JS `JIT-Aware` `Code`：编写更容易被 V8 优化的 JavaScript 代码

大家好，我是你们今天的JavaScript优化讲师，暂且叫我V8克星吧！今天我们要聊的是如何编写更容易被V8引擎优化，也就是所谓的“JIT-Aware”的JavaScript代码。别害怕，这听起来很高大上，但其实很多都是你平时不怎么注意的小细节。我们的目标是让你的代码跑得更快，更省内存，别让V8引擎在背后默默吐槽你的代码写得像一团乱麻。

开场白：V8引擎，你的“好朋友”

V8引擎，你可能每天都在用，但你真的了解它吗？它就像一个挑剔的美食评论家，你的代码就是食材，你做的菜如果不对它的胃口，它可不会给你好脸色。V8引擎的核心是JIT (Just-In-Time) 编译器，它会动态地将JavaScript代码编译成本地机器码，让你的代码运行速度飞起。但是，这个JIT编译器很聪明，但也非常敏感，你需要按照它的“喜好”来写代码，才能让它发挥最大的威力。

第一部分：V8引擎的“性格”分析

要想写出JIT-Aware的代码，首先要了解V8引擎的“性格”。它喜欢什么，讨厌什么？

1. 类型稳定 (Type Stability)：V8的最爱

   类型稳定是V8引擎最看重的品质。简单来说，就是变量的类型不要频繁改变。V8引擎会根据变量的类型进行优化，如果类型频繁变化，引擎就得不断地进行重新优化，浪费大量的时间和资源。

   // Bad Code: 类型不稳定
   let x = 10; // x是number类型
   x = "Hello"; // x变成了string类型
   x = true; // x又变成了boolean类型

   // Good Code: 类型稳定
   let x = 10;
   x = 20;
   x = 30; // x始终是number类型

   为什么类型不稳定会导致性能问题？

   V8引擎内部会对变量进行类型预测，如果预测正确，后续的操作就可以直接利用已编译的机器码，速度非常快。但如果类型不稳定，预测失败，引擎就需要进行 deoptimization (反优化)，重新编译代码，这会带来巨大的性能开销。

2. 隐藏类 (Hidden Classes)：V8的秘密武器

   隐藏类是V8引擎为了优化对象属性访问而设计的。当创建一个对象时，V8引擎会创建一个隐藏类来描述这个对象的结构（属性的名称和类型）。如果后续创建的对象和第一个对象结构相同，它们就可以共享同一个隐藏类，这样引擎就可以直接通过隐藏类来访问对象的属性，而不需要每次都进行属性查找。

   // Bad Code: 创建结构不同的对象
   function Point1(x, y) {
     this.x = x;
     this.y = y;
   }
   
   function Point2(x, y) {
     this.x = x;
     this.y = y;
     this.z = 0; // Point2对象比Point1对象多了一个属性
   }
   
   let p1 = new Point1(1, 2);
   let p2 = new Point2(3, 4); // p1和p2使用不同的隐藏类

   // Good Code: 创建结构相同的对象
   function Point(x, y, z) {
     this.x = x;
     this.y = y;
     this.z = z === undefined ? 0 : z; // 保证所有Point对象都具有x, y, z属性
   }
   
   let p1 = new Point(1, 2);
   let p2 = new Point(3, 4); // p1和p2使用相同的隐藏类

   如何避免隐藏类分裂？

   • 预先声明所有属性： 在对象创建时就声明所有属性，即使有些属性暂时没有值，也可以设置为 undefined 或 null。
   • 避免添加属性的顺序不一致： 保证所有对象的属性添加顺序相同。
   • 避免删除属性： 删除属性会导致隐藏类发生改变。

3. 数组优化 (Array Optimization)：V8的特殊照顾

   V8引擎对数组进行了特殊优化，但前提是你得按照它的“规矩”来使用数组。

   • 使用连续的索引： 避免创建稀疏数组 (sparse array)，也就是索引不连续的数组。

     // Bad Code: 稀疏数组
     let arr = [];
     arr[0] = "a";
     arr[1000] = "b"; // 创建了一个稀疏数组，中间有很多空洞

     // Good Code: 连续数组
     let arr = ["a", "b", "c"];

   • 使用相同类型的元素： 避免在同一个数组中存储不同类型的元素。

     // Bad Code: 类型混合的数组
     let arr = [1, "hello", true]; // 数组中包含了number, string, boolean三种类型

