JavaScript Dvigatelining Ichki Tuzilishi: Global Samaradorlik uchun Yashirin Sinflar va Polimorfik Inline Keshlar

Dinamik vebni quvvatlantiruvchi til bo'lgan JavaScript o'zining brauzerdagi ildizlaridan chiqib, server ilovalari, mobil dasturlash va hatto desktop dasturiy ta'minoti uchun asosiy texnologiyaga aylandi. Qizg'in elektron tijorat platformalaridan tortib murakkab ma'lumotlarni vizualizatsiya qilish vositalarigacha, uning ko'p qirraliligi shubhasizdir. Biroq, bu keng tarqalganlik o'ziga xos qiyinchilikni keltirib chiqaradi: JavaScript dinamik tiplashtirilgan til hisoblanadi. Dasturchilar uchun afzallik bo'lgan bu moslashuvchanlik, tarixan statik tiplashtirilgan tillarga nisbatan samaradorlik borasida jiddiy to'siqlarni yuzaga keltirgan.

V8 (Chrome va Node.js da ishlatiladi), SpiderMonkey (Firefox) va JavaScriptCore (Safari) kabi zamonaviy JavaScript dvigatellari JavaScript'ning bajarilish tezligini optimallashtirishda ajoyib yutuqlarga erishdi. Ular oddiy interpretatorlardan Just-In-Time (JIT) kompilyatsiyasi, murakkab "axlat yig'uvchilar" (garbage collectors) va nozik optimallashtirish usullarini qo'llaydigan kuchli tizimlarga aylandi. Bu optimallashtirishlar orasida eng muhimlari Yashirin Sinflar ("Maps" yoki "Shapes" deb ham ataladi) va Polimorfik Inline Keshlar (PICs) hisoblanadi. Ushbu ichki mexanizmlarni tushunish shunchaki akademik mashg'ulot emas; bu dasturchilarga yanada samarali, tejamkor va ishonchli JavaScript kodi yozish imkonini beradi va natijada butun dunyo bo'ylab foydalanuvchi tajribasini yaxshilashga hissa qo'shadi.

Ushbu keng qamrovli qo'llanma dvigatelning ushbu asosiy optimallashtirishlarini tushuntirib beradi. Biz ular hal qiladigan fundamental muammolarni o'rganamiz, amaliy misollar bilan ularning ichki ishlashiga chuqur kirib boramiz va siz kundalik dasturlash amaliyotingizda qo'llashingiz mumkin bo'lgan amaliy tavsiyalarni taqdim etamiz. Global ilova yoki mahalliy yordamchi dastur yaratayotganingizdan qat'i nazar, bu tamoyillar JavaScript samaradorligini oshirish uchun universal qo'llaniladi.

Tezlikka bo'lgan ehtiyoj: Nima uchun JavaScript Dvigatellari Murakkab?

Bugungi o'zaro bog'langan dunyoda foydalanuvchilar bir zumda javob qaytarishni va uzluksiz o'zaro ta'sirni kutishadi. Kelib chiqishi yoki maqsadli auditoriyasidan qat'i nazar, sekin yuklanadigan yoki javob bermaydigan ilova hafsalani pir qilishi va undan voz kechishga olib kelishi mumkin. Interaktiv veb-tajribalar uchun asosiy til bo'lgan JavaScript tezlik va sezgirlik haqidagi bu tasavvurga bevosita ta'sir qiladi.

Tarixan JavaScript interpretatsiya qilinadigan til bo'lgan. Interpretator kodni qatorma-qator o'qiydi va bajaradi, bu esa kompilyatsiya qilingan kodga qaraganda sekinroq. C++ yoki Java kabi kompilyatsiya qilinadigan tillar bajarilishdan oldin bir marta mashina o'qiy oladigan ko'rsatmalarga o'giriladi, bu esa kompilyatsiya bosqichida keng ko'lamli optimallashtirish imkonini beradi. JavaScript'ning dinamik tabiati, ya'ni o'zgaruvchilar tiplarini o'zgartirishi va obyekt tuzilmalari ish vaqtida o'zgarishi mumkinligi an'anaviy statik kompilyatsiyani qiyinlashtirgan.

JIT Kompilyatorlari: Zamonaviy JavaScript'ning Yuragi

Samaradorlikdagi bo'shliqni to'ldirish uchun zamonaviy JavaScript dvigatellari Just-In-Time (JIT) kompilyatsiyasini qo'llaydi. JIT kompilyatori butun dasturni bajarilishdan oldin kompilyatsiya qilmaydi. Buning o'rniga, u ishlayotgan kodni kuzatadi, tez-tez bajariladigan qismlarni ("qaynoq kod yo'llari" deb nomlanadi) aniqlaydi va dastur ishlayotgan vaqtda o'sha qismlarni yuqori darajada optimallashtirilgan mashina kodiga kompilyatsiya qiladi. Bu jarayon dinamik va moslashuvchan:

• Interpretatsiya: Dastlab, kod tez, optimallashtirmaydigan interpretator (masalan, V8'ning Ignition'i) tomonidan bajariladi.
• Profil yaratish: Kod ishlashi davomida interpretator o'zgaruvchi tiplari, obyekt shakllari va funksiya chaqiruvlari naqshlari haqida ma'lumot to'playdi.
• Optimallashtirish: Agar biror funksiya yoki kod bloki tez-tez bajarilsa, JIT kompilyatori (masalan, V8'ning Turbofan'i) to'plangan profil ma'lumotlaridan foydalanib, uni yuqori darajada optimallashtirilgan mashina kodiga kompilyatsiya qiladi. Bu optimallashtirilgan kod kuzatilgan ma'lumotlarga asoslangan taxminlar qiladi.
• Deoptimizatsiya: Agar optimallashtiruvchi kompilyator tomonidan qilingan taxmin ish vaqtida noto'g'ri bo'lib chiqsa (masalan, har doim son bo'lgan o'zgaruvchi to'satdan satrga aylansa), dvigatel optimallashtirilgan kodni bekor qiladi va sekinroq, umumiyroq interpretatsiya qilingan kodga yoki kamroq optimallashtirilgan kompilyatsiya qilingan kodga qaytadi.

Butun JIT jarayoni optimallashtirishga vaqt sarflash va optimallashtirilgan koddan tezlik yutish o'rtasidagi nozik muvozanatdir. Maqsad - maksimal o'tkazuvchanlikka erishish uchun to'g'ri vaqtda to'g'ri taxminlar qilishdir.

Dinamik Tiplashtirishning Qiyinchiliklari

JavaScript'ning dinamik tiplashtirishi ikki tig'li qilichga o'xshaydi. U dasturchilarga misli ko'rilmagan moslashuvchanlikni taqdim etadi, bu ularga tezda obyektlar yaratish, xususiyatlarni dinamik ravishda qo'shish yoki olib tashlash va o'zgaruvchilarga aniq e'lonlarsiz har qanday turdagi qiymatlarni berish imkonini beradi. Biroq, bu moslashuvchanlik samarali mashina kodi ishlab chiqarishni maqsad qilgan JIT kompilyatori uchun jiddiy muammo tug'diradi.

Oddiy obyekt xususiyatiga murojaatni ko'rib chiqing: user.firstName. Statik tiplashtirilgan tilda kompilyator kompilyatsiya vaqtida User obyektining aniq xotira joylashuvini biladi. U firstName saqlanadigan xotira ofsetini to'g'ridan-to'g'ri hisoblab, unga bitta, tezkor ko'rsatma bilan murojaat qilish uchun mashina kodi yaratishi mumkin.

JavaScript'da esa vaziyat ancha murakkab:

1. Obyektning tuzilmasi (uning "shakli" yoki xususiyatlari) istalgan vaqtda o'zgarishi mumkin.
2. Xususiyat qiymatining tipi o'zgarishi mumkin (masalan, user.age = 30; user.age = "thirty";).
3. Xususiyat nomlari satrlar bo'lib, ularning mos qiymatlarini topish uchun qidiruv mexanizmini (masalan, xesh-jadval) talab qiladi.

Maxsus optimallashtirishlarsiz har bir xususiyatga murojaat qimmat lug'at qidiruvini talab qiladi, bu esa bajarilishni keskin sekinlashtiradi. Aynan shu yerda Yashirin Sinflar va Polimorfik Inline Keshlar ishga tushadi va dvigatelga dinamik tiplashtirishni samarali boshqarish uchun zarur mexanizmlarni taqdim etadi.

Yashirin Sinflar bilan tanishuv

Dinamik obyekt shakllarining samaradorlikka salbiy ta'sirini bartaraf etish uchun JavaScript dvigatellari Yashirin Sinflar deb nomlangan ichki tushunchani joriy qiladi. Ular an'anaviy sinflar bilan nomdosh bo'lsada, ular faqat ichki optimallashtirish artefakti bo'lib, dasturchilarga to'g'ridan-to'g'ri ko'rsatilmaydi. Boshqa dvigatellar ularni "Maps" (V8) yoki "Shapes" (SpiderMonkey) deb atashi mumkin.

Yashirin Sinflar nima?

Tasavvur qiling, siz kitob javoni qurayapsiz. Agar siz unga qanday kitoblar va qaysi tartibda joylashishini aniq bilsangiz, uni mukammal o'lchamdagi bo'linmalar bilan qurishingiz mumkin edi. Agar kitoblar istalgan vaqtda o'lchamini, turini va tartibini o'zgartirishi mumkin bo'lsa, sizga ancha moslashuvchan, ammo ehtimol kamroq samarali tizim kerak bo'lar edi. Yashirin sinflar JavaScript obyektlariga o'sha "bashorat qilinuvchanlik"ning bir qismini qaytarishga harakat qiladi.

Yashirin sinf - bu JavaScript dvigatellari obyektning joylashuvini tavsiflash uchun ishlatadigan ichki ma'lumotlar tuzilmasi. Aslida, bu xususiyat nomlarini ularning tegishli xotira ofsetlari va atributlari (masalan, yoziladigan, sozlanadigan, sanaladigan) bilan bog'laydigan xaritadir. Muhimi shundaki, bir xil yashirin sinfga ega bo'lgan obyektlar bir xil xotira joylashuviga ega bo'ladi, bu esa dvigatelga ularni optimallashtirish maqsadida o'xshash tarzda ko'rib chiqish imkonini beradi.

