你不知道的JavaScript-性能测试和调优

之前我们讨论过宏观层面上的 JavaScript 性能问题，讨论了 asm.js 、 WebAssembly 和 WebWorker 技术，接下来我们探究一下 JavaScript 在微观层面上的性能问题，并逐步了解这些性能问题是否真实存在，以及是否需要花大量时间去优化。

性能测试问题

如果我们要测试一段代码的运行速度（执行时间），我们通常第一时间会想到编写以下代码进行测试：

var start = Date.now()

// do something

console.log('用时:' + (Date.now() - start))

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这在很长一段时间里，我都认为这段代码能测试出绝大数多正确的结果，而事实上这段代码的结果非常不准确

1. 它很有可能报告的时间是0，因为他的运行时间可能小于1ms。或者在一些早期引擎中，定时器的精度只有15ms，也就是这个运算至少要运行15ms才会有结果输出。
2. 对于一个单次的运行几乎没有任何参考价值，我们不能保证引擎或系统在此刻没有受到其他因素干扰。
3. 在获得时间戳时可能存在延迟。
4. 不能确定引擎是否对这段测试代码进行了优化。在真实程序中引擎是否会同样优化这段代码，如果不能，这就会导致真实环境中代码运行变慢。

Benchmark.js

基于以上自写测试用例的弊端，我们首先需要做的是 重复 ，简单的说，就是用循环把测试代码包起来，但这并不是一个简单的循环多次求平均值的过程，相关的考虑因素还有定时器精度，结果分布情况等。可靠的测试应该结合统计学的合理实践，所以在自己没有更好的解决方法之前，选用成熟的测试 工具 是一个正确的决定， Benchmark.js 就是一个这样的js库。

npm 方式安装 benchmark

npm i install --save
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编写一个测试文件

// index.js
var Benchmark = require('benchmark');

function foo () {
  var arr = new Array(10000)

  for(var i = 0;i < arr.length;i++) {
    arr[i] = 0
  }
}

var bench = new Benchmark(
  'foo test', // 测试名
  foo, // 测试内容
  {
    setup: `console.log('start')`, // 每个测试循环开始时调用
    teardown: `console.log('over')` // 每个测试循环结束时调用
  }
)
bench.run() // 开始测试

console.log(bench.hz) // 每秒运行数
console.log(bench.stats.moe) // 出错边界
console.log(bench.stats.variance) // 样本方差
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第三个参数中的 setup 和 teardown 是我们尤其要注意的，第三个参数指定测试用例的一些额外信息，其中的 setup 表示每个测试周期开始时执行的方法，可以只是方法体，也可以是指定方法， teardown 表示每个测试周期结束时执行的方法，类型同上。也就是运行上面的代码 setup 不止执行一次，具体执行次数由 Benchmark.prototype.circle 决定。

性能优化的注意点

性能优化是否存在真实意义

比如在一次测试环境中，测试运算A每秒可运行 10 000 000 次，运算B每秒可运行 8 000 000 ，这只能在数学意义上来讲B比A慢了 20% 。 我们换个比较方法，从上面的结果不难推出A单次运行需要 100ns ，据说人眼通常能分辨 100ms 以下的事件，人脑可以处理的最快速度是 13ms 。也就是运算A要运行 650 000 次才能有希望被人类感知到，而在 web 应用中，几乎很少会进行类似的操作。 比较这么微小的差异和比较 ++a a++ 在性能上的差异一样，意义不大。

引擎优化

由于引擎优化的存在，所以你不能确定一个运算A是否始终比运算B快，下面的代码

var a = '12'

// 测试1
var A = Number(a)

// 测试2
var B = parseInt(a)
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这段代码想比较 Number 和 parseInt 在类型转换上的性能差异，但是由于引擎优化的存在，这种测试会变得没有参考性，由于引擎优化没有被纳入es的规范内容，可能有些引擎在运行测试代码的时候进行了启发式优化，它发现A和B都没有在后续被使用，所以在整个测试中实际上什么事情都没有发生，而在真实环境中，可能又并非如此。所以我们必须让测试环境更可能的接近真实环境。

jsPerf.com

很多情况下需要测试不同环境下的代码运行情况，比如在 chrome 和在手机版 chrome 中的结果对比，在满电手机和电量 2% 以下手机的运行结果对比。 jsPerf.com 是一个共享测试用例和测试结果的平台。

