JavaScript内核与高级编程之：`V8`的`Inlining`（内联）：如何将小函数内联到调用者中进行优化。 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

各位听众，大家好！欢迎来到今天的V8引擎优化讲座，我是你们的老朋友，程序界的段子手，今天咱们聊聊V8的“Inlining”（内联）。

开场白：函数调用，甜蜜的负担？

在代码的世界里，函数就像乐高积木，把大问题拆成小模块，方便管理和复用。但函数调用也不是免费的午餐，它有成本：保存上下文、跳转、恢复上下文…… 就像你去隔壁老王家借个螺丝刀，虽然螺丝刀本身不值钱，但来回跑一趟也费鞋底子不是？

V8引擎为了让JavaScript跑得飞快，就琢磨着怎么优化这些函数调用。其中一个大招就是“Inlining”，也就是咱们今天要聊的“内联”。

什么是Inlining？化繁为简的艺术

Inlining，简单来说，就是把一个“短小精悍”的函数，直接塞到调用它的地方。这样就省去了函数调用的开销，简直是“一劳永逸”！

举个例子，假设我们有这么一段JavaScript代码：

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

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

console.log(calculate(5, 3)); // 输出 16

如果V8引擎决定把add函数内联到calculate函数中，那么calculate函数就会变成这样（概念上）：

function calculate(x, y) {
  let sum = x + y; // add函数被内联到这里了
  return sum * 2;
}

console.log(calculate(5, 3));

看到了吧？ add(x, y)直接被替换成了x + y。省去了函数调用的开销，性能蹭蹭上涨。

为什么要做Inlining？省钱之道

Inlining的主要目的就是减少函数调用的开销。具体来说，它可以带来以下好处：

减少函数调用开销： 这是最直接的好处。省去了保存和恢复寄存器、跳转指令等开销。
更好的代码局部性： 内联后的代码更紧凑，更容易被CPU缓存命中，提高执行效率。
更多的优化机会： 内联后，编译器可以对内联后的代码进行更深入的分析和优化，例如常量折叠、死代码消除等。

V8如何决定是否进行Inlining？标准很严格

V8也不是什么函数都内联的，它有一套严格的标准。否则，胡乱内联反而可能导致代码体积膨胀，降低性能。

V8内联决策主要考虑以下因素：

函数的大小： 太大的函数不适合内联，因为会增加代码体积。一般来说，只有非常小的函数才会被考虑内联。这里的“小”通常指的是抽象语法树（AST）节点数。
函数的调用次数： 如果一个函数只被调用一次，那内联的收益可能不大。V8会优先内联那些频繁调用的函数。
函数的复杂性： 包含循环、条件判断等复杂结构的函数，内联的成本较高，V8会谨慎考虑。
内联深度： V8会限制内联的深度，避免无限递归内联导致代码膨胀。
函数是否已经被优化： 如果一个函数已经被优化过（例如被编译成机器码），V8可能就不会再内联它了。

V8的内联策略是一个非常复杂的算法，会根据实际情况动态调整。我们不必深究其细节，只需要知道V8会权衡各种因素，选择最优的内联方案。

Inlining的时机：早起的鸟儿有虫吃

V8的内联发生在不同的编译阶段：

字节码生成阶段： V8的Ignition解释器在生成字节码时，会进行一些简单的内联。
优化编译阶段： V8的TurboFan编译器在进行优化编译时，会进行更激进的内联。

一般来说，TurboFan编译器会比Ignition解释器更积极地进行内联。

Inlining的种类：各有所长

V8的Inlining可以分为多种类型：

函数内联（Function Inlining）： 这是最常见的内联类型，就是把一个函数的内容直接插入到调用它的地方。
方法内联（Method Inlining）： 类似于函数内联，但针对的是对象的方法。
构造函数内联（Constructor Inlining）： 把构造函数的内容内联到创建对象的代码中。

代码示例：看看Inlining的效果

为了更好地理解Inlining，我们来看一些代码示例。

示例1：简单的加法函数

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

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

console.time("calculate");
for (let i = 0; i < 1000000; i++) {
  calculate(5, 3);
}
console.timeEnd("calculate");

