转载原文：【译】编写高性能JavaScript
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原文：http://coding.smashingmagazine.com/2012/11/05/writing-fast-memory-efficient-javascript/
作者：Addy Osmani
译者按：本人第一次翻译外文，言语难免有些晦涩，但尽量表达了作者的原意，未经过多的润色，欢迎批评指正。另本文篇幅较长、信息量大，可能难以消化，欢迎留言探讨细节问题。本文主要关注V8的性能优化，部分内容并不适用于所有JS引擎。最后，转载请注明出处: )
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很多JavaScript引擎，如Google的V8引擎（被Chrome和Node所用），是专门为需要快速执行的大型JavaScript应用所设计的。如果你是一个开发者，并且关心内存使用情况与页面性能，你应该了解用户浏览器中的JavaScript引擎是如何运作的。无论是V8，SpiderMonkey的（Firefox）的Carakan（Opera），Chakra（IE）或其他引擎，这样做可以帮助你更好地优化你的应用程序。这并不是说应该专门为某一浏览器或引擎做优化，千万别这么做。
但是，你应该问自己几个问题：
- 在我的代码里，是否可以使代码更高效一些
- 主流的JavaScript引擎都做了哪些优化
- 什么是引擎无法优化的，垃圾回收器（GC）是否能回收我所期望的东西
加载快速的网站就像是一辆快速的跑车，需要用到特别定制的零件. 图片来源: dHybridcars.
编写高性能代码时有一些常见的陷阱，在这篇文章中，我们将展示一些经过验证的、更好的编写代码方式。
那么，JavaScript在V8里是如何工作的？
如果你对JS引擎没有较深的了解，开发一个大型Web应用也没啥问题，就好比会开车的人也只是看过引擎盖而没有看过车盖内的引擎一样。鉴于Chrome是我的浏览器首选，所以谈一下它的JavaScript引擎。V8是由以下几个核心部分组成：
- 一个基本的编译器，它会在代码执行前解析JavaScript代码并生成本地机器码，而不是执行字节码或简单地解释它。这些代码最开始并不是高度优化的。
- V8将对象构建为对象模型。在JavaScript中对象表现为关联数组，但是在V8中对象被看作是隐藏的类，一个为了优化查询的内部类型系统。
- 运行时分析器监视正在运行的系统，并标识了“hot”的函数（例如花费很长时间运行的代码）。
- 优化编译器重新编译和优化那些被运行时分析器标识为“hot”的代码，并进行“内联”等优化（例如用被调用者的主体替换函数调用的位置）。
- V8支持去优化，这意味着优化编译器如果发现对于代码优化的假设过于乐观，它会舍弃优化过的代码。
- V8有个垃圾收集器，了解它是如何工作的和优化JavaScript一样重要。
垃圾回收
垃圾回收是内存管理的一种形式，其实就是一个收集器的概念，尝试回收不再被使用的对象所占用的内存。在JavaScript这种垃圾回收语言中，应用程序中仍在被引用的对象不会被清除。
手动消除对象引用在大多数情况下是没有必要的。通过简单地把变量放在需要它们的地方（理想情况下，尽可能是局部作用域，即它们被使用的函数里而不是函数外层），一切将运作地很好。
垃圾回收器尝试回收内存. 图片来源: Valtteri Mäki.
