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用最简单易懂的道理告诉你,为什么JavaScript在现代引擎(V8,JavaScriptCore)

Moxmi / 1716人阅读

摘要:代码在本文最后,首先是,编译出字节码耗时约,运行字节码耗时约,。也有解释过程,字节码需要由虚拟机解释执行。而引擎的做法是更接近二哥的,在编译阶段的过程是源码抽象语法树字节码中间代码。于是大量的字节码优化措施被延后,比如。

简单性能测试

首先,我们先来做一个简单的性能测试,对比一下Java,JavaScript,PHP,Ruby这四门语言。这个性能测试,是计算斐波那契数列(兔子数列)。比如计算n=5的兔子数列,结果是:1,1,2,3,5,8,13,21,34,55(1+1=2...21+34=35)。

这很容易通过一个递归来实现,JavaScript代码如下:

function fs(n) {
        if (n <= 2) {
            return 1;
        } else {
            return fs(n - 1) + fs(n - 2);
        }
    }

可以看出,这个测试主要偏重CPU栈操作。

以上面这个函数为基础,加上一些逻辑,分别使用Java,JavaScript,PHP,Ruby这四门语言编写了脚本,计算n=40的兔子数列,我们看一下结果吧。(代码在本文最后,^_^)

首先是Java,编译出字节码耗时约1s,运行字节码耗时约1s,666。

其次是JavaScript,在node环境下运行耗时约3.5s,在浏览器环境(Safari)下约8s,66。

接着是Ruby,出人意料的结果,约39s,6不起来了。

最后是PHP,约80s,233。

C或者C++的代码我没有写,肯定跑得比狗还快。

这个简单性能测试并不能说明语言优劣,只是比较好玩而已,代码在本文最后,有兴趣可以去运行一下。

Java鹤立鸡群的原因 静态类型vs动态类型

静态类型语言指的是编译的时候就能够知道每个变量的类型,我们编程的时候当然也需要给定类型,如Java中的整型int,浮点型float等。

动态类型语言指的是运行的时候才能够知道每个变量的类型,编程的时候也无需显示指定类型,如JavaScript中的var,PHP中的$。

看上去,静态类型还是动态类型对性能没什么影响,实际上却影响很大。

概括来说就是,静态类型语言在编译后会大量利用类型已知的优势,比如int类型,占用4个字节,编译后的代码就可以使用内存地址加偏移量的方法存取变量。而地址+偏移量的算法汇编非常容易实现。

那动态类型语言是如何做的呢?概括的来说就是当做字符串通通存下来,之后存取就用字符串匹配。

可以感受到这儿存在的性能差异了吗?

编译型vs解释性

编译型语言,就像C/C++,代码要经过编译器编译成可执行程序后才可以运行。这个编译过程没什么时间要求,所以编译器可以做大量代码优化措施,有时候编译要好久好久。

解释型语言,就像JavaScript,就是引擎直接读源码,然后就出结果,当然这样子做效率非常低。就像靠人脑去读源码,然后写答案一样。

奇葩型语言,就像Java,有编译过程,但编译产出的是中间代码(字节码),这个过程也有充分的时间做优化。也有解释过程,字节码需要由Java虚拟机解释执行。

从这儿,大概可以理解,为什么C/C++运行效率比Java更高。因为不管怎么说,直接运行二进制码都比解释执行字节码来得快吧。

所以,有趣的事情就来了,C/C++是大哥,Java是二哥,一群解释型脚本语言是小弟们。大哥,独孤求败。二哥,想法子和大哥站在一条线上。小弟们,尽全力跟上二哥。

现代JavaScript引擎的努力

先来看看,Java虚拟机做了哪些努力?

