JavaScript Dvigatelining Ichki Ishlari: V8 Optimizatsiyasi va JIT Kompilatsiyasi

Vebning dunyodagi eng keng tarqalgan tili bo'lgan JavaScript o'zining ishlashini JavaScript dvigatellarining murakkab ishlashiga bog'liq. Bularning orasida, Google'ning V8 dvigateli alohida ajralib turadi, u Chrome va Node.js'ni quvvatlaydi va JavaScriptCore (Safari) va SpiderMonkey (Firefox) kabi boshqa dvigatellarni rivojlantirishga ta'sir qiladi. V8'ning ichki ishlarini – ayniqsa uning optimizatsiya strategiyalari va Just-In-Time (JIT) kompilatsiyasini – samarali kod yozishni maqsad qilgan har qanday JavaScript dasturchisi uchun tushunish muhimdir. Ushbu maqola V8 arxitekturasi va optimizatsiya usullarining keng qamrovli umumiy ko'rinishini taqdim etadi, bu butun dunyo veb-dasturchilari uchun foydalidir.

JavaScript Dvigatellariga Kirish

JavaScript dvigateli – bu JavaScript kodini bajaradigan dastur. U biz yozgan inson o'qiy oladigan JavaScript va kompyuter tushunadigan mashina bajaradigan buyruqlar o'rtasidagi ko'prikdir. Asosiy funksiyalar quyidagilarni o'z ichiga oladi:

• Parcing (Tahlil qilish): JavaScript kodini Abstakt Sintaks daraxtiga (AST) aylantirish.
• Kompilatsiya/Talqin qilish: ASTni mashina kodi yoki baytkodga tarjima qilish.
• Ijro qilish: Yaratilgan kodni ishga tushirish.
• Xotira boshqaruvi: O'zgaruvchilar va ma'lumotlar tuzilmalari uchun xotirani ajratish va qaytarish (axlat yig'ish).

V8, boshqa zamonaviy dvigatellar kabi, eng yaxshi ishlash uchun talqin qilishni JIT kompilatsiyasi bilan birlashtiradigan ko'p bosqichli yondashuvni qo'llaydi. Bu tezkor dastlabki ijro va keyinchalik tez-tez ishlatiladigan kod qismlarini (issiq nuqtalar) optimallashtirishga imkon beradi.

V8 Arxitekturasi: Yuqori Darajadagi Umumiy Ko'rinish

V8 arxitekturasini keng miqyosda quyidagi komponentlarga bo'lish mumkin:

• Parser (Tahlil qiluvchi): JavaScript manba kodini Abstakt Sintaks daraxtiga (AST) aylantiradi. V8'dagi tahlil qiluvchi juda murakkab bo'lib, turli ECMAScript standartlarini samarali boshqaradi.
• Ignition: ASTni oladigan va baytkod yaratadigan talqinch. Baytkod – bu asl JavaScript kodiga qaraganda bajarilishi osonroq bo'lgan oraliq taqdimot.
• TurboFan: V8'ning optimallashtiruvchi kompilyatori. TurboFan Ignition tomonidan yaratilgan baytkodni oladi va uni yuqori darajada optimallashtirilgan mashina kodiga tarjima qiladi.
• Orinoco: V8'ning axlat yig'uvchisi, xotirani avtomatik boshqarish va ishlatilmagan xotirani qayta tiklash uchun javobgardir.

Jarayon odatda quyidagicha davom etadi: JavaScript kodi ASTga tahlil qilinadi. Keyin AST Ignition'ga beriladi, u baytkod yaratadi. Baytkod dastlab Ignition tomonidan ijro qilinadi. Ijro paytida Ignition profillash ma'lumotlarini yig'adi. Agar kodning bir qismi (funksiya) tez-tez ijro qilinsa, u "issiq nuqta" deb hisoblanadi. Keyin Ignition baytkodni va profillash ma'lumotlarini TurboFan'ga uzatadi. TurboFan ushbu ma'lumotlardan foydalanib optimallashtirilgan mashina kodini yaratadi, keyingi ijrolar uchun baytkodni almashtiradi. Ushbu "Just-In-Time" kompilatsiyasi V8'ga deyarli mahalliy darajadagi ishlashga erishish imkonini beradi.

