
p2.x = 30;   // V8 mavjud o'tishni (C0 + 'x') kuzatib boradi va C1 ni p2 ga tayinlaydi.
p2.y = 40;   // V8 keyingi o'tishni (C1 + 'y') kuzatib boradi va C2 ni p2 ga tayinlaydi.

            

              
                Copy
              
            
          

Endi, `p1` va `p2` ikkalasi ham aynan bir xil Yashirin Sinfni, `C2` ni baham ko'radi. Bu juda muhim. Yashirin Sinf `C2` `x` xususiyati 0 offsetda (masalan) va `y` xususiyati 1 offsetda ekanligi haqidagi ma'lumotni o'z ichiga oladi. Ushbu strukturaviy ma'lumotni baham ko'rish orqali V8 endi lug'at qidiruvini amalga oshirmasdan, ushbu ob'ektlardagi xususiyatlarga deyarli statik til tezligida kirishi mumkin. Unga faqat ob'ektning Yashirin Sinfini topish va keyin keshlangan offsetdan foydalanish kerak.

Nima uchun Tartib Muhim

Agar siz xususiyatlarni boshqa tartibda qo'shsangiz, siz boshqa o'tish yo'lini va boshqa yakuniy Yashirin Sinfni yaratasiz.

            const objA = { x: 1, y: 2 }; // Yo'l: C0 -> C1(x) -> C2(x,y)
const objB = { y: 2, x: 1 }; // Yo'l: C0 -> C3(y) -> C4(y,x)

            

              
                Copy
              
            
          

`objA` va `objB` bir xil xususiyatlarga ega bo'lsa ham, ularning ichki Yashirin Sinflari har xil (`C2` va `C4`). Bu optimallashtirishning keyingi qatlami uchun katta ahamiyatga ega: Inline Keshlash.

Tezlikni Oshiruvchi: Inline Keshlash (IC)

Yashirin Sinflar xaritani taqdim etadi, lekin Inline Keshlash - bu undan foydalanadigan yuqori tezlikdagi transport vositasi. IC - bu V8 qo'ng'iroq joyiga - kodingizda operatsiya (masalan, xususiyatga kirish) sodir bo'ladigan aniq joyga - oldingi operatsiyalar natijalarini keshlash uchun o'rnatadigan kod qismi.

Keling, ko'p marta bajariladigan funksiyani, ya'ni 'issiq' funksiyani ko'rib chiqaylik:

            function getX(obj) {
  return obj.x; // Bu bizning qo'ng'iroq joyimiz
}

for (let i = 0; i < 10000; i++) {
  getX({ x: i, y: i + 1 });
}

            

              
                Copy
              
            
          

`obj.x` da IC qanday ishlaydi:

1. Birinchi Bajarish (Ishga Tushirilmagan): `getX` birinchi marta chaqirilganda, ICda hech qanday ma'lumot yo'q. U kiruvchi ob'ektda 'x' xususiyatini topish uchun to'liq, sekin qidiruvni amalga oshiradi. Ushbu jarayon davomida u ob'ektning Yashirin Sinfini va 'x' offsetini aniqlaydi.
2. Natijani Keshlash: IC endi o'zini o'zi o'zgartiradi. U hozirgina ko'rgan Yashirin Sinfni va 'x' uchun mos keladigan offsetni keshlaydi. IC endi 'monomorfik' holatda.
3. Keyingi Bajarishlar: Ikkinchi (va undan keyingi) qo'ng'iroqlarda IC ultra tez tekshiruvni amalga oshiradi: "Kiruvchi ob'ektda men keshlagan bir xil Yashirin Sinf bormi?". Agar javob ha bo'lsa, u butunlay qidiruvni o'tkazib yuboradi va qiymatni olish uchun to'g'ridan-to'g'ri keshlangan offsetdan foydalanadi. Bu tekshiruv ko'pincha bitta protsessor ko'rsatmasidir.

Ushbu jarayon sekin, dinamik qidiruvni statik kompilyatsiya qilingan tildagiga deyarli tez operatsiyaga aylantiradi. Ishlashning o'sishi juda katta, ayniqsa pastadirlar ichidagi kod yoki tez-tez chaqiriladigan funktsiyalar uchun.

