V8 JavaScript 引擎：高性能的 ES2015+

本文轉載自：衆成翻譯
譯者：smartsrh
連接：http://www.zcfy.cc/article/2978
原文：https://v8project.blogspot.sg/2017/02/high-performance-es2015-and-beyond.html

在過去的幾個月中，V8 團隊一直努力讓新增的 ES2015 和其它更前沿的 JavaScript 功能的性能達到等效的 ES5的水平。

動機

在咱們詳細介紹各類改進以前，咱們首先應該考慮爲何 ES2015+ 功能的性能很重要，儘管 Babel 在現代 Web 開發中獲得普遍的應用：

1. 首先，有的 ES2015 功能是按需解析成 ES5 的，例如內置的 Object.assign 。 當 Babel 編譯對象擴展語法（應用在大量 React 和 Redux 程序）而且編譯器也支持這個語法時，Babel 會使用 Object.assign 而棄用等效的 ES5 代碼。
2. 將 ES2015 功能解析成 ES5 一般會增長大量代碼，加重了當前的 Web 性能危機，尤爲不利於新興市場上常見的千元機。所以，即便在考慮實際執行成本以前，傳輸、解析和編譯代碼的成本就至關高。
3. 最後，客戶端JavaScript只是依賴於V8引擎的環境之一。 還有用於服務器端應用程序和工具的 Node.js，開發人員不須要將代碼解析成 ES5，能夠直接使用目標 Node.js 版本中相關 V8 版本支持的功能。

讓咱們考慮如下節選自 Redux 文檔中的代碼段：

function todoApp(state = initialState, action) {
  switch (action.type) {
    case SET_VISIBILITY_FILTER:
      return { ...state, visibilityFilter: action.filter }
    default:
      return state
  }
}

該代碼中有兩處須要解析成 ES5：state 的默認參數和 state 的擴展對象語法。Babel 生成如下 ES5 代碼：

"use strict";

var _extends = Object.assign || function (target) { for (var i = 1; i < arguments.length; i++) { var source = arguments[i]; for (var key in source) { if (Object.prototype.hasOwnProperty.call(source, key)) { target[key] = source[key]; } } } return target; };

function todoApp() {
  var state = arguments.length > 0 && arguments[0] !== undefined ? arguments[0] : initialState;
  var action = arguments[1];

  switch (action.type) {
    case SET_VISIBILITY_FILTER:
      return _extends({}, state, { visibilityFilter: action.filter });
    default:
      return state;
  }
}

如今假如 Object.assign比 Babel 生成的 polyfilled_extends 要慢好幾個數量級。在這種狀況下，從不支持 Object.assign 的瀏覽器升級到支持 ES2015 的瀏覽器版本將大幅下降性能，可能會阻礙 ES2015 的普及。

此示例還體現瞭解析成 ES5 的另外一個重要缺點：發送給用戶的代碼一般遠大於開發人員最初編寫的 ES2015+ 代碼。在上面的示例中，原始代碼是 203 字符（gzip 壓縮後 176 字節），而生成的代碼是 588 字符（gzip 壓縮後 367 字節）。體積增加了兩倍。 咱們來看看 Async Iterators for JavaScript 的另外一個例子：

async function* readLines(path) {
  let file = await fileOpen(path);

  try {
    while (!file.EOF) {
      yield await file.readLine();
    }
  } finally {
    await file.close();
  }
}

Babel 將以上 187 字符（gzip 壓縮後 150 字節）解析成 2987 字符的 ES5 代碼（gzip 壓縮後 971 字節），這裏還沒考慮所需依賴的 regenerator runtime ：