Just-In-Time (JIT) Kompilatsiyasi: Optimizatsiyaning Yuragi

JIT kompilatsiyasi – bu kodni oldindan emas, balki ish vaqtida kompilyatsiya qilishning dinamik optimizatsiya usulidir. V8 tez-tez ijro qilinadigan kodni (issiq nuqtalarni) o'zgaruvchan tarzda tahlil qilish va optimallashtirish uchun JIT kompilatsiyasidan foydalanadi. Bu jarayon bir necha bosqichlarni o'z ichiga oladi:

1. Profillash va Issiq Nuqtalarni Aniqlash

Dvigatel ishlayotgan kodni tez-tez ishlaydigan qismlarni – tez-tez ijro qilinadigan funksiyalar yoki kod qismlarini aniqlash uchun doimiy ravishda profillaydi. Ushbu profillash ma'lumotlari JIT kompilyatorining optimizatsiya harakatlarini yo'naltirish uchun muhimdir.

2. Optimizatsiya Qiluvchi Kompilyator (TurboFan)

TurboFan Ignition'dan baytkod va profillash ma'lumotlarini oladi va optimallashtirilgan mashina kodini yaratadi. TurboFan quyidagilarni o'z ichiga olgan turli optimizatsiya usullarini qo'llaydi:

• Inline Kesh (Joylashtirilgan Kesh): Ob'ekt xossalariga tez-tez bir xil tarzda kirish holatlaridan foydalanadi.
• Yashirin Klasslar (yoki Shakllar): Ob'ektlarning tuzilishiga asoslanib ob'ekt xossalariga kirishni optimallashtiradi.
• Joylashtirish (Inlining): Qo'shimcha xarajatlarni kamaytirish uchun funksiya qo'ng'iroqlarini haqiqiy funksiya kodi bilan almashtiradi.
• Dovdirash Optimallashtirish: Dovdirash ishini ishlashni yaxshilash uchun optimallashtiradi.
• Deoptimallashtirish: Agar optimallashtirish paytida qilingan taxminlar noto'g'ri bo'lib chiqsa (masalan, o'zgaruvchi turi o'zgarsa), optimallashtirilgan kod bekor qilinadi va dvigatel talqinchga qaytadi.

V8'dagi Asosiy Optimizatsiya Usullari

Keling, V8 tomonidan qo'llaniladigan eng muhim optimizatsiya usullaridan bir nechtasiga chuqurroq kirib ko'raylik:

1. Inline Kesh

Inline kesh – bu JavaScript kabi dinamik tillar uchun muhim optimizatsiya usuli. U ma'lum bir kod joyida erishilgan ob'ekt xossasining turi ko'pincha ko'p marta ijro qilish davomida bir xil qolishi haqiqatidan foydalanadi. V8 xossaga kirish natijalarini (masalan, xossaning xotira manzilini) funksiya ichidagi inline keshda saqlaydi. Keyingi safar bir xil kod bir xil turdagi ob'ekt bilan ijro qilinganda, V8 xossani keshdan tezda olib, sekinroq xossa qidirish jarayonini chetlab o'tishi mumkin. Masalan:

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

let myObj = { x: 10 };
getProperty(myObj); // Birinchi ijro: xossa qidiruvi, kesh to'ldirilgan
getProperty(myObj); // Keyingi ijrolar: kesh urilishi, tezroq kirish

            

              
                Copy
              
            
          

Agar `obj`ning turi o'zgarsa (masalan, `obj` `{ y: 20 }` bo'lib qolsa), inline kesh bekor qilinadi va xossa qidirish jarayoni yangidan boshlanadi. Bu ob'ekt shakllarining bir xilligini saqlashning muhimligini ko'rsatadi (quyida Yashirin Klasslarga qarang).

