JScript下Array对象的性能问题

今天看了微软JScript官方blog上去年的两篇文章：
http://blogs.msdn.com/jscript/archive/2008/03/25/performance-optimization-of-arrays-part-i.aspx
http://blogs.msdn.com/jscript/archive/2008/04/08/performance-optimization-of-arrays-part-ii.aspx
讲的是IE8对Array性能的改进，其中也解释了过去JScript对Array的内部实现及导致的性能问题。

我狗狗了一下，似乎没有中文文章介绍过，所以我就写一篇来稍作介绍——不过并非翻译——微软的人总不好意思自己骂自己——而我素来要痛打落水狗的。

首先，目前JScript中数组操作是很慢滴，有多慢呢？我们引用一下JScript团队第一篇blog的数据：

var arrObj = new Array();
var count = 10000;
var before, after;
for(var i = 0; i < count; i ++)

{
   arrObj.push(i);

}
before = new Date();
for(var i = 0; i < count; i ++)

{
    arrObj.pop();

}
after = new Date();
alert(after- before);

此段代码，IE7用了7秒，而IE8仅仅用时18毫秒。

如果你看了第一篇blog中所解释的原因，请注意

——其实它在忽悠你，真正的原因在第二篇里。


我这里有有个更加简单的测试代码：

var SIZE = 10000, count = 10000;
var arr = new Array(SIZE + count);
for(var i = 0; i < SIZE; i++) {
   arr[i] = i;  // 注意后文将替换本语句来观察效果
}

var start = new Date();
for(var i = 0; i < count; i++) {
    arr.length--
}
var end = new Date();
alert(end - start);

你可以改变SIZE和count的值来观察。

基本上，pop()方法或者任何导致length减小的操作，都是非常耗费的——大体上与数组实际包含元素个数成正比。

这才是真正的性能杀手。


而且这一操作所要遍历的元素甚至包括非正整数索引（而只有索引为uint32才会被认为是数组元素）：

var SIZE = 10000, count = 10000;
var arr = new Array(SIZE + count);
for(var i = 0; i < SIZE; i++) {
   arr['i' + i] = i;
}

var start = new Date();
for(var i = 0; i < count; i++) {
    arr.length--
}
var end = new Date();
alert(end - start);

可以发现结果也是基本与元素个数成正比。但是比前面要快一些。原因后面解释。


之所以有这样的结果，是因为length减小时，引擎不仅仅是改变了length的值，而且要删除所有索引大于等于新的length的元素。

本来这件事情可以这样做（我相信大多数程序员的第一感觉也就是这样做）：

function get_length() { return this._length }
function set_length(len) {
  if (len < 0 || len > 0xffffffff) throw RangeError()
  if (len > this._length) {
    this._length = len; return
  }
  while (len < this._length) {
    delete this[--this._length]
  }
}

如果确实这样做的话，性能绝不会如此糟糕（不信你可以写个自己的MyArray来试验一下——用JS写出来的居然比built-in的C实现还要快）。

但是，JScript团队的程序员，据说认为JS的Array其实是稀疏数组，或者说就是一个hash——理论上也确实如此，所以采用了大概是这样的算法（以JS来示意）：

function get_length() { return this._length }
function set_length(len) {
  if (len < 0 || len > 0xffffffff) throw RangeError()
  if (len < this._length) {
    for (var k in this) {
      var i = toUint32(k)
      if (i >= len) delete(this[k])
    }
  }
  this._length = len
}

其中toUint32(s)将一个32位无符号整数的十进制字符串表达转为数字，如果转换失败则返回-1。【注意，此toUint32与parseInt不同，传入'0123'、'123.00'、'+123'、'1e4'等都会转换失败。】

这段代码遍历所有的key（因为Array本质上是把数字索引转换为字符串索引来保存的），如果这个key可以被转回无符号整数（也就是数字索引），则看看它是否大于指定的长度，大于的话就删掉。

好了，现在我们就不难理解为什么性能会与元素个数成正比了。假如一个50000个元素的数组，pop()了一下之后，居然也要遍历50000个元素！如果是在一个循环中不断pop()可想而知会有多慢。

那么为什么我们第二个例子会快一些呢？
这是因为我们的字符串索引是字母"i"开头的，而toUint32的实现，应该会一个字符一个字符的解析，当第一个字母是i时已然可知转换失败，直接返回了。以下是也以JS示意：

function toUint32(s) {

  if (s == '') return -1
  if (s.charCodeAt(0) == 48 && s.length > 1) return -1

  var n = 0, d
  for (var i = 0; i < s.length; i++) {
    n *= 10
    d = s.charCodeAt(i) - 48
    if (d < 0 || d > 9) return -1
    n += d
    if (n >= 0xffffffff) return -1
  }
  return n
}