"use strict";

var _asyncGenerator = function () { function AwaitValue(value) { this.value = value; } function AsyncGenerator(gen) { var front, back; function send(key, arg) { return new Promise(function (resolve, reject) { var request = { key: key, arg: arg, resolve: resolve, reject: reject, next: null }; if (back) { back = back.next = request; } else { front = back = request; resume(key, arg); } }); } function resume(key, arg) { try { var result = gen[key](arg); var value = result.value; if (value instanceof AwaitValue) { Promise.resolve(value.value).then(function (arg) { resume("next", arg); }, function (arg) { resume("throw", arg); }); } else { settle(result.done ? "return" : "normal", result.value); } } catch (err) { settle("throw", err); } } function settle(type, value) { switch (type) { case "return": front.resolve({ value: value, done: true }); break; case "throw": front.reject(value); break; default: front.resolve({ value: value, done: false }); break; } front = front.next; if (front) { resume(front.key, front.arg); } else { back = null; } } this._invoke = send; if (typeof gen.return !== "function") { this.return = undefined; } } if (typeof Symbol === "function" && Symbol.asyncIterator) { AsyncGenerator.prototype[Symbol.asyncIterator] = function () { return this; }; } AsyncGenerator.prototype.next = function (arg) { return this._invoke("next", arg); }; AsyncGenerator.prototype.throw = function (arg) { return this._invoke("throw", arg); }; AsyncGenerator.prototype.return = function (arg) { return this._invoke("return", arg); }; return { wrap: function wrap(fn) { return function () { return new AsyncGenerator(fn.apply(this, arguments)); }; }, await: function await(value) { return new AwaitValue(value); } }; }();

var readLines = function () {
  var _ref = _asyncGenerator.wrap(regeneratorRuntime.mark(function _callee(path) {
    var file;
    return regeneratorRuntime.wrap(function _callee$(_context) {
      while (1) {
        switch (_context.prev = _context.next) {
          case 0:
            _context.next = 2;
            return _asyncGenerator.await(fileOpen(path));

          case 2:
            file = _context.sent;
            _context.prev = 3;

          case 4:
            if (file.EOF) {
              _context.next = 11;
              break;
            }

            _context.next = 7;
            return _asyncGenerator.await(file.readLine());

          case 7:
            _context.next = 9;
            return _context.sent;

          case 9:
            _context.next = 4;
            break;

          case 11:
            _context.prev = 11;
            _context.next = 14;
            return _asyncGenerator.await(file.close());

          case 14:
            return _context.finish(11);

          case 15:
          case "end":
            return _context.stop();
        }
      }
    }, _callee, this, [[3,, 11, 15]]);
  }));

  return function readLines(_x) {
    return _ref.apply(this, arguments);
  };
}();

代碼體積增長了 650％（_asyncGenerator 函數是可複用的，具體取決於捆綁代碼的方式，所以能夠在多個異步迭代器使用中減少一些代碼的體積）。咱們不認爲將代碼解析成 ES5 能夠解決全部問題，由於代碼體積的增長不只會影響下載時間/成本，還會增長解析和編譯的額外開銷。若是咱們真的想大幅度地改善現代 Web 應用程序的頁面加載和緩存（特別是在移動設備上）的效率，咱們必須鼓勵開發人員在編寫代碼時不只使用 ES2015+，而且不需解析成 ES5 就直接發送給客戶端，只向不支持 ES2015 的傳統瀏覽器提供徹底解析的代碼。對於編譯器的做者而言，這一想法意味着咱們須要直接支持 ES2015+ 功能，並提供合理的性能。

測試方法

如上所述，ES2015+ 功能的絕對性能並非主要矛盾。相反，目前應優先確保 ES2015+ 功能的性能與等效的原生 ES5 代碼至關，更重要的是和 Babel 生成的代碼性能至關。Kevin Decker 有一個項目叫 six-speed，它或多或少能夠知足咱們的需求：ES2015 功能與等效的原生 ES5 代碼與解析後產生的 ES5 代碼之間的性能比較。

因此咱們決定用它做爲咱們開始 ES2015+ 性能工做的基礎。咱們拷貝了該項目並添加了一些測試。 咱們首先關注性能最差的部分，好比說列表項，原生的 ES5 比 ES2015+ 版本效率高 2 倍，由於咱們的基本假設是原生的 ES5 版本至少與 Babel 的版本同樣快。