Yashirin Sinflar qanday yaratiladi

Yashirin sinflar statik emas; ular obyektga xususiyatlar qo'shilishi bilan rivojlanadi. Bu jarayon bir qator "o'tishlar"ni o'z ichiga oladi:

1. Bo'sh obyekt yaratilganda (masalan, const obj = {};), unga boshlang'ich, bo'sh yashirin sinf biriktiriladi.
2. Ushbu obyektga birinchi xususiyat qo'shilganda (masalan, obj.x = 10;), dvigatel yangi yashirin sinf yaratadi. Bu yangi yashirin sinf obyektning endi ma'lum bir xotira ofsetida 'x' xususiyatiga ega ekanligini tavsiflaydi. Shuningdek, u oldingi yashirin sinfga bog'lanib, o'tish zanjirini hosil qiladi.
3. Agar ikkinchi xususiyat qo'shilsa (masalan, obj.y = 'hello';), 'x' va 'y' xususiyatlariga ega obyektni tavsiflovchi va oldingi sinfga bog'langan yana bir yangi yashirin sinf yaratiladi.
4. Keyinchalik aynan bir xil tartibda qo'shilgan aynan bir xil xususiyatlar bilan yaratilgan obyektlar bir xil o'tish zanjiriga ergashadi va mavjud yashirin sinflardan qayta foydalanadi, bu esa yangilarini yaratish xarajatlaridan qochishga yordam beradi.

Ushbu o'tish mexanizmi dvigatelga obyekt joylashuvlarini samarali boshqarish imkonini beradi. Har bir xususiyatga murojaat qilish uchun xesh-jadval qidiruvini amalga oshirish o'rniga, dvigatel shunchaki obyektning joriy yashirin sinfiga qarashi, xususiyatning ofsetini topishi va to'g'ridan-to'g'ri xotira manziliga murojaat qilishi mumkin. Bu ancha tezroq.

Xususiyatlar Tartibining Roli

Obyektga xususiyatlarning qo'shilish tartibi yashirin sinfdan qayta foydalanish uchun juda muhimdir. Agar ikkita obyekt oxir-oqibat bir xil xususiyatlarga ega bo'lsa-da, lekin ular boshqa tartibda qo'shilgan bo'lsa, ular turli xil yashirin sinf zanjirlariga va shuning uchun turli yashirin sinflarga ega bo'lib qoladi.

Keling, buni bir misol bilan ko'rib chiqamiz:

            
function createPoint(x, y) {
  const p = {};
  p.x = x;
  p.y = y;
  return p;
}

function createAnotherPoint(x, y) {
  const p = {};
  p.y = y; // Different order
  p.x = x; // Different order
  return p;
}

const p1 = createPoint(10, 20); // Hidden Class 1 -> HC for {x} -> HC for {x, y}
const p2 = createPoint(30, 40); // Reuses the same Hidden Classes as p1

const p3 = createAnotherPoint(50, 60); // Hidden Class 1 -> HC for {y} -> HC for {y, x}

console.log(p1.x, p1.y); // Accesses based on HC for {x, y}
console.log(p2.x, p2.y); // Accesses based on HC for {x, y}
console.log(p3.x, p3.y); // Accesses based on HC for {y, x}

            

              
                Copy
              
            
          

Bu misolda p1 va p2 bir xil yashirin sinflar ketma-ketligiga ega, chunki ularning xususiyatlari ('x' keyin 'y') bir xil tartibda qo'shilgan. Bu dvigatelga ushbu obyektlar ustidagi amallarni juda samarali optimallashtirish imkonini beradi. Biroq, p3, garchi oxir-oqibat bir xil xususiyatlarga ega bo'lsa-da, ular boshqa tartibda ('y' keyin 'x') qo'shilgan, bu esa boshqa yashirin sinflar to'plamiga olib keladi. Bu farq dvigatelning p1 va p2 uchun qo'llashi mumkin bo'lgan optimallashtirish darajasini qo'llashiga to'sqinlik qiladi.

Yashirin Sinflarning Afzalliklari

Yashirin sinflarning joriy etilishi bir nechta muhim samaradorlik afzalliklarini beradi:

• Tezkor Xususiyat Qidiruvi: Obyektning yashirin sinfi ma'lum bo'lgach, dvigatel uning har qanday xususiyati uchun aniq xotira ofsetini tezda aniqlay oladi va sekinroq xesh-jadval qidiruvlariga ehtiyoj qolmaydi.
• Xotiradan Foydalanishni Kamaytirish: Har bir obyekt o'z xususiyatlarining to'liq lug'atini saqlash o'rniga, bir xil shaklga ega obyektlar bir xil yashirin sinfga ishora qilib, strukturaviy metama'lumotlarni o'zaro bo'lishishi mumkin.
• JIT Optimizatsiyasini Ta'minlaydi: Yashirin sinflar JIT kompilyatoriga muhim turdagi ma'lumotlar va obyekt joylashuvining bashorat qilinuvchanligini taqdim etadi. Bu kompilyatorga obyekt tuzilmalari haqida taxminlar qiluvchi yuqori darajada optimallashtirilgan mashina kodi yaratish imkonini beradi va bajarilish tezligini sezilarli darajada oshiradi.

