JS `Fast Properties` 与 `Dictionary Properties`：V8 对象属性存储优化

咳咳，各位听众，掌声鼓励一下，咱们今天聊聊V8引擎里的“Fast Properties”和“Dictionary Properties”，这两家伙听起来挺玄乎，但其实就是V8为了让咱们的JavaScript跑得飞快，耍的一些小聪明。简单说，它们是V8存储对象属性的两种方式，选择哪种方式，直接关系到你代码的性能。

开场白：对象的“房子”和“仓库”

想象一下，你是一个房地产开发商，要给你的居民们分配房子。

Fast Properties (快速属性)： 这就像给每个人分配一栋独立别墅，每栋别墅都有固定的房间数量和布局。优点是找东西快，直接按门牌号就能找到。缺点是，如果你突然要加个游泳池或者健身房（新增属性），别墅就得重新设计，成本很高。
Dictionary Properties (字典属性)： 这就像一个巨大的仓库，每个居民的东西都堆放在一起，贴上标签。优点是灵活，随便你想放什么都行。缺点是找东西慢，得在仓库里翻箱倒柜。

V8引擎就是这个开发商，它会根据你的对象属性变化情况，决定是给你分配“别墅”（Fast Properties）还是“仓库”（Dictionary Properties）。

第一节：Fast Properties：住别墅的快感

Fast Properties是V8默认的首选方案。它的核心思想是，如果对象的属性数量和类型在创建后保持相对稳定，V8会为该对象分配一个连续的内存空间，就像给对象盖了一栋别墅。

关键概念：Hidden Class (隐藏类)

“别墅”的关键在于它的图纸，也就是Hidden Class。Hidden Class描述了对象的属性名称、类型、以及它们在内存中的位置。

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

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

在这个例子中，p1和p2都有相同的属性x和y，并且都是数字类型。V8会为Point对象创建一个Hidden Class，描述这两个属性的信息。p1和p2会共享这个Hidden Class。

共享Hidden Class的好处：

内存效率： 只需要一份Hidden Class，多个对象共享，节省内存。
快速属性访问： 通过Hidden Class，V8可以直接计算出属性在内存中的偏移量，直接访问，速度非常快。就像你知道房间号，直接进房间拿东西一样。

代码示例：属性访问的加速

function accessProperty(point) {
  return point.x + point.y;
}

console.time('Fast Properties');
for (let i = 0; i < 1000000; i++) {
  accessProperty(p1);
}
console.timeEnd('Fast Properties'); // 输出：Fast Properties: 约1ms

这段代码展示了Fast Properties的优势，由于p1的属性访问是基于Hidden Class的，速度非常快。

第二节：Dictionary Properties：仓库里的无奈

如果对象的属性变化过于频繁，例如动态添加删除属性，或者属性类型变化，V8就会放弃Fast Properties，转而使用Dictionary Properties。

为什么放弃别墅？

频繁修改属性会导致Hidden Class频繁更新，这会带来巨大的性能开销。就像你每加个游泳池都要重新设计房子，成本太高了。

Dictionary Properties的原理：

Dictionary Properties本质上是一个哈希表，属性名作为key，属性值作为value。

代码示例：动态添加属性

const obj = {};
obj.a = 1;
obj.b = 2;
obj.c = 3;

// 动态添加属性
for (let i = 0; i < 10; i++) {
  obj['prop' + i] = i;
}

在这个例子中，由于我们动态添加属性，obj很可能会被V8降级为Dictionary Properties。

代码示例：属性类型变化

const obj2 = { x: 1 };
obj2.x = "hello"; // 属性类型从数字变为字符串

属性类型变化也会导致Hidden Class失效，进而触发降级。

Dictionary Properties的缺点：

内存占用高： 需要存储哈希表，占用更多内存。
访问速度慢： 需要进行哈希查找，才能找到属性值，速度远慢于Fast Properties。就像你在仓库里翻箱倒柜找东西一样。

代码示例：属性访问的减速

const obj = {};
for (let i = 0; i < 1000; i++) {
    obj['prop' + i] = i;
}

console.time('Dictionary Properties');
for (let i = 0; i < 1000000; i++) {
  let sum = 0;
  for(let j = 0; j < 1000; j++){
    sum += obj['prop' + j];
  }
}
console.timeEnd('Dictionary Properties'); // 输出：Dictionary Properties: 约 100+ ms (远慢于 Fast Properties)