在JavaScript中，是不可能强制进行垃圾回收的。你不应该这么做，因为垃圾收集过程是由运行时控制的，它知道什么是最好的清理时机。
“消除引用”的误解
网上有许多关于JavaScript内存回收的讨论都谈到delete这个关键字，虽然它可以被用来删除对象（map）中的属性（key），但有部分开发者认为它可以用来强制“消除引用”。建议尽可能避免使用delete，在下面的例子中delete o.x 的弊大于利，因为它改变了o的隐藏类，并使它成为一个"慢对象"。
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var o = { x: 1 }; delete o.x; // true o.x; // undefined |
你会很容易地在流行的JS库中找到引用删除——这是具有语言目的性的。这里需要注意的是避免在运行时修改”hot”对象的结构。JavaScript引擎可以检测出这种“hot”的对象，并尝试对其进行优化。如果对象在生命周期中其结构没有较大的改变，引擎将会更容易优化对象，而delete操作实际上会触发这种较大的结构改变，因此不利于引擎的优化。
对于null是如何工作也是有误解的。将一个对象引用设置为null，并没有使对象变“空”，只是将它的引用设置为空而已。使用o.x= null比使用delete会更好些，但可能也不是很必要。
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var o = { x: 1 }; o = null;o; // nullo.x // TypeError |
如果此引用是当前对象的最后引用，那么该对象将被作为垃圾回收。如果此引用不是当前对象的最后引用，则该对象是可访问的且不会被垃圾回收。
另外需要注意的是，全局变量在页面的生命周期里是不被垃圾回收器清理的。无论页面打开多久，JavaScript运行时全局对象作用域中的变量会一直存在。
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var myGlobalNamespace = {}; |
全局对象只会在刷新页面、导航到其他页面、关闭标签页或退出浏览器时才会被清理。函数作用域的变量将在超出作用域时被清理，即退出函数时，已经没有任何引用，这样的变量就被清理了。
经验法则
为了使垃圾回收器尽早收集尽可能多的对象，不要hold着不再使用的对象。这里有几件事需要记住：
- 正如前面提到的，在合适的范围内使用变量是手动消除引用的更好选择。即一个变量只在一个函数作用域中使用，就不要在全局作用域声明它。这意味着更干净省心的代码。
- 确保解绑那些不再需要的事件监听器，尤其是那些即将被销毁的DOM对象所绑定的事件监听器。
- 如果使用的数据缓存在本地，确保清理一下缓存或使用老化机制，以避免大量不被重用的数据被存储。
函数
接下来，我们谈谈函数。正如我们已经说过，垃圾收集的工作原理，是通过回收不再是访问的内存块（对象）。为了更好地说明这一点，这里有一些例子。
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function foo() { var bar = new LargeObject(); bar.someCall();} |
当foo返回时，bar指向的对象将会被垃圾收集器自动回收，因为它已没有任何存在的引用了。
对比一下：
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function foo() { var bar = new LargeObject(); bar.someCall(); return bar;}// somewhere elsevar b = foo(); |
现在我们有一个引用指向bar对象，这样bar对象的生存周期就从foo的调用一直持续到调用者指定别的变量b（或b超出范围）。
闭包（CLOSURES）
当你看到一个函数，返回一个内部函数，该内部函数将获得范围外的访问权，即使在外部函数执行之后。这是一个基本的闭包 —— 可以在特定的上下文中设置的变量的表达式。例如：
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function sum (x) { function sumIt(y) { return x + y; }; return sumIt;}// Usagevar sumA = sum(4);var sumB = sumA(3);console.log(sumB); // Returns 7 |
在sum调用上下文中生成的函数对象（sumIt）是无法被回收的，它被全局变量（sumA）所引用，并且可以通过sumA(n)调用。
让我们来看看另外一个例子，这里我们可以访问变量largeStr吗？
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var a = function () { var largeStr = new Array(1000000).join('x'); return function () { return largeStr; };}(); |
是的，我们可以通过a()访问largeStr，所以它没有被回收。下面这个呢？
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var a = function () { var smallStr = 'x'; var largeStr = new Array(1000000).join('x'); return function (n) { return smallStr; };}(); |
我们不能再访问largeStr了，它已经是垃圾回收候选人了。【译者注：因为largeStr已不存在外部引用了】
定时器
最糟的内存泄漏地方之一是在循环中，或者在setTimeout()/ setInterval()中，但这是相当常见的。思考下面的例子:
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var myObj = { callMeMaybe: function () { var myRef = this; var val = setTimeout(function () { console.log('Time is running out!'); myRef.callMeMaybe(); }, 1000); }}; |
如果我们运行myObj.callMeMaybe();来启动定时器，可以看到控制台每秒打印出“Time is running out!”。如果接着运行myObj = null，定时器依旧处于激活状态。为了能够持续执行，闭包将myObj传递给setTimeout，这样myObj是无法被回收的。相反，它引用到myObj的因为它捕获了myRef。这跟我们为了保持引用将闭包传给其他的函数是一样的。
同样值得牢记的是，setTimeout/setInterval调用(如函数)中的引用，将需要执行和完成，才可以被垃圾收集。
当心性能陷阱
永远不要优化代码，直到你真正需要。现在经常可以看到一些基准测试，显示N比M在V8中更为优化，但是在模块代码或应用中测试一下会发现，这些优化真正的效果比你期望的要小的多。
做的过多还不如什么都不做. 图片来源: Tim Sheerman-Chase.