2. Yashirin Klasslar (Shakllar)

Yashirin klasslar (shuningdek, Shakllar deb ham ataladi) V8 optimizatsiya strategiyasining asosiy konsepsiyasidir. JavaScript dinamik tipli tildir, ya'ni ob'ektning turi ish vaqtida o'zgarishi mumkin. Biroq, V8 ob'ektlarning "shaklini" kuzatib boradi, bu ularning xossalarining tartibi va turlarini bildiradi. Bir xil shakldagi ob'ektlar bir xil yashirin klassni baham ko'radi. Bu V8'ga ob'ekt xossalariga kirishni optimallashtirishga imkon beradi, chunki u har bir xossaning ofsetini ob'ektning xotira tartibida yashirin klassda saqlaydi. Xossaga kirishda, V8 yashirin klassdan ofsetni tezda olib, qimmatbaho xossa qidirishini amalga oshirmasdan xossaga to'g'ridan-to'g'ri kirishi mumkin.

Masalan:

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

let p1 = new Point(1, 2);
let p2 = new Point(3, 4);

            

              
                Copy
              
            
          

Bir xil konstruktor bilan yaratilgan va bir xil xossalarga ega bo'lganligi sababli, `p1` va `p2` dastlab bir xil yashirin klassga ega bo'ladi. Agar biz keyinchalik `p1` yaratilgandan keyin unga xossa qo'shsak:

            p1.z = 5;

            

              
                Copy
              
            
          

`p1` yangi yashirin klassga o'tadi, chunki uning shakli o'zgargan. Agar `p1` va `p2` bir xil kodda birgalikda ishlatilsa, bu deoptimallashtirish va sekinroq xossaga kirishga olib kelishi mumkin. Buning oldini olish uchun, ob'ektning barcha xossalarini uning konstruktorida ishga tushirish eng yaxshi amaliyotdir.

3. Joylashtirish (Inlining)

Joylashtirish – bu funksiya qo'ng'iroqlarini funksiyaning o'zi bilan almashtirish jarayoni. Bu funksiya qo'ng'iroqlari bilan bog'liq qo'shimcha xarajatlarni (masalan, yangi stak ramkasini yaratish, registrlarni saqlash) yo'q qiladi va bu ishlashni yaxshilaydi. V8 kichik, tez-tez chaqiriladigan funksiyalarni juda ko'p joylashtiradi. Biroq, haddan tashqari ko'p joylashtirish kod hajmini oshirishi mumkin, bu esa kesh urishlariga va ishlashning pasayishiga olib kelishi mumkin. V8 eng yaxshi ishlashga erishish uchun joylashtirishning foydalari va kamchiliklarini diqqat bilan muvozanatlashtiradi.

Masalan:

            function add(a, b) {
  return a + b;
}

function calculate(x, y) {
  return add(x, y) * 2;
}

            

              
                Copy
              
            
          

V8 `add` funksiyasini `calculate` funksiyasiga joylashtirishi mumkin, natijada:

            function calculate(x, y) {
  return (a + b) * 2; // 'add' funksiyasi joylashtirilgan
}

            

              
                Copy
              
            
          

4. Dovdirash Optimallashtirish

Dovdirashlar JavaScript kodidagi ishlashning sekinlashuvining umumiy manbalaridan biridir. V8 dovdirash ijrosini optimallashtirish uchun quyidagilarni o'z ichiga olgan turli usullarni qo'llaydi:

• Unrolling (Dovdirashni kengaytirish): Dovdirash iteratsiyalari sonini kamaytirish uchun dovdirash tanasini bir necha bor takrorlash.
• Induction Variable Elimination (Induktsion O'zgaruvchini Yo'qotish): Dovdirash induktsion o'zgaruvchilarini (har bir iteratsiyada oshiriladigan yoki kamaytiriladigan o'zgaruvchilar) yanada samarali ifodalar bilan almashtirish.
• Strength Reduction (Kuchni Kamaytirish): Qimmat operatsiyalarni (masalan, ko'paytirish) arzonroq operatsiyalar (masalan, qo'shish) bilan almashtirish.

