JavaScript 数组的演进及其性能

英文：Paul Shan 译文：众成翻译

zcfy.cc/article/diving-deep-into-javascript-array-8211-evolution-038-performance-void-canvas-4202.html

正式开始前需要声明，本文并不是要讲解 JavaScript 数组基础知识，也不会涉及语法和使用案例。本文讲得更多的是内存、优化、语法差异、性能、近来的演进。

在使用 JavaScript 前，我对 C、C++、C# 这些已经颇为熟悉。与许多 C/C++ 开发者一样，JavaScript 给我的第一印象并不好。

Array 是主要原因之一。JavaScript 数组不是连续（contiguous）的，其实现类似哈希映射（hash-maps）或字典（dictionaries）。我觉得这有点像是一门 B 级语言，数组实现根本不恰当。自那以后，JavaScript 和我对它的理解都发生了变化，很多变化。

为什么说 JavaScript 数组不是真正的数组

在聊 JavaScript 之前，先讲讲 Array 是什么。

数组是一串连续的内存位置，用来保存某些值。注意重点，“连续”（continuous，或 contiguous），这很重要。

上图展示了数组在内存中存储方式。这个数组保存了 4 个元素，每个元素 4 字节。加起来总共占用了 16 字节的内存区。

假设我们声明了 tinyInt arr[4];，分配到的内存区的地址从 1201 开始。一旦需要读取 arr[2]，只需要通过数学计算拿到 arr[2] 的地址即可。计算 1201 + (2 X 4)，直接从 1209 开始读取即可。

JavaScript 中的数据是哈希映射，可以使用不同的数据结构来实现，如链表。所以，如果在 JavaScript 中声明一个数组 var arr = new Array(4)，计算机将生成类似上图的结构。如果程序需要读取 arr[2]，则需要从 1201 开始遍历寻址。

以上急速 JavaScript 数组与真实数组的不同之处。显而易见，数学计算比遍历链表快。就长数组而言，情况尤其如此。

JavaScript 数组的进化

不知你是否记得我们对朋友入手的 256MB 内存的电脑羡慕得要死的日子？而今天，8GB 内存遍地都是。

与此类似，JavaScript 这门语言也进化了不少。从 V8、SpiderMonkey 到 TC39 和与日俱增的 Web 用户，巨大的努力已经使 JavaScript 成为世界级必需品。一旦有了庞大的用户基础，性能提升自然是硬需求。

实际上，现代 JavaScript 引擎是会给数组分配连续内存的 —— 如果数组是同质的（所有元素类型相同）。优秀的程序员总会保证数组同质，以便 JIT（即时编译器）能够使用 c 编译器式的计算方法读取元素。

不过，一旦你想要在某个同质数组中插入一个其他类型的元素，JIT 将解构整个数组，并按照旧有的方式重新创建。

因此，如果你的代码写得不太糟，JavaScript Array 对象在幕后依然保持着真正的数组形式，这对现代 JS 开发者来说极为重要。

此外，数组跟随 ES2015/ES6 有了更多的演进。TC39 决定引入类型化数组（Typed Arrays），于是我们就有了 ArrayBuffer。

ArrayBuffer 提供一块连续内存供我们随意操作。然而，直接操作内存还是太复杂、偏底层。于是便有了处理 ArrayBuffer 的视图（View）。目前已有一些可用视图，未来还会有更多加入。

varbuffer=newArrayBuffer(8);

varview=newInt32Array(buffer);

view[]=100;

了解更多关于类型化数组（Typed Arrays）的知识，请访问 MDN 文档。

高性能、高效率的类型化数组在 WebGL 之后被引入。WebGL 工作者遇到了极大的性能问题，即如何高效处理二进制数据。另外，你也可以使用 SharedArrayBuffer 在多个 Web Worker 进程之间共享数据，以提升性能。

从简单的哈希映射到现在的 SharedArrayBuffer，这相当棒吧？

旧式数组 vs 类型化数组：性能

前面已经讨论了 JavaScript 数组的演进，现在来测试现代数组到底能给我们带来多大收益。下面是我在 Mac 上使用 Node.js 8.4.0 进行的一些微型测试结果。

旧式数组：插入

vararr=newArray(LIMIT);

console.time("Array insertion time");

for(vari=;i

arr[i]=i;

}

console.timeEnd("Array insertion time");

用时：55ms

Typed Array：插入

varbuffer=newArrayBuffer(LIMIT *4);

vararr=newInt32Array(buffer);

console.time("ArrayBuffer insertion time");

for(vari=;i

arr[i]=i;

}

console.timeEnd("ArrayBuffer insertion time");

用时：52ms

擦，我看到了什么？旧式数组和 ArrayBuffer 的性能不相上下？不不不。请记住，前面提到过，现代编译器已经智能化，能够将元素类型相同的传统数组在内部转换成内存连续的数组。第一个例子正是如此。尽管使用了 new Array(LIMIT)，数组实际依然以现代数组形式存在。

接着修改第一例子，将数组改成异构型（元素类型不完全一致）的，来看看是否存在性能差异。

旧式数组：插入（异构）

vararr=newArray(LIMIT);

arr.push({a:22});

console.time("Array insertion time");

for(vari=;i

arr[i]=i;

}

console.timeEnd("Array insertion time");

用时：1207ms

改变发生在第 3 行，添加一条语句，将数组变为异构类型。其余代码保持不变。性能差异表现出来了，慢了 22 倍。

旧式数组：读取

vararr=newArray(LIMIT);

arr.push({a:22});

for(vari=;i

//arr[i] = i;

p=arr[i];

}

console.timeEnd("Array read time");

用时：196ms

Typed Array：读取

varbuffer=newArrayBuffer(LIMIT *4);

vararr=newInt32Array(buffer);

console.time("ArrayBuffer insertion time");

for(vari=;i

arr[i]=i;

}

console.time("ArrayBuffer read time");

for(vari=;i

varp=arr[i];

}

console.timeEnd("ArrayBuffer read time");

用时：27ms

结论

类型化数组的引入是 JavaScript 发展历程中的一大步。Int8Array，Uint8Array，Uint8ClampedArray，Int16Array，Uint16Array，Int32Array，Uint32Array，Float32Array，Float64Array，这些是类型化数组视图，使用原生字节序（与本机相同）。我们还可以使用 DataView 创建自定义视图窗口。希望未来会有更多帮助我们轻松操作 ArrayBuffer 的 DataView 库。

JavaScript 数组的演进非常 nice。现在它们速度快、效率高、健壮，在内存分配时也足够智能。

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