Yashirin sinflar dinamik JavaScript obyektlarining tartibsizdek tuyulgan tabiatini optimallashtiruvchi kompilyatorlar samarali ishlashi mumkin bo'lgan yanada tuzilmali, bashorat qilinadigan tizimga aylantiradi.

Polimorfizm va uning Samaradorlikka Ta'siri

Yashirin sinflar obyekt joylashuvlariga tartib olib kelsa-da, JavaScript'ning dinamik tabiati hali ham funksiyalarga turli tuzilmalardagi obyektlar bilan ishlashga imkon beradi. Bu tushuncha polimorfizm deb nomlanadi.

JavaScript dvigateli ichki tuzilishi kontekstida polimorfizm biror funksiya yoki operatsiya (masalan, xususiyatga murojaat) turli yashirin sinflarga ega bo'lgan obyektlar bilan bir necha marta chaqirilganda yuzaga keladi. Masalan:

            
function processValue(obj) {
  return obj.value * 2;
}

// Monomorphic case: Always the same hidden class
processValue({ value: 10 });
processValue({ value: 20 });

// Polymorphic case: Different hidden classes
processValue({ value: 30 }); // Hidden Class A
processValue({ id: 1, value: 40 }); // Hidden Class B (assuming different property order/set)
processValue({ value: 50, timestamp: Date.now() }); // Hidden Class C

            

              
                Copy
              
            
          

processValue turli yashirin sinflarga ega obyektlar bilan chaqirilganda, dvigatel endi value xususiyati uchun yagona, qat'iy xotira ofsetiga tayana olmaydi. U bir nechta mumkin bo'lgan joylashuvlarni boshqarishi kerak. Agar bu tez-tez sodir bo'lsa, bu sekinroq bajarilish yo'llariga olib kelishi mumkin, chunki dvigatel JIT kompilyatsiyasi paytida kuchli, tipga xos taxminlar qila olmaydi. Aynan shu yerda Inline Keshlar (ICs) muhim ahamiyat kasb etadi.

Inline Keshlar (IC) ni Tushunish

Inline Keshlar (ICs) JavaScript dvigatellari tomonidan xususiyatga murojaat (masalan, obj.prop), funksiya chaqiruvlari va arifmetik amallar kabi operatsiyalarni tezlashtirish uchun ishlatiladigan yana bir fundamental optimallashtirish usulidir. IC - bu kodning ma'lum bir nuqtasida oldingi operatsiyalardan olingan tip bo'yicha qayta aloqani "eslab qoladigan" kompilyatsiya qilingan kodning kichik bir qismidir.

Inline Kesh (IC) nima?

IC ni umumiy operatsiyalar uchun mahalliylashtirilgan, yuqori darajada ixtisoslashtirilgan memoizatsiya vositasi deb o'ylang. JIT kompilyatori biror operatsiyaga (masalan, obyektdan xususiyatni olish) duch kelganda, u operandning turini (masalan, obyektning yashirin sinfini) tekshiradigan kod qismini qo'shadi. Agar bu ma'lum bir tur bo'lsa, u juda tez, optimallashtirilgan yo'l bilan davom etishi mumkin. Aks holda, u sekinroq, umumiy qidiruvga qaytadi va kelajakdagi chaqiruvlar uchun keshni yangilaydi.

Monomorfik IC'lar

Agar IC ma'lum bir operatsiya uchun doimiy ravishda bir xil yashirin sinfni ko'rsa, u monomorfik hisoblanadi. Masalan, agar getUserName(user) { return user.name; } funksiyasi har doim aynan bir xil yashirin sinfga ega bo'lgan (ya'ni bir xil tartibda qo'shilgan bir xil xususiyatlarga ega) obyektlar bilan chaqirilsa, IC monomorfik bo'ladi.

Monomorfik holatda IC quyidagilarni yozib oladi:

• U oxirgi marta duch kelgan obyektning yashirin sinfi.
• Ushbu yashirin sinf uchun name xususiyati joylashgan aniq xotira ofseti.

getUserName qayta chaqirilganda, IC avval kiruvchi obyektning yashirin sinfi keshdagiga mos kelishini tekshiradi. Agar mos kelsa, u murakkab qidiruv mantig'ini chetlab o'tib, to'g'ridan-to'g'ri name saqlangan xotira manziliga o'tishi mumkin. Bu eng tez bajarilish yo'lidir.

Polimorfik IC'lar (PICs)

Operatsiya bir nechta turli yashirin sinflarga ega bo'lgan (masalan, ikki-to'rtta alohida yashirin sinf) obyektlar bilan chaqirilganda, IC polimorfik holatga o'tadi. Polimorfik Inline Kesh (PIC) bir nechta (Yashirin Sinf, Ofset) juftligini saqlashi mumkin.