在这个例子中，add函数非常简单，很可能被V8内联到calculate函数中。

示例2：稍微复杂一点的函数

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

function distance(x1, y1, x2, y2) {
  let dx = x2 - x1;
  let dy = y2 - y1;
  return Math.sqrt(square(dx) + square(dy));
}

console.time("distance");
for (let i = 0; i < 1000000; i++) {
  distance(0, 0, 3, 4);
}
console.timeEnd("distance");

square函数也比较简单，可能会被内联到distance函数中。但是由于Math.sqrt 是一个内置函数，它通常不会被内联。（取决于引擎的具体实现）。

示例3：包含条件判断的函数

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

function processNumber(n) {
  if (isEven(n)) {
    return n / 2;
  } else {
    return n * 3 + 1;
  }
}

console.time("processNumber");
for (let i = 0; i < 1000000; i++) {
  processNumber(i);
}
console.timeEnd("processNumber");

isEven函数包含条件判断，内联的成本较高，V8可能会谨慎考虑。

如何判断是否发生了Inlining？秘籍在此

要判断V8是否进行了Inlining，我们可以使用一些工具和技巧：

V8的日志输出： 启动V8时，可以添加一些命令行参数，让V8输出详细的编译日志。例如，--trace-opt --trace-inlining可以输出优化和内联的信息。然而，这些日志非常复杂，需要一定的V8知识才能理解。
Chrome DevTools： Chrome DevTools提供了一些性能分析工具，可以帮助我们了解代码的执行情况。虽然DevTools不能直接告诉我们是否发生了Inlining，但我们可以通过分析代码的执行时间和调用栈来推断。
猜测和实验： 根据V8的内联策略，我们可以猜测哪些函数可能会被内联，然后通过实验来验证。例如，我们可以比较内联前后的性能差异。

代码示例：使用V8日志查看Inlining

首先，我们需要用命令行启动Node.js，并添加V8的日志参数：

node --trace-opt --trace-inlining your_script.js

然后，运行你的JavaScript代码。 V8会输出大量的日志信息，其中包含内联相关的信息。

例如，你可能会看到类似这样的日志：

[优化编译] 函数 add 内联到 calculate

这条日志表示add函数被内联到了calculate函数中。

注意： V8的日志输出非常详细，需要一定的经验才能从中找到有用的信息。

Inlining的局限性：并非万能灵药

Inlining虽然有很多好处，但也有一些局限性：

代码体积膨胀： 内联会导致代码体积增加，可能会降低缓存命中率，影响性能。
编译时间增加： 内联会增加编译器的负担，延长编译时间。
调试困难： 内联后的代码更难调试，因为原始的函数调用关系被破坏了。
过度内联的风险： 过度内联会导致代码膨胀，反而降低性能。

因此，V8在进行Inlining时会非常谨慎，权衡各种因素，选择最优的方案。

开发者如何影响Inlining？技巧分享

作为开发者，我们虽然不能直接控制V8的Inlining行为，但可以通过一些技巧来间接影响它：

编写小而简单的函数： V8更倾向于内联小而简单的函数。
避免使用复杂的控制流： 复杂的控制流会增加内联的成本。
频繁调用函数： V8更倾向于内联那些频繁调用的函数。
避免使用eval和arguments： 这些特性会阻碍Inlining。
使用纯函数： 纯函数（相同的输入始终产生相同的输出，没有副作用）更容易被内联。

表格总结：Inlining的优缺点

特性	优点	缺点
目的	减少函数调用开销，提高性能
原理	将小函数的内容直接插入到调用它的地方
好处	减少函数调用开销，提高代码局部性，增加优化机会
局限性	代码体积膨胀，编译时间增加，调试困难，过度内联的风险
影响因素	函数大小，调用次数，函数复杂性，内联深度，函数是否已经被优化
开发者技巧	编写小而简单的函数，避免使用复杂的控制流，频繁调用函数，避免使用`eval`和`arguments`，使用纯函数

Inlining的未来：更智能的优化

随着V8引擎的不断发展，Inlining技术也在不断进步。未来，V8可能会采用更智能的内联策略，例如：

基于机器学习的内联决策： 利用机器学习算法来预测内联的收益，做出更精准的内联决策。
动态内联： 在运行时根据代码的实际执行情况动态地进行内联。
跨模块内联： 将不同模块中的函数进行内联。

结尾：优化无止境，性能永不停歇

Inlining是V8引擎中一项重要的优化技术，它可以有效地减少函数调用的开销，提高JavaScript代码的性能。虽然我们不能直接控制V8的Inlining行为，但我们可以通过一些技巧来间接影响它。

记住，优化无止境，性能永不停歇。让我们一起努力，编写出更高效、更优秀的JavaScript代码！

今天的讲座就到这里，谢谢大家！希望大家有所收获，下次再见！

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