比如我们想要创建这样一个模块：
- 需要一个本地的数据源包含数字ID
- 绘制包含这些数据的表格
- 添加事件处理程序，当用户点击的任何单元格时切换单元格的css class
这个问题有几个不同的因素，虽然也很容易解决。我们如何存储数据，如何高效地绘制表格并且append到DOM中，如何更优地处理表格事件？
面对这些问题最开始（天真）的做法是使用对象存储数据并放入数组中，使用jQuery遍历数据绘制表格并append到DOM中，最后使用事件绑定我们期望地点击行为。
注意：这不是你应该做的
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var moduleA = function () { return { data: dataArrayObject, init: function () { this.addTable(); this.addEvents(); }, addTable: function () { for (var i = 0; i < rows; i++) { $tr = $('<tr></tr>'); for (var j = 0; j < this.data.length; j++) { $tr.append('<td>' + this.data[j]['id'] + '</td>'); } $tr.appendTo($tbody); } }, addEvents: function () { $('table td').on('click', function () { $(this).toggleClass('active'); }); } };}(); |
这段代码简单有效地完成了任务。
但在这种情况下，我们遍历的数据只是本应该简单地存放在数组中的数字型属性ID。有趣的是，直接使用DocumentFragment和本地DOM方法比使用jQuery（以这种方式）来生成表格是更优的选择，当然，事件代理比单独绑定每个td具有更高的性能。
要注意虽然jQuery在内部使用DocumentFragment，但是在我们的例子中，代码在循环内调用append并且这些调用涉及到一些其他的小知识，因此在这里起到的优化作用不大。希望这不会是一个痛点，但请务必进行基准测试，以确保自己代码ok。
对于我们的例子，上述的做法带来了（期望的）性能提升。事件代理对简单的绑定是一种改进，可选的DocumentFragment也起到了助推作用。
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var moduleD = function () { return { data: dataArray, init: function () { this.addTable(); this.addEvents(); }, addTable: function () { var td, tr; var frag = document.createDocumentFragment(); var frag2 = document.createDocumentFragment(); for (var i = 0; i < rows; i++) { tr = document.createElement('tr'); for (var j = 0; j < this.data.length; j++) { td = document.createElement('td'); td.appendChild(document.createTextNode(this.data[j])); frag2.appendChild(td); } tr.appendChild(frag2); frag.appendChild(tr); } tbody.appendChild(frag); }, addEvents: function () { $('table').on('click', 'td', function () { $(this).toggleClass('active'); }); } };}(); |
接下来看看其他提升性能的方式。你也许曾经在哪读到过使用原型模式比模块模式更优，或听说过使用JS模版框架性能更好。有时的确如此，不过使用它们其实是为了代码更具可读性。对了，还有预编译！让我们看看在实践中表现的如何？
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moduleG = function () {};moduleG.prototype.data = dataArray;moduleG.prototype.init = function () { this.addTable(); this.addEvents();};moduleG.prototype.addTable = function () { var template = _.template($('#template').text()); var html = template({'data' : this.data}); $tbody.append(html);};moduleG.prototype.addEvents = function () { $('table').on('click', 'td', function () { $(this).toggleClass('active'); });};var modG = new moduleG(); |
事实证明，在这种情况下的带来的性能提升可以忽略不计。模板和原型的选择并没有真正提供更多的东西。也就是说，性能并不是开发者使用它们的原因，给代码带来的可读性、继承模型和可维护性才是真正的原因。
更复杂的问题包括高效地在canvas上绘制图片和操作带或不带类型数组的像素数据。