     // Good Code: 类型一致的数组
     let arr = [1, 2, 3]; // 数组中只包含了number类型

   • 避免预分配过大的数组： 预分配过大的数组会占用大量的内存空间，而且可能会导致性能问题。

     // Bad Code: 预分配过大的数组
     let arr = new Array(1000000); // 预分配了一个包含100万个元素的数组

     // Good Code: 动态添加元素
     let arr = [];
     for (let i = 0; i < 1000000; i++) {
       arr.push(i);
     }

4. 内联缓存 (Inline Caches, IC)：V8的加速器

   内联缓存是V8引擎用来加速属性访问的关键技术。当V8引擎第一次访问一个对象的属性时，它会将属性的访问路径缓存起来。后续再次访问相同对象的相同属性时，引擎就可以直接使用缓存的路径，而不需要重新查找。

   function getX(point) {
     return point.x; // 第一次访问point.x时，V8引擎会进行缓存
   }
   
   let p1 = { x: 1, y: 2 };
   let p2 = { x: 3, y: 4 };
   
   getX(p1); // 第一次访问，会进行缓存
   getX(p2); // 第二次访问，直接使用缓存

   如何利用内联缓存进行优化？

   • 保持对象结构一致： 相同的对象结构可以使用相同的内联缓存，提高缓存命中率。
   • 避免修改对象结构： 修改对象结构会导致内联缓存失效，需要重新缓存。

第二部分：编写JIT-Aware的JavaScript代码

了解了V8引擎的“性格”之后，我们就可以开始编写JIT-Aware的代码了。

1. 使用严格模式 (Strict Mode)：让V8更信任你

   严格模式可以帮助你避免一些常见的错误，并且可以让V8引擎进行更多的优化。

   "use strict"; // 启用严格模式
   
   // 严格模式下的代码
   function myFunction() {
     // ...
   }

   严格模式的优点：

   • 消除了一些JavaScript的“怪癖”： 例如，不允许使用未声明的变量。
   • 提高代码的可读性和可维护性： 强制使用更规范的编码风格。
   • 提高性能： 允许V8引擎进行更多的优化。

2. 避免全局变量 (Global Variables)：减少作用域链查找

   访问全局变量需要沿着作用域链进行查找，而访问局部变量则可以直接访问，速度更快。

   // Bad Code: 使用全局变量
   let globalVar = 10;
   
   function myFunction() {
     console.log(globalVar); // 需要沿着作用域链查找globalVar
   }

   // Good Code: 使用局部变量
   function myFunction() {
     let localVar = 10;
     console.log(localVar); // 直接访问localVar
   }

3. 避免使用 eval() 和 with()：V8的噩梦

   eval() 和 with() 会动态地改变代码的作用域，导致V8引擎无法进行静态分析和优化。

   // Bad Code: 使用 eval()
   let x = 10;
   eval("x = 20"); // 动态地改变了x的值，V8引擎无法进行优化
   console.log(x); // 输出20

   // Bad Code: 使用 with()
   let obj = { x: 1, y: 2 };
   
   with (obj) {
     console.log(x + y); // 动态地改变了作用域，V8引擎无法进行优化
   }

   替代方案：

   • 使用函数来代替 eval()。
   • 使用对象解构来代替 with()。

4. 避免使用 arguments 对象：影响函数优化

   arguments 对象是一个类数组对象，包含了函数的所有参数。使用 arguments 对象会导致函数无法进行一些优化，例如参数内联。

   // Bad Code: 使用 arguments 对象
   function myFunction() {
     console.log(arguments[0]);
   }

   // Good Code: 使用命名参数或剩余参数
   function myFunction(arg1) {
     console.log(arg1);
   }
   
   function myFunction(...args) {
     console.log(args[0]);
   }

5. 使用 let 和 const：更好的作用域管理

   let 和 const 声明的变量具有块级作用域，可以更好地管理变量的作用域，避免变量污染。

   // Bad Code: 使用 var
   for (var i = 0; i < 10; i++) {
     // ...
   }
   console.log(i); // i的值是10，因为var声明的变量具有函数作用域

   // Good Code: 使用 let
   for (let i = 0; i < 10; i++) {
     // ...
   }
   // console.log(i); // 报错，因为i在循环外部不可访问

6. 使用模板字符串 (Template Literals)：更简洁的字符串拼接

   模板字符串可以更简洁地进行字符串拼接，并且可以避免一些常见的错误。

   // Bad Code: 使用 + 号进行字符串拼接
   let name = "Alice";
   let message = "Hello, " + name + "!";

   // Good Code: 使用模板字符串
   let name = "Alice";
   let message = `Hello, ${name}!`;