过早优化是万恶之源

程序员们浪费了大量的时间用于思考，或担心他们的程序中非关键部分的速度，这些针对效率的努力在调试和维护方面带来了强烈的负面效果。我们应该在，比如说97%的时间里，忘掉小处的效率：过早优化是万恶之源。但我们不应该错过关键的3%的机会。 《计算访谈6》

不应该在非关键部分花太多时间，比如你的应用是一个动画表现的应用，就应该重点优化动画循环相关的代码。

测试用例举例

// 测试1
var x = [1,2,3,4,5]
x.sort()

// 测试2
var x = [1,2,3,4,5]

x.sort(function (a,b) {
  return a - b
})
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这两个测试对比 sort(..) 内建方法和自定义方法的性能，但是这创建的了一个不公平的对比：

1. 在循序测试中，自定义方法会不断被创建，这显然会增加额外的开销。
2. 忽略了内建方法的额外工作：内建方法是将比较值强制装换成字符串进行比较，比如内建 排序 会把 18 排在 2 前面。

// 测试1
var x = false;
var y = x ? 1 : 2;

// 测试2
var x;
var y = x ? 1 : 2;
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上面这个测试如果是想比较 Boolean 值强制类型转换对性能的影响，那么就创建了一个不公平的对比，因为测试2少做了 x 的赋值操作。要消除这个影响，应该这样做：

// 测试2
var x = undefined;
var y = x ? 1 : 2;
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最后我们来实际测试一下，在 for 循环中是否需要预先将 arr.length 设定好

var Benchmark = require('benchmark');

var suite = new Benchmark.Suite; // Benchmark.Suite是用来比较多个测试用例的类
var arr = new Array(1000)

suite.add('len', function () { // 添加一个测试用例

  for (var i = 0; i < arr.length; i++) {
    arr[i] = 1
  }
  
}, {
  setup: function () {
    arr = new Array(1000)
  }
})
.add('preLen', function () {

  for (var i = 0, len = arr.length; i < len; i++) {
    arr[i] = 1
  }

}, {
  setup: function () {
    arr = new Array(1000)
  }
})
.run()

console.log(suite[0].hz) 
console.log(suite[1].hz) 
// 1160748.8603394227 // 1188525.8945115102 // 1182959.0564495493
// 1167161.734632912 // 1196721.6273367293 // 1195146.3296931305
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以上代码的测试环境为 nodejs@v8.11.4 ，测试结果可以看出将 arr.length 提前保存反而会造成反优化，其实背后的原因就是在 v8 等现代 JavaScript 引擎中对这种循环已经做过优化，不会在每次循环都会去访问 arr.length ，所以开发者不再需要考虑这方面的问题，不要想在这方面能比引擎更聪明，结果只会适得其反。

尾调用优化

es规范通常不会涉及性能方面的要求，但 es6 中有一个例外，那就是尾调用优化( Tail Call Optimization , TCO )，简单的说，尾调用就是在一个函数的末尾进行的函数调用。

在递归中，尾调用优化可能起到非常重要的作用

// 非尾调用
function foo () {
  foo()
}

// 非尾调用
function foo () {
  return 1 + foo()
}

// 尾调用
function foo () {
  return foo()
}
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调用一个新的函数需要额外预留一块内存来管理调用帧，称为 栈帧 ，在没有 TCO 的递归调用中，递归层级太多会导致栈溢出，递归无法运行。而在支持 TCO 的环境并正确书写 TCO 规范的递归函数，第二层的递归函数中直接使用上层函数的栈帧，依次类推。这样不仅速度快，也更节省内存。

作者简介：叶茂，芦苇科技web前端开发工程师，代表作品：口红挑战网红小游戏、芦苇科技官网。擅长网站建设、公众号开发、微信小程序开发、小游戏、公众号开发，专注于前端框架、服务端渲染、SEO技术、交互设计、图像绘制、数据分析等研究。

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