Haqiqatni Boshqarish: Inline Keshning Holatlari

Dunyoda hamma narsa unchalik oddiy emas. Bitta qo'ng'iroq joyi hayoti davomida turli shakllarga ega bo'lgan ob'ektlarga duch kelishi mumkin. Bu erda polimorfizm o'z kuchiga kiradi. Inline Kesh ushbu haqiqatni bir nechta holatlar orqali o'tish orqali boshqarish uchun mo'ljallangan.

1. Monomorfizm (Ideal Holat)

Mono = Bir. Morph = Shakl.

Monomorfik IC - bu faqat bitta turdagi Yashirin Sinfni ko'rgan. Bu eng tez va eng maqbul holat.

            function getX(obj) {
  return obj.x; 
}

// getX ga o'tadigan barcha ob'ektlar bir xil shaklga ega.
// 'obj.x' dagi IC monomorfik va nihoyatda tez bo'ladi.
getX({ x: 1, y: 2 }); 
getX({ x: 10, y: 20 });
getX({ x: 100, y: 200 });

            

              
                Copy
              
            
          

Bunday holda, barcha ob'ektlar `x` va keyin `y` xususiyatlari bilan yaratiladi, shuning uchun ularning barchasi bir xil Yashirin Sinfni baham ko'radi. `obj.x` dagi IC ushbu bitta shaklni va unga mos keladigan offsetni keshlaydi, natijada maksimal ishlash ta'minlanadi.

2. Polimorfizm (Umumiy Holat)

Poli = Ko'p. Morph = Shakl.

Turli, ammo cheklangan shakllarga ega bo'lgan ob'ektlar bilan ishlash uchun funksiya yaratilganda nima bo'ladi? Masalan, `Circle` yoki `Square` ob'ektini qabul qiladigan `render` funksiyasi.

            function getArea(shape) {
  // Ushbu qo'ng'iroq joyida nima sodir bo'ladi?
  return shape.width * shape.height;
}

const square = { type: 'square', width: 100, height: 100 };
const rectangle = { type: 'rect', width: 200, height: 50 };

getArea(square);     // Birinchi qo'ng'iroq
getArea(rectangle);  // Ikkinchi qo'ng'iroq

            

              
                Copy
              
            
          

Mana V8 ning polimorfik IC buni qanday boshqaradi:

1. 1-qo'ng'iroq (`getArea(square)`): `shape.width` uchun IC monomorfik bo'ladi. U `square` ning Yashirin Sinfini va `width` xususiyatining offsetini keshlaydi.
2. 2-qo'ng'iroq (`getArea(rectangle)`): IC `rectangle` ning Yashirin Sinfini tekshiradi. Bu keshlangan `square` sinfidan farq qiladi. Taslim bo'lish o'rniga, IC polimorfik holatga o'tadi. U endi ko'rilgan Yashirin Sinflarning va ularning mos keladigan offsetlarining kichik ro'yxatini saqlaydi. U ushbu ro'yxatga `rectangle` ning Yashirin Sinfini va `width` offsetini qo'shadi.
3. Keyingi Qo'ng'iroqlar: `getArea` yana chaqirilganda, IC kiruvchi ob'ektning Yashirin Sinfi o'zining ma'lum shakllar ro'yxatida borligini tekshiradi. Agar u moslikni topsa (masalan, boshqa `square`), u bilan bog'liq offsetdan foydalanadi.

Polimorfik kirish monomorfikdan biroz sekinroq, chunki u faqat bittasining o'rniga shakllar ro'yxatiga qarshi tekshirishi kerak. Biroq, u hali ham to'liq, keshlanmagan qidiruvdan ancha tezroqdir. V8 IC qanchalik polimorfik bo'lishi mumkinligiga cheklovga ega - odatda 4 dan 5 gacha turli xil shakllar. Bu funksiya ob'ekt turlarining kichik, bashorat qilinadigan to'plamida ishlaydigan eng keng tarqalgan ob'ektga yo'naltirilgan va funktsional naqshlarni qamrab oladi.

3. Megamorfizm (Sekin Yo'l)

Mega = Katta. Morph = Shakl.