Masalan, ushbu oddiy dovdirashni ko'rib chiqing:

            for (let i = 0; i < 10; i++) {
  sum += i;
}

            

              
                Copy
              
            
          

V8 bu dovdirashni kengaytirishi mumkin, natijada:

            sum += 0;
sum += 1;
sum += 2;
sum += 3;
sum += 4;
sum += 5;
sum += 6;
sum += 7;
sum += 8;
sum += 9;

            

              
                Copy
              
            
          

Bu dovdirashning qo'shimcha xarajatlarini yo'q qiladi va tezroq ijroga olib keladi.

5. Axlat Yig'ish (Orinoco)

Axlat yig'ish – bu dastur tomonidan ishlatilmay qolgan xotirani avtomatik ravishda qayta tiklash jarayoni. V8'ning axlat yig'uvchisi, Orinoco, avlodli, parallel va bir vaqtda axlat yig'uvchidir. U xotirani turli avlodlarga (yosh avlod va eski avlod) bo'ladi va har bir avlod uchun turli yig'ish strategiyalaridan foydalanadi. Bu V8'ga xotirani samarali boshqarish va axlat yig'ishning dastur ishlashiga ta'sirini kamaytirish imkonini beradi. Ob'ekt yaratishni kamaytirish va xotira oqishini oldini olish uchun yaxshi dasturlash amaliyotlaridan foydalanish eng yaxshi axlat yig'ish ishlashi uchun muhimdir. Endi havolasi bo'lmagan ob'ektlar axlat yig'ish uchun nomzodlar bo'lib, dastur uchun xotirani bo'shatadi.

Samarali JavaScript Yozish: V8 uchun Eng Yaxshi Amaliyotlar

V8 optimizatsiya usullarini tushunish dasturchilarga dvigatel tomonidan optimallashtirilishi mumkin bo'lgan JavaScript kodini yozishga imkon beradi. Mana rioya qilish uchun ba'zi eng yaxshi amaliyotlar:

• Ob'ekt shakllarini bir xil saqlang: Ob'ektning barcha xossalarini uning konstruktorida ishga tushiring va ob'ekt yaratilgandan so'ng dinamik ravishda xossalarni qo'shish yoki o'chirishdan saqlaning.
• Bir xil ma'lumot turlaridan foydalaning: Ish vaqtida o'zgaruvchilar turini o'zgartirishdan saqlaning. Bu deoptimallashtirish va sekinroq ijroga olib kelishi mumkin.
• `eval()` va `with()` dan foydalanishdan saqlaning: Ushbu xususiyatlar V8'ga kodni optimallashtirishni qiyinlashtirishi mumkin.
• DOM manipulyatsiyasini kamaytiring: DOM manipulyatsiyasi ko'pincha ishlashning sekinlashuvidir. DOM elementlarini keshga saqlang va DOM yangilanishlari sonini kamaytiring.
• Samarali ma'lumot tuzilmalaridan foydalaning: Vazifa uchun to'g'ri ma'lumot tuzilmasini tanlang. Masalan, mos ravishda noyob qiymatlar va kalit-qiymat juftliklarini saqlash uchun oddiy ob'ektlar o'rniga `Set` va `Map`dan foydalaning.
• Keraksiz ob'ektlar yaratishdan saqlaning: Ob'ekt yaratish nisbatan qimmat operatsiyadir. Mavjud ob'ektlarni iloji boricha qayta ishlatishingiz mumkin.
• Qat'iy rejimdan foydalaning: Qat'iy rejim umumiy JavaScript xatolarini oldini olishga yordam beradi va qo'shimcha optimallashtirishlarni yoqadi.
• Kodni profillashtiring va benchmark qiling: Ishlashning sekinlashuvini aniqlash va optimallashtirishlaringizning ta'sirini o'lchash uchun Chrome DevTools yoki Node.js profillash vositalaridan foydalaning.
• Funksiyalarni kichik va maqsadga yo'naltirilgan holda saqlang: Kichik funksiyalarni dvigatel joylashtirishi osonroq.
• Dovdirash ishlashini hisobga oling: Keraksiz hisob-kitoblarni kamaytirish va murakkab shartlardan qochish orqali dovdirashlarni optimallashtiring.