Masalan, agar getUserName ba'zan { name: 'Alice' } (Yashirin Sinf A) va ba'zan { id: 1, name: 'Bob' } (Yashirin Sinf B) bilan chaqirilsa, PIC Yashirin Sinf A va Yashirin Sinf B uchun yozuvlarni saqlaydi. Obyekt kelganda, PIC o'zining keshdagi yozuvlarini birma-bir tekshiradi. Agar moslik topilsa, u tezkor xususiyat qidiruvi uchun mos keladigan ofsetdan foydalanadi.

PIC'lar hali ham juda samarali, lekin monomorfik IC'larga qaraganda biroz sekinroq, chunki ular bir nechta qo'shimcha taqqoslashlarni o'z ichiga oladi. Agar oz sonli, boshqariladigan turli xil shakllar mavjud bo'lsa, dvigatel IC'larni monomorfik emas, balki polimorfik saqlashga harakat qiladi.

Megamorfik IC'lar

Agar operatsiya juda ko'p turli xil yashirin sinflarga duch kelsa (masalan, dvigatel evristikasiga qarab to'rtdan yoki beshtadan ko'p), IC alohida shakllarni keshlashga urinishdan voz kechadi. U megamorfik holatga o'tadi.

Megamorfik holatda, IC asosan umumiy, optimallashtirilmagan qidiruv mexanizmiga, odatda xesh-jadval qidiruviga qaytadi. Bu ham monomorfik, ham polimorfik IC'larga qaraganda ancha sekinroq, chunki u har bir murojaat uchun murakkabroq hisob-kitoblarni o'z ichiga oladi. Megamorfizm samaradorlikdagi to'siqning kuchli ko'rsatkichi bo'lib, ko'pincha deoptimizatsiyani keltirib chiqaradi, bunda yuqori darajada optimallashtirilgan JIT kodi bekor qilinib, kamroq optimallashtirilgan yoki interpretatsiya qilingan kodga qaytiladi.

IC'lar Yashirin Sinflar bilan qanday ishlaydi

Yashirin sinflar va Inline Keshlar bir-biri bilan uzviy bog'liqdir. Yashirin sinflar obyekt tuzilmasining barqaror "xaritasini" ta'minlaydi, IC'lar esa kompilyatsiya qilingan kodda qisqa yo'llarni yaratish uchun ushbu xaritadan foydalanadi. IC asosan ma'lum bir yashirin sinf uchun xususiyat qidiruvi natijasini keshlaydi. Dvigatel xususiyatga murojaatga duch kelganda:

1. U obyektning yashirin sinfini oladi.
2. U kodda o'sha xususiyatga murojaat qilish joyi bilan bog'liq bo'lgan IC'ga murojaat qiladi.
3. Agar yashirin sinf IC'dagi keshdagi yozuvga mos kelsa, dvigatel xususiyat qiymatini olish uchun to'g'ridan-to'g'ri saqlangan ofsetdan foydalanadi.
4. Agar moslik bo'lmasa, u to'liq qidiruvni amalga oshiradi (bu yashirin sinf zanjiri bo'ylab o'tish yoki lug'at qidiruviga qaytishni o'z ichiga oladi), IC'ni yangi (Yashirin Sinf, Ofset) juftligi bilan yangilaydi va keyin davom etadi.

Bu qayta aloqa halqasi dvigatelga kodning haqiqiy ish vaqtidagi xatti-harakatlariga moslashish imkonini beradi va eng ko'p ishlatiladigan yo'llarni doimiy ravishda optimallashtiradi.

Keling, IC xatti-harakatlarini namoyish etuvchi misolni ko'rib chiqamiz:

            
function getFullName(person) {
  return person.firstName + ' ' + person.lastName;
}

// --- Scenario 1: Monomorphic ICs ---
const employee1 = { firstName: 'John', lastName: 'Doe' }; // HC_A
const employee2 = { firstName: 'Jane', lastName: 'Smith' }; // HC_A (same shape and creation order)

// Engine sees HC_A consistently for 'firstName' and 'lastName'
// ICs become monomorphic, highly optimized.
for (let i = 0; i < 1000; i++) {
  getFullName(i % 2 === 0 ? employee1 : employee2);
}

console.log('Monomorphic path completed.');

// --- Scenario 2: Polymorphic ICs ---
const customer1 = { firstName: 'Alice', lastName: 'Johnson' }; // HC_B
const manager1 = { title: 'Director', firstName: 'Bob', lastName: 'Williams' }; // HC_C (different creation order/properties)

// Engine now sees HC_A, HC_B, HC_C for 'firstName' and 'lastName'
// ICs will likely become polymorphic, caching multiple HC-offset pairs.
for (let i = 0; i < 1000; i++) {
  if (i % 3 === 0) {
    getFullName(employee1);
  } else if (i % 3 === 1) {
    getFullName(customer1);
  } else {
    getFullName(manager1);
  }
}

console.log('Polymorphic path completed.');

// --- Scenario 3: Megamorphic ICs ---
function createRandomUser() {
  const user = {};
  user.id = Math.random();
  if (Math.random() > 0.5) {
    user.firstName = 'User' + Math.random();
    user.lastName = 'Surname' + Math.random();
  } else {
    user.givenName = 'Given' + Math.random(); // Different property name
    user.familyName = 'Family' + Math.random(); // Different property name
  }
  user.age = Math.floor(Math.random() * 50);
  return user;
}

