发布于 由admin

JS V8 `TurboFan` `Inlining Heuristics` 与 `Speculative Optimization` 深度分析

各位观众，晚上好！我是你们的老朋友，今天咱们来聊聊V8引擎里的TurboFan Inlining Heuristics和Speculative Optimization，这俩哥们儿可是V8性能优化的两大功臣，今天就扒一扒他们的底裤，看看他们到底是怎么把JS代码跑得飞快的。

第一部分：开胃小菜 – 函数内联 (Inlining) 的基本概念

在深入TurboFan之前，咱们先得弄明白啥是函数内联。简单来说，函数内联就是把一个函数的代码直接塞到调用它的地方，省去了函数调用的开销。

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

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

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

如果没有内联，calculate 函数会调用 add 函数，涉及压栈、跳转、执行、出栈等一系列操作。如果 add 函数被内联，代码就变成了这样（概念上）：

function calculate(x, y) {
  return (x + y) * 2; // add 函数的代码直接插入到这里
}

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

看到了吗？省去了一次函数调用，速度自然就快了。但是，内联也不是越多越好，毕竟把所有函数都内联进去，代码体积会膨胀，反而影响性能。所以，V8需要一套精妙的策略来决定哪些函数应该内联。

第二部分：TurboFan Inlining Heuristics – 内联决策的艺术

TurboFan的内联启发式规则（Inlining Heuristics）就是用来决定哪些函数应该被内联的。这些规则考虑了各种因素，力求在性能提升和代码体积之间找到平衡。下面咱们来扒几个关键的启发式规则：

  1. 函数大小 (Function Size):

    这是最基本的考量。一般来说，小函数更容易被内联，因为它们带来的代码体积膨胀较小，但收益却很高。V8会设定一个函数大小的阈值，只有小于这个阈值的函数才会被考虑内联。

    // 伪代码，V8的具体实现更复杂
if (functionSize < inliningThreshold) {
 // 尝试内联
}

  2. 调用次数 (Call Count):

    被频繁调用的函数更有内联的价值。如果一个函数只被调用一次，内联的意义不大，因为节省的调用开销有限。但如果一个函数在循环中被调用成千上万次，内联就能带来显著的性能提升。V8会跟踪函数的调用次数，并以此作为内联决策的依据。

    // 伪代码
if (callCount > inliningCallCountThreshold) {
 // 尝试内联
}

  3. 调用上下文 (Call Context):

    函数在不同的上下文中被调用，内联的收益也可能不同。例如，如果一个函数在一个类型稳定的上下文中被调用（参数类型总是相同的），内联后可以更容易地进行进一步的优化。

    function polymorphicFunction(x) {
 return x + 1;
}

function callerFunction(arg) {
 return polymorphicFunction(arg);
}

callerFunction(5); // 第一次调用，类型反馈开始收集
callerFunction(10); // 第二次调用，类型反馈更稳定

// 如果 callerFunction 在类型稳定的情况下频繁调用 polymorphicFunction，
// 那么 polymorphicFunction 就更有可能被内联到 callerFunction 中。

  4. 递归深度 (Recursion Depth):

    对于递归函数，内联需要特别谨慎。无限制地内联递归函数会导致代码体积爆炸，甚至栈溢出。V8通常会限制递归函数的内联深度，只内联少数几层。

    function factorial(n) {
 if (n <= 1) {
   return 1;
 } else {
   return n * factorial(n - 1); // 递归调用
 }
}

// V8 可能只会内联 factorial 函数的几层，以防止栈溢出。

  5. Try-Catch 块 (Try-Catch Blocks):

    包含 try-catch 块的函数内联起来比较麻烦，因为需要处理异常的传播。V8通常会避免内联包含 try-catch 块的函数，或者采取特殊的策略来处理异常。

    function riskyFunction() {
 try {
   // 可能会抛出异常的代码
   return 1 / 0;
 } catch (e) {
   return 0;
 }
}

// 内联 riskyFunction 需要考虑异常处理的复杂性。

  6. Arguments 对象 (Arguments Object):

    使用 arguments 对象的函数内联起来也比较复杂，因为需要维护 arguments 对象的状态。V8可能会避免内联使用 arguments 对象的函数，或者采取特殊的策略来处理 arguments 对象。

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

// 内联 sum 函数需要考虑 arguments 对象的处理。

    总的来说，TurboFan的内联启发式规则是一个复杂的系统，它会综合考虑各种因素，力求找到最佳的内联方案。这些规则会不断地调整和优化，以适应不同的代码模式和硬件环境。

第三部分：Speculative Optimization – 赌一把，赢了就起飞

光靠内联还不够，V8还有一项更厉害的技术，叫做推测优化（Speculative Optimization）。顾名思义，推测优化就是先假设一些条件成立，然后根据这些假设进行优化。如果假设是正确的，就能获得显著的性能提升；如果假设是错误的，就需要回退到未优化的代码。

  1. 类型推测 (Type Speculation):