一個爲現代語言而生的現代架構

過去，V8 很難改善 ES2015+ 功能的優化，例如，給 Crankshaft —— V8 的經典優化編譯器—— 添加異常處理（好比 try/catch/finally）是不可行的。 這意味着 V8 優化 ES6 功能像 for...of 之類的的能力是有限的，由於它本質上是一個隱含的 finally 子句。Crankshaft 的侷限性以及將全新的語言功能添加到全代碼（V8 的基準編譯器）中的總體複雜性，使得 V8 難添加和優化剛剛標準化的新 ES 功能。

幸運的是，V8 的新的解釋器 Ignition 和編譯器管道 TurboFan 從一開始就着手支持整個 JavaScript 語言，包括高級控制流程，異常處理以及 ES2015 的最新版本和解構賦值。Ignition 和 TurboFan 架構的緊密結合能夠快速添加新功能並逐步進行優化。

對於許多現代的 ES 功能和改進只有在新的 Ignition 和 TurboFan 下才可行。 Ignition 和 TurboFan 對於優化生成器和 async 尤爲重要。生成器早已獲得 V8 的支持，但因爲 Crankshaft 控制流的限制而不能進一步獲得優化。async 基本上是生成器的語法糖，所以屬於同一類別。新的編譯器管道利用 Ignition 來實現 AST，並生成能夠轉換生成器控制流到簡單的本地控制流的字節碼。TurboFan 能夠更容易地優化所獲得的字節碼，由於它不須要知道關於生成器控制流的任何具體內容，只是如何保存和恢復函數的 yield 狀態。

小組的情況

咱們的短時間目標是讓效率差距儘快縮減到 2 倍之內。咱們首先改進測試成績最差的功能，從 Chrome M54 到 Chrome M58（Canary），咱們已經成功將測試速度降了一倍，從 16 降至 8 ，同時 M54 中最差的 19 倍在 M58（Canary）減小到了只有 6 倍。與此同時，咱們也大大減小了效率差距的平均和中位數：

能夠看到 ES2015+ 和 ES5 正在接近的趨勢。咱們把平均性能提升到了 ES5 的 47％ 以上。 如下是自 M54 以來咱們作的一些亮點。

最值得注意的是，咱們改進了基於迭代的新語言結構的性能，如擴展運算符，解構賦值和 for...of 循環。例如，使用數組解構賦值

function fn() {
  var [c] = data;
  return c;
}

和原生的 ES5 賦值語句效率至關

function fn() {
  var c = data[0];
  return c;
}

比 babel 生成的代碼快多了：

"use strict";

var _slicedToArray = function () { function sliceIterator(arr, i) { var _arr = []; var _n = true; var _d = false; var _e = undefined; try { for (var _i = arr[Symbol.iterator](), _s; !(_n = (_s = _i.next()).done); _n = true) { _arr.push(_s.value); if (i && _arr.length === i) break; } } catch (err) { _d = true; _e = err; } finally { try { if (!_n && _i["return"]) _i["return"](); } finally { if (_d) throw _e; } } return _arr; } return function (arr, i) { if (Array.isArray(arr)) { return arr; } else if (Symbol.iterator in Object(arr)) { return sliceIterator(arr, i); } else { throw new TypeError("Invalid attempt to destructure non-iterable instance"); } }; }();

function fn() {
  var _data = data,
      _data2 = _slicedToArray(_data, 1),
      c = _data2[0];

  return c;
}

想了解更多詳細信息能夠在上次慕尼黑 NodeJS 用戶組會議上查看咱們提供的高效 ES2015 演講：

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咱們致力於繼續提升 ES2015+ 的性能。若是對這些細節感興趣，請查看 V8 的 ES2015 及其將來的性能計劃。