// If a function tries to access 'firstName' on objects with highly varying shapes
// ICs will likely become megamorphic.
function getFirstNameSafely(obj) {
  if (obj.firstName) { // This 'firstName' access site will see many different HCs
    return obj.firstName;
  }
  return 'Unknown';
}

for (let i = 0; i < 1000; i++) {
  getFirstNameSafely(createRandomUser());
}

console.log('Megamorphic path encountered.');

            

              
                Copy
              
            
          

Ushbu illustratsiya barqaror obyekt shakllari samarali monomorfik va polimorfik keshlashni qanday ta'minlashini, juda oldindan aytib bo'lmaydigan shakllar esa dvigatelni kamroq optimallashtirilgan megamorfik holatlarga majbur qilishini ko'rsatadi.

Hammasini Birlashtirish: Yashirin Sinflar va PIC'lar

Yashirin sinflar va Polimorfik Inline Keshlar yuqori samarali JavaScript'ni ta'minlash uchun birgalikda ishlaydi. Ular zamonaviy JIT kompilyatorlarining dinamik tiplashtirilgan kodni optimallashtirish qobiliyatining asosini tashkil etadi.

• Yashirin Sinflar obyekt joylashuvining tuzilmali tasvirini taqdim etadi, bu esa dvigatelga ichki tomondan bir xil shakldagi obyektlarni ma'lum bir "tur"ga tegishli deb hisoblash imkonini beradi. Bu JIT kompilyatoriga ishlash uchun bashorat qilinadigan tuzilmani beradi.
• Inline Keshlar, kompilyatsiya qilingan kod ichidagi ma'lum operatsiya joylariga joylashtirilgan bo'lib, ushbu strukturaviy ma'lumotlardan foydalanadi. Ular kuzatilgan yashirin sinflarni va ularga mos keladigan xususiyat ofsetlarini keshlaydi.

Kod bajarilganda, dvigatel dastur orqali o'tayotgan obyekt turlarini kuzatadi. Agar operatsiyalar doimiy ravishda bir xil yashirin sinfdagi obyektlarga qo'llanilsa, IC'lar monomorfik bo'lib, ultra-tezkor to'g'ridan-to'g'ri xotiraga kirishni ta'minlaydi. Agar bir nechta alohida yashirin sinflar kuzatilsa, IC'lar polimorfik bo'lib, tezkor tekshiruvlar seriyasi orqali hali ham sezilarli tezlikni ta'minlaydi. Biroq, agar obyekt shakllarining xilma-xilligi juda katta bo'lib ketsa, IC'lar megamorfik holatga o'tadi, bu esa sekinroq, umumiy qidiruvlarga majbur qiladi va potentsial ravishda kompilyatsiya qilingan kodning deoptimizatsiyasiga olib keladi.

Ushbu uzluksiz qayta aloqa halqasi - ish vaqti turlarini kuzatish, yashirin sinflarni yaratish/qayta ishlatish, IC'lar orqali kirish naqshlarini keshlash va JIT kompilyatsiyasini moslashtirish - dinamik tiplashtirishning o'ziga xos qiyinchiliklariga qaramay, JavaScript dvigatellarini juda tez qiladigan narsadir. Yashirin sinflar va IC'lar o'rtasidagi bu "raqs"ni tushunadigan dasturchilar dvigatelning optimallashtirish strategiyalariga tabiiy ravishda mos keladigan kod yozishi mumkin, bu esa yuqori samaradorlikka olib keladi.

Dasturchilar uchun Amaliy Optimizatsiya Maslahatlari

JavaScript dvigatellari yuqori darajada murakkab bo'lsa-da, sizning kod yozish uslubingiz ularning optimallashtirish qobiliyatiga sezilarli darajada ta'sir qilishi mumkin. Yashirin sinflar va PIC'lardan kelib chiqqan holda bir nechta ilg'or amaliyotlarga rioya qilish orqali siz dvigatelga kodingizni yaxshiroq ishlashiga yordam berishingiz mumkin.

1. Obyekt Shakllarining Barqarorligini Saqlang

Bu, ehtimol, eng muhim maslahatdir. Har doim bashorat qilinadigan va barqaror shakllarga ega obyektlar yaratishga intiling. Bu degani:

• Barcha xususiyatlarni konstruktorda yoki yaratish paytida initsializatsiya qiling: Obyekt ega bo'lishi kutilayotgan barcha xususiyatlarni keyinchalik bosqichma-bosqich qo'shish o'rniga, u yaratilgan zahoti aniqlang.
• Yaratilgandan so'ng xususiyatlarni dinamik ravishda qo'shish yoki o'chirishdan saqlaning: Obyekt shaklini dastlabki yaratilishidan keyin o'zgartirish dvigatelni yangi yashirin sinflar yaratishga va mavjud IC'larni bekor qilishga majbur qiladi, bu esa deoptimizatsiyaga olib keladi.
• Xususiyatlar tartibining bir xilligini ta'minlang: Kontseptual jihatdan o'xshash bir nechta obyekt yaratayotganda, ularning xususiyatlarini bir xil tartibda qo'shing.