在将一些方法用在你自己的应用之前，一定要多了解这些方案的基准测试。也许有人还记得JS模版的shoot-off和随后的扩展版。你要搞清楚基准测试不是存在于你看不到的那些虚拟应用，而是应该在你的实际代码中去测试带来的优化。
V8优化技巧
详细介绍了每个V8引擎的优化点在本文讨论范围之外，当然这里也有许多值得一提的技巧。记住这些技巧你就能减少那些性能低下的代码了。
- 特定模式可以使V8摆脱优化的困境，比如说try-catch。欲了解更多有关哪些函数能或不能进行优化，你可以在V8的脚本工具d8中使用–trace-opt file.js命令。
- 如果你关心速度，尽量使你的函数职责单一，即确保变量（包括属性，数组，函数参数）只使用相同隐藏类包含的对象。举个例子，别这么干：
JavaScript 1234567functionadd(x, y) {returnx+y;}add(1, 2);add('a','b');add(my_custom_object, undefined); - 不要加载未初始化或已删除的元素。如果这么做也不会出现什么错误，但是这样会使速度变慢。
- 不要使函数体过大，这样会使得优化更加困难。
更多内容可以去看Daniel Clifford在Google I/O的分享 Breaking the JavaScript Speed Limit with V8。 Optimizing For V8 — A Series也非常值得一读。
对象VS数组：我应该用哪个？
- 如果你想存储一串数字，或者一些相同类型的对象，使用一个数组。
- 如果你语义上需要的是一堆的对象的属性（不同类型的），使用一个对象和属性。这在内存方面非常高效，速度也相当快。
- 整数索引的元素，无论存储在一个数组或对象中，都要比遍历对象的属性快得多。
- 对象的属性比较复杂：它们可以被setter们创建，具有不同的枚举性和可写性。数组中则不具有如此的定制性，而只存在有和无这两种状态。在引擎层面，这允许更多存储结构方面的优化。特别是当数组中存在数字时，例如当你需要容器时，不用定义具有x,y,z属性的类，而只用数组就可以了。
JavaScript中对象和数组之间只有一个的主要区别，那就是数组神奇的length属性。如果你自己来维护这个属性，那么V8中对象和数组的速度是一样快的。
使用对象时的技巧
- 使用一个构造函数来创建对象。这将确保它创建的所有对象具有相同的隐藏类，并有助于避免更改这些类。作为一个额外的好处，它也略快于Object.create()
- 你的应用中，对于使用不同类型的对象和其复杂度（在合理的范围内：长原型链往往是有害的，呈现只有一个极少数属性的对象比大对象会快一点）是有没限制的。对于“hot”对象，尽量保持短原型链，并且少属性。
对象克隆
对于应用程序开发人员，对象克隆是一个常见的问题。虽然各种基准测试可以证明V8对这个问题处理得很好，但仍要小心。复制大的东西通常是较慢的——不要这么做。JS中的for..in循环尤其糟糕，因为它有着恶魔般的规范，并且无论是在哪个引擎中，都可能永远不会比任何对象快。
当你一定要在关键性能代码路径上复制对象时，使用数组或一个自定义的“拷贝构造函数”功能明确地复制每个属性。这可能是最快的方式：
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function clone(original) { this.foo = original.foo; this.bar = original.bar;}var copy = new clone(original); |
模块模式中缓存函数
使用模块模式时缓存函数，可能会导致性能方面的提升。参阅下面的例子，因为它总是创建成员函数的新副本，你看到的变化可能会比较慢。
另外请注意，使用这种方法明显更优，不仅仅是依靠原型模式（经过jsPerf测试确认）。
使用模块模式或原型模式时的性能提升
这是一个原型模式与模块模式的性能对比测试：
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// Prototypal pattern Klass1 = function () {} Klass1.prototype.foo = function () { log('foo'); } Klass1.prototype.bar = function () { log('bar'); } // Module pattern Klass2 = function () { var foo = function () { log('foo'); }, bar = function () { log('bar'); }; return { foo: foo, bar: bar } } // Module pattern with cached functions var FooFunction = function () { log('foo'); }; var BarFunction = function () { log('bar'); }; Klass3 = function () { return { foo: FooFunction, bar: BarFunction } } // Iteration tests // Prototypal var i = 1000, objs = []; while (i--) { var o = new Klass1() objs.push(new Klass1()); o.bar; o.foo; } // Module pattern var i = 1000, objs = []; while (i--) {
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