Java想的肯定是优化虚拟机解释执行字节码的速度,这儿正是和大哥拉开差距的地方。从大哥那学了很多招。其中重要的一招就是JIT(Just-In-Time),主要的思想就是解释器在解释字节码的时候,会将部分字节码转化成本地代码(汇编代码),这样可以被CPU直接执行,而不是解释执行,从而极大地提高性能。

重点来看看,JavaScript引擎做了哪些努力?
JavaScript从前辈那里学习了很多,总结来说有:

优化数据表示,弥补动态类型的性能缺陷

引入一个编译过程,而不是直接解释执行,但这个编译过程和运行是一起的,时间的权衡变得非常重要。

JIT技术,与Java中的JIT原理相同

V8引擎与JavaScriptCore引擎

各个JavaScript优化的具体实现不太一样。

举例子来说,V8引擎对于编译和JIT的做法是,在编译阶段的过程是:源码=》抽象语法树=》本地代码。其中从抽象语法树到本地代码的过程使用的是JIT全码生成器,其作用是将抽象语法树转换成各个硬件平台和直接运行的本地代码。V8引擎的这种思路看起来像想要越过二哥Java,直接学大哥C/C++啊。

而JavaScriptCore引擎的做法是更接近二哥的,在编译阶段的过程是:源码=》抽象语法树=》字节码(中间代码)。对这个阶段像极了二哥Java的编译过程,只是这里小弟可没有充裕的时间做优化。于是大量的字节码优化措施被延后,比如JIT。JavaScriptCore引擎使用DFG JIT、LLVM等继续对字节码做优化。

权衡时间很重要,一个很好的优化措施但耗时太多,引入之后反而让JavaScript整体的运行时间变长了,得不偿失。另外,还有许多人提出,要不要完全抄二哥的,就是也引入一个提前编译的过程,233

Ruby、PHP为什么在前面的测试中落败

具体原因可能还是在引擎吧,可能它们的引擎远没有像V8这么努力。

总结

首先,对于底层的理解,有助于编写上层的代码。比如现在我们去理解JavaScript代码的时候,会更深刻。具体可以看这篇文章试试,《通过这一段代码,让我们重新认识JavaScript》。
其次,多一些话题吧,比如以后和同伴谈起V8引擎(装B)的时候,说我这个例子还不错吧。

性能测试代码,Java、JavaScript、Ruby、PHP计算斐波那契数列(兔子数列) Java
import java.util.Date;
public class Fbnq {
    public static void main(String []args) {
        int num = 40;
        long startTime = new Date().getTime();
        //System.out.println(startTime);
        String result = fslog(num);
        long endTime = new Date().getTime();
        //System.out.println(endTime);
        float needTme = (endTime - startTime)/1000;
        
        System.out.println("time:"+needTme+"s,result:"+result);
    }
    public static int fs (int n){
        if(n <= 2){
            return 1;
        }else{
            return fs(n-1)+fs(n-2);
        }
    }
    public static String fslog(int num){
        String rsString = "";
        for(int i=1;i<=num;i++){
            int rs = fs(i);
            System.out.println(rs);
            if(i == 1){
                rsString = rsString + rs;
            }else{
                rsString = rsString + "," + rs;
            }
        }
        return rsString;
    }
}
JavaScript
var num = 40;
var startDate = new Date().getTime();
var result = logfs(num);
var endDate = new Date().getTime();

console.log("time:" + ((endDate - startDate) / 1000) + "s", "result:" + result);

function logfs(num) {
    var rsString = "";
    for (var i = 1; i <= num; i++) {
        var rs = fs(i);
        if (i === 1) {
            rsString = rsString + rs;
        } else {
            rsString = rsString + "," + rs;
        }
        console.log(rs);
    }
    return rsString;
    function fs(n) {
        if (n <= 2) {
            return 1;
        } else {
            return fs(n - 1) + fs(n - 2);
        }
    }
}
Ruby
def fs (n)
    if n < 2
        return 1;
    else
        return (fs (n-1)) + (fs (n-2));
    end
end

def fslog (num)
    num = num - 1;
    rsString = "";
    for i in 1..num
        rs = fs i;
        puts rs;
        if i === 1
            rsString = rsString + "#{rs}";
        else
            rsString = rsString + ",#{rs}";
        end
        
    end
    return rsString;
end

num = 40;
startTime = Time.now.to_f*1000;
rsString = fslog num;
endTime = Time.now.to_f*1000;

needTime = (endTime - startTime)/1000;

puts "time:#{needTime}s,result:#{rsString}";
Php
参考

《你所不知道的JavaScript(上卷)》

《WebKit技术内幕》

《深入浅出Node.js》

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