Agar qo'ng'iroq joyiga juda ko'p turli xil ob'ekt shakllari - polimorfik chegaradan ko'proq - uzatilsa, V8 pragmatik qaror qabul qiladi: u ushbu sayt uchun maxsus keshlashdan voz kechadi. IC megamorfik holatga o'tadi.

            function getID(item) {
  return item.id;
}

// Tasavvur qiling-a, bu ob'ektlar turli, oldindan aytib bo'lmaydigan ma'lumotlar manbasidan keladi.
const items = [
  { id: 1, name: 'A' },
  { id: 2, type: 'B' },
  { id: 3, value: 'C', name: 'C1'},
  { id: 4, label: 'D' },
  { id: 5, tag: 'E' },
  { id: 6, key: 'F' }
  // ... yana ko'plab noyob shakllar
];

items.forEach(getID);

            

              
                Copy
              
            
          

Ushbu stsenariyda `item.id` dagi IC tezda 4-5 dan ortiq turli xil Yashirin Sinflarni ko'radi. U megamorfik bo'ladi. Ushbu holatda, maxsus (Shakl -> Offset) keshlash tashlab yuboriladi. Dvigatel xususiyatlarni qidirishning umumiyroq, lekin sekinroq usuliga qaytadi. To'liq sodda amalga oshirishdan ko'ra hali ham optimallashtirilgan bo'lsa-da (u global keshdan foydalanishi mumkin), u monomorfik yoki polimorfik holatlardan sezilarli darajada sekinroq.

Yuqori Unumdorlikdagi Kod uchun Amaliy Tushunchalar

Ushbu nazariyani tushunish shunchaki ilmiy mashq emas. U to'g'ridan-to'g'ri V8-ga ilovangiz uchun yuqori darajada optimallashtirilgan kodni yaratishga yordam beradigan amaliy kodlash qoidalariga aylanadi.

1. Monomorfizmga Intiling: Ob'ektlarni Izchil Ishga Tushiring

Eng muhim xulosa shundan iboratki, bir xil tuzilishga ega bo'lishi kerak bo'lgan ob'ektlar aslida bir xil Yashirin Sinfni baham ko'rishiga ishonch hosil qiling. Bunga erishishning eng yaxshi usuli - ularni bir xil tarzda ishga tushirish.

YOMON: Noto'g'ri Ishga Tushirish

            // Ushbu ikkita ob'ekt bir xil xususiyatlarga ega, ammo turli Yashirin Sinflarga ega.
const user1 = { name: 'Alice' };
user1.id = 1;

const user2 = { id: 2 };
user2.name = 'Bob';

// Ushbu foydalanuvchilarni qayta ishlaydigan funksiya ikkita turli xil shaklni ko'radi.
function processUser(user) { /* ... */ }

            

              
                Copy
              
            
          

YAXSHI: Konstruktorlar yoki Fabrikalar bilan Izchil Ishga Tushirish

            class User {
  constructor(id, name) {
    this.id = id;
    this.name = name;
  }
}

const user1 = new User(1, 'Alice');
const user2 = new User(2, 'Bob');

// Barcha User misollari bir xil Yashirin Sinfga ega bo'ladi.
// Ularni qayta ishlaydigan har qanday funksiya monomorfik bo'ladi.
function processUser(user) { /* ... */ }

            

              
                Copy
              
            
          

Konstruktorlar, fabrika funktsiyalari yoki hatto izchil tartiblangan ob'ekt literallaridan foydalanish V8-ning ushbu ob'ektlarda ishlaydigan funktsiyalarni samarali optimallashtirishini ta'minlaydi.

2. Aqlli Polimorfizmni Qo'llab-quvvatlang

Polimorfizm xato emas; bu dasturlashning kuchli xususiyati. Bir nechta turli xil ob'ekt shakllarida ishlaydigan funktsiyalarga ega bo'lish juda yaxshi. Misol uchun, UI kutubxonasida `mountComponent` funktsiyasi `Button`, `Input` yoki `Panel`ni qabul qilishi mumkin. Bu polimorfizmdan klassik, sog'lom foydalanish va V8 buni boshqarish uchun yaxshi jihozlangan.

Asosiysi, polimorfizm darajasini past va bashorat qilinadigan darajada ushlab turish. 3 turdagi komponentlarni boshqaradigan funksiya juda yaxshi. 300 ta komponentni boshqaradigan funksiya megamorfik va sekin bo'lib qolishi mumkin.