            
// Yaxshi: Barqaror shakl, monomorfik IC'larni rag'batlantiradi
class User {
  constructor(id, name) {
    this.id = id;
    this.name = name;
  }
}
const user1 = new User(1, 'Alice');
const user2 = new User(2, 'Bob');

// Yomon: Dinamik xususiyat qo'shish, yashirin sinf o'zgarishiga va deoptimizatsiyaga sabab bo'ladi
const customer1 = {};
customer1.id = 1;
customer1.name = 'Charlie';
customer1.email = 'charlie@example.com';

const customer2 = {};
customer2.name = 'David'; // Boshqa tartib
customer2.id = 2;
// Endi emailni keyinroq qo'shish mumkin.
customer2.email = 'david@example.com';

            

              
                Copy
              
            
          

2. "Qaynoq" Funksiyalarda Polimorfizmni Kamaytiring

Polimorfizm kuchli til xususiyati bo'lsa-da, samaradorlik uchun muhim kod yo'llarida haddan tashqari polimorfizm megamorfik IC'larga olib kelishi mumkin. Asosiy funksiyalaringizni barqaror yashirin sinflarga ega bo'lgan obyektlar bilan ishlashga mo'ljallang.

• Agar funksiya turli obyekt turlarini qayta ishlashi kerak bo'lsa, ularni turiga qarab guruhlashni va har bir tur uchun alohida, ixtisoslashtirilgan funksiyalardan foydalanishni ko'rib chiqing yoki hech bo'lmaganda umumiy xususiyatlar bir xil ofsetlarda bo'lishini ta'minlang.
• Agar bir nechta alohida turlar bilan ishlash muqarrar bo'lsa, PIC'lar hali ham samarali bo'lishi mumkin. Faqat alohida shakllar soni juda ko'payib ketganda ehtiyot bo'ling.

            
// Yaxshi: Kamroq polimorfizm, agar 'users' massivi barqaror shakldagi obyektlarni o'z ichiga olsa
function processUsers(users) {
  for (const user of users) {
    // Bu xususiyatga murojaat monomorfik/polimorfik bo'ladi, agar user obyektlari barqaror bo'lsa
    console.log(user.id, user.name);
  }
}

// Yomon: Yuqori polimorfizm, 'items' massivi juda xilma-xil shakldagi obyektlarni o'z ichiga oladi
function processItems(items) {
  for (const item of items) {
    // Bu xususiyatga murojaat megamorfik bo'lishi mumkin, agar item shakllari juda ko'p o'zgarsa
    console.log(item.name || item.title || 'No Name');
    if (item.price) {
      console.log('Price:', item.price);
    } else if (item.cost) {
      console.log('Cost:', item.cost);
    }
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

3. Deoptimizatsiyadan Saqlaning

Ba'zi JavaScript konstruksiyalari JIT kompilyatorining kuchli taxminlar qilishini qiyinlashtiradi yoki imkonsiz qiladi, bu esa deoptimizatsiyaga olib keladi:

• Massivlarda tiplarni aralashtirmang: Bir jinsli (gomogen) tiplardagi massivlar (masalan, faqat sonlar, faqat satrlar, bir xil yashirin sinfdagi obyektlar) yuqori darajada optimallashtirilgan. Tiplarni aralashtirish (masalan, [1, 'hello', true]) dvigatelni qiymatlarni umumiy obyektlar sifatida saqlashga majbur qiladi, bu esa sekinroq murojaatga olib keladi.
• eval() va with dan saqlaning: Ushbu konstruksiyalar ish vaqtida o'ta oldindan aytib bo'lmaydigan holatlarni keltirib chiqaradi va dvigatelni juda ehtiyotkor, optimallashtirilmagan kod yo'llariga majbur qiladi.
• O'zgaruvchi tiplarini o'zgartirishdan saqlaning: Bu mumkin bo'lsa-da, o'zgaruvchi turini o'zgartirish (masalan, let x = 10; x = 'hello';) agar "qaynoq" kod yo'lida sodir bo'lsa, deoptimizatsiyaga olib kelishi mumkin.

4. var o'rniga const va let ni afzal ko'ring

Blok doirasidagi o'zgaruvchilar (const, let) va constning o'zgarmasligi (primitiv qiymatlar yoki obyekt havolalari uchun) dvigatelga ko'proq ma'lumot beradi, bu esa unga yaxshiroq optimallashtirish qarorlarini qabul qilish imkonini beradi. var funksiya doirasiga ega va qayta e'lon qilinishi mumkin, bu esa statik tahlilni qiyinlashtiradi.

5. Dvigatel Cheklovlarini Tushuning

Dvigatellar aqlli bo'lsa-da, ular sehrli emas. Ular qanchalik optimallashtirishi mumkinligining chegaralari bor. Masalan, haddan tashqari murakkab obyekt meros zanjirlari yoki juda chuqur prototip zanjirlari Yashirin Sinflar va IC'lar bilan ham xususiyatlarni qidirishni sekinlashtirishi mumkin.