你也可以把前面第二段代码中的：
   arr['i' + i] = i;
换为
   arr[i + '00000000x'] = i

结果就会发现耗费时间更长了，因为toUint32必须解析到最后一个字符才知道转换失败。

【注：这里可以优化，因为uint32十进制最长是10个字符，所以可以先判断string的长度，超过10直接失败——问题是从测试结果来看，JScript实际的实现并没有做此优化】


那么JScript的开发者为什么要采用这样一个算法呢？

其实，如果从稀疏数组的角度看，这个算法是可行的，而且在某些条件下性能很好，比如对于以下：

var a = new Array(100000)
a.length = 10

在这次对length的改变中，上述算法飞快的完成，因为这个数组没并有什么实际元素可遍历！

所以JScript的开发者或许是特意做了这样的优化算法！！


然而讽刺的是，这本质上是一个极其愚蠢的优化！！


通常我们在用Array的时候，很少拿它当稀疏数组用！因为如果我们确实要用一个稀疏数组，我们完全可以直接用普通对象（即hash）。

就算我们经常使用稀疏数组——诚然，在一个稀疏数组时，前面所描述的最显白的算法，可能并不高效，但是稍加分析就可以看出，那样的算法要出现性能问题，只能是如下形式的代码：

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

其中每个arrays[i]都是稀疏数组。
这样的代码我是没有见过。

对于单个稀疏数组来说，要出现性能问题，除非你这样：

for(var i=0;i<count;i++) {
  array = new Array(50000)
  ...
  array.length = 0
}

然而几乎没有人会写这样的代码
——而且 array.length=0 这句造成性能问题的语句根本是多余的。

归根到底，既然是一个稀疏数组，则通常不会进行遍历，更没有理由执行 array.length = 0 之类的语句，如果要抛弃一个数组，直接 array = null 即可。


相反，普通（非稀疏）的数组，就是用来遍历的。因此很容易写出这样的代码：

while (array.length > 0) {
  var e = array.pop()
  // do sth for e
}

或者

while (array.length > 0) {
  var e = array[array.length - 1]
  // do sth for e
  array.length--
}

所以我所能得出的结论是，JScript的Array.length的算法实现实在非常愚蠢。幼稚程度堪比我们诟病的白痴的垃圾回收策略。

当然，比起垃圾到极点的垃圾回收算法给我们造成的麻烦，这个length的问题还是可以有workaround的，不必干等IE8那样复杂到狂出bug（见第一篇blog下面的comments）的设计。比如IE8 beta1的platform performance improvements白皮书里就提到，有人自己造轮子：

//user defined array type called 'prototypeArray' 
var prototypeArray = function() { 
  this._array = []; 
  this.length = 0; 
  this.start = 0; 
  this.end = 0; 
}
//push method for user defined array type 'prototypeArray' prototypeArray.prototype.push = function() { 
  var l = arguments.length; 
  for (var i=0;i<l;i++){ 
    this.length++; 
    this._array[this.end++] = arguments[i]; 
  } 
} 
//pop method for user defined array type 'prototypeArray' prototypeArray.prototype.pop = function() { 
  var obj = null; 
  if (this.length>0){ 
    this.length--; 
    obj = this._array[--this.end]; 
    delete this._array[this.end];
  } 
  return obj; 
} 
//creating an object of user defined array type 'prototypeArray' var myArray = new prototypeArray(); 
//accessing push and pop methods of user defined array type 'prototypeArray' 
myArray.push("Test String") 
myArray.pop();

一个用js代码自造的轮子，居然比c写的built-in函数跑的还要快，真是让人汗颜。

另外一个更简便的方式，就是记住这个简单的最佳实践：

少去改length！特别不要在循环中做pop()或length--之类的操作。如果要减，等到循环结束，一次性减到底就好了！

BTW，我们也要注意shift()、unshift()、splice()之类的操作，因为这些操作可能会改变大量数组元素的索引——按照稀疏数组的实现，显然会比单单改length更慢上许多！如果你真的需要shift()、unshift()，那还是自制一个类似上面的轮子吧（提示：上面代码的start属性就是为此准备的）。

评论

2 楼 xuanye 2009-02-18  

长见识了哦

1 楼 whiletrue 2009-02-16  

很好的贴,谢谢lz分享,学习了