    这是推测优化中最常见的一种形式。JS是一种动态类型语言，变量的类型在运行时才能确定。但是，V8可以通过分析代码来推测变量的类型。例如，如果一个变量总是被赋值为数字，V8就可以推测它是数字类型。

    function addOne(x) {
 return x + 1;
}

// V8 可能会推测 x 是数字类型
let result = addOne(5);

    如果V8推测 x 是数字类型，它就可以生成针对数字类型优化的代码。例如，它可以直接使用CPU的加法指令，而不需要进行类型检查。如果后来 x 被赋值为字符串，V8就会发现推测错误，然后回退到未优化的代码，并重新进行类型推测。

  2. 形状推测 (Shape Speculation):

    对于对象，V8会跟踪对象的形状（shape），也就是对象的属性和属性的顺序。如果一个对象的形状是稳定的，V8就可以进行形状推测，并生成针对特定形状优化的代码。

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

let myObject = { x: 5, y: 10 };
let result = accessProperty(myObject);

// V8 可能会推测 obj 的形状是 { x: number, y: number }

    如果V8推测 obj 的形状是 { x: number, y: number }，它就可以直接访问 obj.x 的内存地址，而不需要进行属性查找。如果后来 obj 被添加了一个新的属性，V8就会发现推测错误，然后回退到未优化的代码，并重新进行形状推测。

  3. 范围推测 (Range Speculation):

    V8还可以推测变量的取值范围。例如，如果一个变量总是大于等于0且小于等于100，V8就可以推测它的范围是 [0, 100]。

    function processValue(value) {
 if (value >= 0 && value <= 100) {
   // ...
 }
}

// V8 可能会推测 value 的范围是 [0, 100]

    如果V8推测 value 的范围是 [0, 100]，它就可以省略一些边界检查，并进行一些针对特定范围优化的计算。如果后来 value 的值超出了这个范围，V8就会发现推测错误，然后回退到未优化的代码，并重新进行范围推测。

第四部分：Inlining 和 Speculative Optimization 的配合

Inlining 和 Speculative Optimization 经常一起使用，以获得更好的性能。例如，如果一个函数被内联到了一个类型稳定的上下文中，V8就可以更容易地进行类型推测，并生成针对特定类型的优化代码。

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

function calculateArea(radius) {
  return 3.14 * square(radius);
}

// 假设 radius 总是数字类型

// 1. square 函数被内联到 calculateArea 函数中
// 2. V8 推测 radius 是数字类型，因此 x 也是数字类型
// 3. V8 可以生成针对数字类型的优化代码，例如直接使用 CPU 的乘法指令

在这个例子中，如果 square 函数没有被内联，V8就很难确定 x 的类型，也就无法进行类型推测和优化。

第五部分：代码示例及优化建议

下面我们来看几个具体的代码示例，并给出一些优化建议：

  1. 避免类型不稳定的代码：

    function add(x, y) {
 return x + y;
}

console.log(add(5, 3)); // 很好，类型稳定
console.log(add("hello", "world")); // 不好，类型不稳定

    建议：尽量保持函数的参数类型一致，避免在同一个函数中处理多种类型的参数。

  2. 使用字面量创建对象：

    // 好的方式
let obj = { x: 5, y: 10 };

// 不好的方式
let obj = new Object();
obj.x = 5;
obj.y = 10;

    建议：使用字面量创建对象可以更容易地进行形状推测，从而提高性能。

  3. 避免使用 arguments 对象：

    // 好的方式
function sum(a, b, c) {
 return a + b + c;
}

// 不好的方式
function sum() {
 let total = 0;
 for (let i = 0; i < arguments.length; i++) {
   total += arguments[i];
 }
 return total;
}

    建议：尽量避免使用 arguments 对象，如果需要处理可变数量的参数，可以使用剩余参数（rest parameters）：function sum(...args) { ... }。

  4. 避免频繁创建和销毁对象：

    // 不好的方式
for (let i = 0; i < 100000; i++) {
 let obj = { x: i, y: i * 2 };
 // ...
}

// 好的方式
let obj = { x: 0, y: 0 };
for (let i = 0; i < 100000; i++) {
 obj.x = i;
 obj.y = i * 2;
 // ...
}

    建议：尽量重用对象，避免频繁创建和销毁对象，可以减少垃圾回收的压力。

第六部分：总结

今天咱们聊了V8引擎里的TurboFan Inlining Heuristics和Speculative Optimization。这两项技术是V8性能优化的核心，它们通过智能地内联函数和推测变量类型，将JS代码转换成高效的机器码。理解这些技术，可以帮助我们编写更高效的JS代码，从而提升Web应用的性能。记住，编写JS代码的时候，要尽量保持类型稳定，避免使用 arguments 对象，并尽量重用对象。这样才能充分发挥V8的优化能力，让你的代码跑得飞快！

好了，今天的讲座就到这里，谢谢大家！希望大家以后写代码的时候，能想起今天的内容，写出更高效的JS代码。

发表回复

您的邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注