7. 使用位运算符 (Bitwise Operators)：进行整数运算

   位运算符可以更快地进行整数运算，尤其是在处理位掩码和标志位时。

   // Bad Code: 使用算术运算符进行整数运算
   let x = Math.floor(10.5); // 使用Math.floor()将浮点数转换为整数

   // Good Code: 使用位运算符进行整数运算
   let x = 10.5 | 0; // 使用位或运算符将浮点数转换为整数

8. 使用函数式编程 (Functional Programming)：更容易优化

   函数式编程风格的代码更容易进行优化，因为它避免了副作用和状态变化。

   // Bad Code: 命令式编程
   let arr = [1, 2, 3];
   let result = [];
   for (let i = 0; i < arr.length; i++) {
     result.push(arr[i] * 2);
   }
   console.log(result); // 输出[2, 4, 6]

   // Good Code: 函数式编程
   let arr = [1, 2, 3];
   let result = arr.map(x => x * 2);
   console.log(result); // 输出[2, 4, 6]

第三部分：实战演练：优化一个简单的循环

让我们通过一个简单的例子来演示如何优化JavaScript代码。

原始代码：

function sumArray(arr) {
  let sum = 0;
  for (let i = 0; i < arr.length; i++) {
    sum += arr[i];
  }
  return sum;
}

优化后的代码：

function sumArray(arr) {
  let sum = 0;
  const len = arr.length; // 缓存数组的长度
  for (let i = 0; i < len; i++) {
    sum += arr[i];
  }
  return sum;
}

优化说明：

• 在原始代码中，每次循环都会访问 arr.length 属性，这会增加属性访问的开销。
• 在优化后的代码中，我们首先将 arr.length 属性缓存到 len 变量中，然后在循环中使用 len 变量，这样可以避免重复访问 arr.length 属性，提高性能。

更进一步的优化：

如果数组的元素都是数字类型，我们可以使用位运算符来进行更快的加法运算。

function sumArray(arr) {
  let sum = 0;
  const len = arr.length;
  for (let i = 0; i < len; i++) {
    sum = (sum + arr[i]) | 0; // 使用位或运算符进行加法运算，并转换为整数
  }
  return sum;
}

表格总结：常见优化技巧

优化技巧	描述	示例
类型稳定	避免变量类型频繁变化	let x = 10; x = 20; (Good) vs. let x = 10; x = "Hello"; (Bad)
隐藏类优化	保证对象结构一致，预先声明所有属性	function Point(x, y) { this.x = x; this.y = y; } (Good) vs. 属性动态添加 (Bad)
数组优化	使用连续索引，避免类型混合，避免预分配过大的数组	let arr = [1, 2, 3]; (Good) vs. let arr = []; arr[0] = 1; arr[1000] = 2; (Bad)
内联缓存优化	保持对象结构一致，避免修改对象结构	多次访问相同结构的对象的相同属性
严格模式	启用严格模式，让V8引擎进行更多优化	"use strict";
避免全局变量	使用局部变量，减少作用域链查找	function myFunction() { let localVar = 10; } (Good) vs. 使用全局变量 (Bad)
避免 eval() 和 with()	避免动态改变作用域，影响静态分析	使用函数代替 eval()，使用对象解构代替 with()
避免 arguments 对象	使用命名参数或剩余参数，避免影响函数优化	function myFunction(arg1) { ... } (Good) vs. function myFunction() { console.log(arguments[0]); } (Bad)
使用 let 和 const	更好的作用域管理，避免变量污染	for (let i = 0; i < 10; i++) { ... } (Good) vs. for (var i = 0; i < 10; i++) { ... } (Bad)
使用模板字符串	更简洁的字符串拼接，避免常见错误	let message =Hello, ${name}!` (Good) vs.let message = "Hello, " + name + "!";` (Bad)
使用位运算符	更快的整数运算，尤其是在处理位掩码和标志位时	let x = 10.5 | 0; (Good) vs. let x = Math.floor(10.5); (Bad)
函数式编程	避免副作用和状态变化，更容易优化	let result = arr.map(x => x * 2); (Good) vs. 使用循环和 push() (Bad)

总结：让V8引擎成为你的盟友

编写JIT-Aware的JavaScript代码并不是一件很难的事情，关键在于理解V8引擎的“性格”，遵循它的“喜好”。通过类型稳定、隐藏类优化、数组优化、内联缓存优化等技巧，我们可以让V8引擎更好地优化我们的代码，让我们的代码运行速度飞起。记住，V8引擎不是你的敌人，而是你的盟友，只要你按照它的“规矩”来玩，它就会给你意想不到的惊喜。

希望今天的讲座能帮助你写出更高效的JavaScript代码！下次见面，我们再聊聊其他的优化技巧！