V8 Kodini Diskretlash va Profillashtirish

Chrome DevTools V8'da ishlaydigan JavaScript kodini diskretlash va profillashtirish uchun kuchli vositalarni taqdim etadi. Asosiy xususiyatlar quyidagilarni o'z ichiga oladi:

• JavaScript Profiler: JavaScript funksiyalarining ijro vaqtini yozib olish va ishlashning sekinlashuvini aniqlash imkonini beradi.
• Xotira Profiler: Xotira oqishini aniqlash va xotira ishlatilishini kuzatishga yordam beradi.
• Diskretlash vositasi: Kod bo'ylab qadam qo'yish, tanaffus nuqtalarini o'rnatish va o'zgaruvchilarni tekshirish imkonini beradi.

Ushbu vositalardan foydalanib, siz V8 kodni qanday ijro qilayotganligi haqida qimmatli tushunchalarga ega bo'lishingiz va optimallashtirish joylarini aniqlashingiz mumkin. Dvigatel qanday ishlashini tushunish dasturchilarga yanada optimallashtirilgan kod yozishga yordam beradi.

V8 va Boshqa JavaScript Dvigatelari

V8 dominant kuch bo'lsa-da, JavaScriptCore (Safari) va SpiderMonkey (Firefox) kabi boshqa JavaScript dvigatellari ham JIT kompilatsiyasi va inline keshni o'z ichiga olgan murakkab optimizatsiya usullarini qo'llaydi. Muayyan dasturlar farq qilishi mumkin bo'lsa-da, asosiy tamoyillar ko'pincha o'xshashdir. Ushbu maqolada ko'rib chiqilgan umumiy tushunchalarni tushunish, kodingiz ishlayotgan har qanday JavaScript dvigateli uchun foydali bo'ladi. Ko'pgina optimizatsiya usullari, masalan, bir xil ob'ekt shakllaridan foydalanish va keraksiz ob'ekt yaratishdan qochish, universal ravishda qo'llaniladi.

V8 va JavaScript Optimizatsiyasining Kelajagi

V8 doimiy ravishda rivojlanib bormoqda, yangi optimizatsiya usullari ishlab chiqilmoqda va mavjud usullar takomillashtirilmoqda. V8 jamoasi doimiy ravishda ishlashni yaxshilash, xotira iste'molini kamaytirish va umumiy JavaScript ijro muhitini yaxshilash ustida ishlamoqda. Eng so'nggi V8 nashrlari va V8 jamoasining blog postlari bilan tanishib borish JavaScript optimizatsiyasining kelajakdagi yo'nalishi haqida qimmatli tushunchalarni taqdim etishi mumkin. Bundan tashqari, yangiroq ECMAScript xususiyatlari ko'pincha dvigatel darajasidagi optimallashtirish uchun imkoniyatlar yaratadi.

Xulosa

V8 kabi JavaScript dvigatellarining ichki ishlarini tushunish samarali JavaScript kodini yozish uchun zarurdir. V8ning JIT kompilatsiyasi, inline kesh, yashirin klasslar va boshqa usullar orqali kodni qanday optimallashtirishini tushunish orqali, dasturchilar dvigatel tomonidan optimallashtirilishi mumkin bo'lgan kodni yozishlari mumkin. Ob'ekt shakllarini bir xil saqlash, bir xil ma'lumot turlaridan foydalanish va DOM manipulyatsiyasini kamaytirish kabi eng yaxshi amaliyotlarga rioya qilish JavaScript dasturlarining ishlashini sezilarli darajada yaxshilashi mumkin. Chrome DevTools'da mavjud bo'lgan diskretlash va profillashtirish vositalaridan foydalanish sizga V8 kodni qanday ijro qilayotganligi haqida tushuncha berishga va optimallashtirish joylarini aniqlashga imkon beradi. V8 va boshqa JavaScript dvigatellaridagi doimiy yutuqlar bilan, eng so'nggi optimizatsiya usullari haqida ma'lumotli bo'lish dasturchilar uchun butun dunyo bo'ylab foydalanuvchilarga tez va samarali veb-tajribalar taqdim etish uchun muhimdir.