这段代码展示了Dictionary Properties的性能瓶颈，由于属性访问需要进行哈希查找，速度明显慢于Fast Properties。

第三节：如何避免对象降级？

既然Dictionary Properties这么慢，那我们应该如何避免对象被降级呢？

黄金法则：保持对象结构的稳定

预先声明所有属性： 在对象创建时，就声明所有需要的属性，避免动态添加属性。

// 推荐的做法
function Person(name, age) {
  this.name = name;
  this.age = age;
  this.address = null; // 预先声明
}

// 不推荐的做法
function Person(name) {
  this.name = name;
}

const person = new Person("Alice");
person.age = 30; // 动态添加属性，可能导致降级

避免属性类型变化： 尽量保证属性类型在对象整个生命周期内保持不变。

// 推荐的做法
const obj = { x: 1 };
obj.x = 2; // 类型保持数字

// 不推荐的做法
const obj = { x: 1 };
obj.x = "hello"; // 类型变为字符串，可能导致降级

避免删除属性： 删除属性会导致Hidden Class失效，尽量避免。如果确实需要删除，可以将其设置为null或undefined。

// 推荐的做法
const obj = { x: 1, y: 2 };
obj.y = null; // 将属性设置为null

// 不推荐的做法
const obj = { x: 1, y: 2 };
delete obj.y; // 删除属性，可能导致降级

使用构造函数或类： 使用构造函数或类可以更好地控制对象的结构，更容易保持对象的稳定性。

// 使用构造函数
function Point(x, y) {
  this.x = x;
  this.y = y;
}

// 使用类 (ES6)
class Point {
  constructor(x, y) {
    this.x = x;
    this.y = y;
  }
}

表格总结：Fast Properties vs Dictionary Properties

特性	Fast Properties (别墅)	Dictionary Properties (仓库)
内存占用	低	高
访问速度	快	慢
适用场景	属性稳定的对象	属性变化频繁的对象
Hidden Class	使用	不使用
触发降级的因素	动态添加/删除属性，属性类型变化	无
优化建议	预先声明属性，避免类型变化，避免删除属性	尽量避免降级，优化数据结构和算法

第四节：实战案例分析

案例一：游戏开发中的粒子系统

在游戏开发中，粒子系统通常需要创建大量的粒子对象。如果每个粒子的属性都动态变化，很容易导致对象降级，影响性能。

优化方案：

预先定义粒子属性： 在创建粒子对象时，就预先定义所有需要的属性，例如位置、速度、颜色、大小等。
使用对象池： 避免频繁创建和销毁粒子对象，使用对象池来复用对象。
避免属性类型变化： 确保粒子属性的类型在整个生命周期内保持不变。

案例二：JSON数据处理

在处理JSON数据时，如果JSON数据的结构不稳定，例如属性名称不固定，或者属性类型变化，也容易导致对象降级。

优化方案：

数据清洗： 在解析JSON数据之前，对数据进行清洗，保证数据的结构和类型一致。
使用类型化的数组： 如果JSON数据包含大量的数字或字符串，可以使用类型化的数组来存储，例如Int32Array或Float64Array。
避免动态添加属性： 在处理JSON数据时，尽量避免动态添加属性。

第五节：V8的优化策略：TurboFan编译器

除了Fast Properties和Dictionary Properties，V8还使用了TurboFan编译器进行进一步的性能优化。TurboFan是一个优化编译器，它可以将JavaScript代码编译成本地机器码，从而提高执行速度。

TurboFan如何利用Fast Properties？

TurboFan可以根据Hidden Class的信息，对JavaScript代码进行优化。例如，它可以将属性访问操作直接编译成本地机器码，避免了运行时的类型检查，从而提高了执行速度。

第六节：总结与建议

Fast Properties和Dictionary Properties是V8引擎为了优化对象属性存储而采用的两种策略。理解这两种策略的原理，可以帮助我们编写更高效的JavaScript代码。

核心建议：

尽可能保持对象结构的稳定： 这是提高JavaScript性能的关键。
了解V8的优化策略： 了解V8的优化策略，可以帮助我们更好地利用V8的性能优势。
使用性能分析工具： 使用Chrome DevTools等性能分析工具，可以帮助我们找到代码中的性能瓶颈，并进行优化。

结束语：

好了，今天的讲座就到这里。希望大家通过今天的学习，对V8引擎的Fast Properties和Dictionary Properties有了更深入的了解。记住，好的代码就像一栋精心设计的别墅，结构清晰，性能卓越。希望大家都能写出高性能的JavaScript代码！谢谢大家！

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