6. Ma'lumotlar Lokalligini Hisobga Oling (Mikro-optimizatsiya)

Yashirin Sinflar va IC'lar bilan bevosita bog'liq bo'lmasa-da, yaxshi ma'lumotlar lokalligi (bog'liq ma'lumotlarni xotirada birga guruhlash) CPU keshlaridan yaxshiroq foydalanish orqali samaradorlikni oshirishi mumkin. Masalan, agar sizda kichik, barqaror obyektlar massivi bo'lsa, dvigatel ularni ko'pincha xotirada ketma-ket saqlashi mumkin, bu esa tezroq iteratsiyaga olib keladi.

Yashirin Sinflar va PIC'lardan tashqari: Boshqa Optimizatsiyalar

Yodda tutish kerakki, Yashirin sinflar va PIC'lar ancha katta, nihoyatda murakkab jumboqning faqat ikkita qismidir. Zamonaviy JavaScript dvigatellari eng yuqori samaradorlikka erishish uchun boshqa ko'plab murakkab usullardan foydalanadi:

"Axlat Yig'ish" (Garbage Collection)

Xotirani samarali boshqarish juda muhim. Dvigatellar V8 ning Orinoco'si kabi ilg'or avlodli "axlat yig'uvchilar"dan foydalanadi, ular xotirani avlodlarga bo'ladi, keraksiz obyektlarni bosqichma-bosqich yig'adi va ko'pincha bajarilishdagi pauzalarni minimallashtirish uchun alohida potoklarda parallel ravishda ishlaydi, bu esa silliq foydalanuvchi tajribasini ta'minlaydi.

Turbofan va Ignition

V8'ning hozirgi konveyeri Ignition (interpretator va bazaviy kompilyator) va Turbofan (optimallashtiruvchi kompilyator) dan iborat. Ignition profil ma'lumotlarini yig'ish paytida kodni tezda bajaradi. Keyin Turbofan bu ma'lumotlarni olib, inlining, sikllarni ochish va o'lik kodni yo'qotish kabi ilg'or optimallashtirishlarni amalga oshiradi va yuqori darajada optimallashtirilgan mashina kodini ishlab chiqaradi.

WebAssembly (Wasm)

Ilovaning haqiqatan ham samaradorlik muhim bo'lgan qismlari, ayniqsa og'ir hisob-kitoblarni o'z ichiga olgan qismlar uchun WebAssembly alternativa taklif qiladi. Wasm - bu deyarli mahalliy (native) ishlash uchun mo'ljallangan past darajali bayt-kod formatidir. JavaScript'ning o'rnini bosmasa-da, u dasturchilarga ilovalarining qismlarini C, C++ yoki Rust kabi tillarda yozish, ularni Wasm'ga kompilyatsiya qilish va ularni brauzerda yoki Node.js'da ajoyib tezlik bilan bajarish imkonini berib, uni to'ldiradi. Bu, ayniqsa, turli xil uskunalarda barqaror, yuqori samaradorlik muhim bo'lgan global ilovalar uchun foydalidir.

Xulosa

Zamonaviy JavaScript dvigatellarining ajoyib tezligi o'nlab yillik kompyuter fanlari tadqiqotlari va muhandislik innovatsiyalarining dalilidir. Yashirin Sinflar va Polimorfik Inline Keshlar shunchaki tushunarsiz ichki tushunchalar emas; ular JavaScript'ga o'z vazn toifasidan yuqori darajada ishlash imkonini beradigan, dinamik, interpretatsiya qilinadigan tilni butun dunyodagi eng talabchan ilovalarni quvvatlantirishga qodir yuqori samarali ishchi otga aylantiradigan fundamental mexanizmlardir.

Ushbu optimallashtirishlar qanday ishlashini tushunish orqali dasturchilar JavaScript samaradorligi bo'yicha ba'zi ilg'or amaliyotlarning "nima uchun"ligini tushunib yetadilar. Gap har bir kod satrini mikro-optimallashtirish haqida emas, balki dvigatelning kuchli tomonlariga tabiiy ravishda mos keladigan kod yozish haqida ketmoqda. Barqaror obyekt shakllariga ustunlik berish, keraksiz polimorfizmni minimallashtirish va optimallashtirishga to'sqinlik qiladigan konstruksiyalardan qochish har bir qit'adagi foydalanuvchilar uchun yanada mustahkam, samarali va tezroq ilovalarga olib keladi.

JavaScript rivojlanishda davom etar ekan va uning dvigatellari yanada murakkablashar ekan, bu ichki tuzilmalar haqida xabardor bo'lish bizga yaxshiroq kod yozish va global auditoriyamizni chinakamiga xursand qiladigan tajribalar yaratish imkonini beradi.

Qo'shimcha O'qish va Manbalar

• V8 uchun JavaScript'ni optimallashtirish (Rasmiy V8 blogi)
• Ignition va Turbofan: V8 kompilyator konveyeriga (qayta) kirish (Rasmiy V8 blogi)
• MDN Web Docs: WebAssembly
• SpiderMonkey (Firefox) va JavaScriptCore (Safari) jamoalaridan JavaScript dvigateli ichki tuzilishi haqidagi maqolalar va hujjatlar.
• Ilg'or JavaScript samaradorligi va dvigatel arxitekturasi bo'yicha kitoblar va onlayn kurslar.