3. Megamorfizmdan Saqlaning: Oldindan aytib bo'lmaydigan Shakllardan Ogoh Bo'ling

Megamorfizm ko'pincha ob'ektlar turli xil xususiyatlar to'plamlari bilan dasturiy ravishda qurilgan yuqori dinamik ma'lumotlar tuzilmalari bilan ishlashda sodir bo'ladi. Agar sizda unumdorlikka bog'liq bo'lgan muhim funksiya bo'lsa, unga keskin farq qiladigan shakllarga ega bo'lgan ob'ektlarni o'tkazib yuborishdan saqlaning.

Agar siz bunday ma'lumotlar bilan ishlashingiz kerak bo'lsa, avval normallashtirish qadamini ko'rib chiqing. Siz issiq pastadirga o'tkazishdan oldin oldindan aytib bo'lmaydigan ob'ektlarni izchil, barqaror tuzilmaga xaritalashingiz mumkin.

YOMON: Issiq yo'lda Megamorfik kirish

            function calculateTotal(items) {
  let total = 0;
  for (const item of items) {
    // Agar `items` o'nlab shakllarni o'z ichiga olsa, bu megamorfik bo'ladi.
    total += item.price;
  }
  return total;
}

            

              
                Copy
              
            
          

YAXSHIROQ: Avval ma'lumotlarni normallashtiring

            function calculateTotal(rawItems) {
  const normalizedItems = rawItems.map(item => ({
    // Izchil shaklni yarating
    price: item.price || item.cost || item.value || 0
  }));

  let total = 0;
  for (const item of normalizedItems) {
    // Ushbu kirish monomorfik bo'ladi!
    total += item.price;
  }
  return total;
}

            

              
                Copy
              
            
          

4. Yaratilgandan Keyin Shakllarni O'zgartirmang (Ayniqsa `delete` bilan)

Ob'ekt yaratilgandan keyin unga xususiyatlarni qo'shish yoki olib tashlash Yashirin Sinf o'zgarishini majburlaydi. Buni issiq funktsiya ichida qilish optimallashtiruvchini chalkashtirib yuborishi mumkin. `delete` kalit so'zi ayniqsa muammoli, chunki u V8-ni ob'ektning zaxira omborini sekinroq 'lug'at rejimiga' o'zgartirishga majbur qilishi mumkin, bu esa ushbu ob'ekt uchun barcha Yashirin Sinf optimallashtirishlarini bekor qiladi.

Agar siz xususiyatni 'olib tashlashingiz' kerak bo'lsa, uning qiymatini `delete` dan foydalanish o'rniga `null` yoki `undefined` ga o'rnatish deyarli har doim ishlash uchun yaxshiroqdir.

Xulosa: Dvigatel bilan Hamkorlik

V8 JavaScript dvigateli zamonaviy kompilyatsiya texnologiyasining mo'jizasidir. Uning dinamik, moslashuvchan tilni olish va uni deyarli mahalliy tezlikda bajarish qobiliyati Inline Keshlash kabi optimallashtirishlarga dalildir. Xususiyatga kirishning - ishga tushirilmagan holatdan yuqori optimallashtirilgan monomorfik holatga, amaliy polimorfik holat orqali va nihoyat sekin megamorfik zaxira holatiga - sayohatini tushunib, biz, dasturchilar sifatida, dvigatelga qarshi emas, balki bilan ishlaydigan kod yozishimiz mumkin.

Siz har bir kod qatorida ushbu mikro-optimizallashtirishlarga e'tibor berishingiz shart emas. Ammo ilovangizning unumdorlikka bog'liq bo'lgan muhim yo'llari uchun - soniyasiga minglab marta ishlaydigan kod - bu printsiplar juda muhimdir. Ob'ektni izchil ishga tushirish orqali monomorfizmni rag'batlantirib va ​​kiritayotgan polimorfizm darajasiga e'tiborli bo'lish orqali siz V8 JIT kompilyatorini to'liq optimallashtirish quvvatini ochish uchun zarur bo'lgan barqaror, bashorat qilinadigan naqshlar bilan ta'minlashingiz mumkin. Natijada butun dunyo bo'ylab foydalanuvchilar uchun yaxshiroq tajribani taqdim etadigan tezroq, samaraliroq ilovalar paydo bo'ladi.