What's New in JavaScript

前几天 Google IO 上 V8 团队为我们分享了《What's New in JavaScript》主题,分享的语速很慢推荐大家可以都去听听就当锻炼下听力了。看完之后我整理了一个文字版帮助大家快速了解分享内容,嘉宾主要是分享了以下几点:

  1. JS 解析快了 2 倍
  2. async 执行快了 11 倍
  3. 平均减少了 20% 的内存使用
  4. class fileds 可以直接在 class 中初始化变量不用写在 constructor 里
  5. 私有变量前缀
  6. string.matchAll 用来做正则多次匹配
  7. numeric seperator 允许我们在写数字的时候使用 _ 作为分隔符提高可读性
  8. bigint 新的大数字类型支持
  9. Intl.NumberFormat 本地化格式化数字显示
  10. Array.prototype.flat(), Array.prototype.flatMap() 多层数组打平方法
  11. Object.entries() 和 Object.fromEntries() 快速对对象进行数组操作
  12. globalThis 无环境依赖的全局 this 支持
  13. Array.prototype.sort() 的排序结果稳定输出
  14. Intl.RelativeTimeFormat(), Intl.DateTimeFormat() 本地化显示时间
  15. Intl.ListFormat() 本地化显示多个名词列表
  16. Intl.locale() 提供某一本地化语言的各种常量查询
  17. 顶级 await 无需写 async 的支持
  18. Promise.allSettled() 和 Promise.any() 的增加丰富 Promise 场景
  19. WeakRef 类型用来做部分变量弱引用减少内存泄露

Async 执行比之前快了11倍

开场就用 11x faster 数字把大家惊到了,也有很多同学好奇到底是怎么做到的。其实这个优化并不是最近做的,去年11月的时候 V8 团队就发了一篇文章 《Faster async functions and promises》,这里面就非常详尽的讲述了如何让 async/await 优化到这个速度的,其主要归功于以下三点:

  • TurboFan:新的 JS 编译器
  • Orinoco:新的 GC 引擎
  • Node.js 8 上的一个 await bug

2008年 Chrome 出世,10年 Chrome 引入了 Crankshaft 编译器,多年后的今天这员老将已经无法满足现有的优化需求,毕竟当时的作者也未曾料想到前端的世界会发展的这么快。关于为何使用 TurboFan 替换掉 Crankshaft,大家可以看看《Launching Ignition and TurboFan》,原文中是这么说的:

Crankshaft 仅支持优化 JavaScript 的一部分特性。它并没有通过结构化的异常处理来设计代码,即代码块并没有通过try、catch、finally等关键字划分。另外由于为每一个新的特性Cranksshaft都将要做九套不同的框架代码适应不同的平台,因此在适配新的Javascript语言特性也很困难。还有Crankshaft框架代码的设计也限制优化机器码的扩展。尽管V8引擎团队为每一套芯片架构维护超过一万行代码,Crankshaft也不过为Javascript挤出一点点性能。
via:《Javascript是如何工作的:V8引擎的内核Ignition和TurboFan》

而 TurboFan 则提供了更好的架构,能够在不修改架构的情况下添加新的优化特性,这为面向未来优化 JavaScript 语言特性提供了很好的架构支持,能让团队花费更少的时间在做处理不同平台的特性和编码上。从原文的数据对比中就可以看到,仅仅是换了个编译器优化就在 8 倍左右了…… 给 V8 的大佬们跪下了。

而 Orinoco 新的 GC 引擎则是使用单独线程异步去处理,让其不影响 JS 主线程的执行。至于最后说的 async/await 的 BUG 则是让 V8 团队引发思考,将 async/await 原本基于 3 个 Promise 的实现减少成 2 个,最终减少成 1 个!最后达到了写 async/await 比直接写 Promise 还要快的结果。

我们知道 await 后面跟的是 Promise 对象,但是即使不是 Promise JS 也会帮我们将其包装成 Promise。而在 V8 引擎中,为了实现这个包装,至少需要一个 Promise,两个微任务过程。这个在本身已经是 Promise 的情况下就有点亏大发了。而为了实现 async/await 在 await 结束之后要重新原函数的上下文并提供 await 之后的结果,规范定义此时还需要一个 Promise,这个在 V8 团队看来是没有必要的,所以他们建议规范去除这个特性

最后的最后,官方还建议我们:多使用 async/await 而不是手写 Promise 代码,多使用 JavaScript 引擎提供的 Promise 而不是自己去实现。

Numeric Seperator

随着 Babel 的出现,JS 的语法糖简直不要太多,Numeric Seperator 算是一个。简单的说来它为我们手写数字的时候提供给了分隔符的支持,让我们在写大数字的时候具有可读性。

其实是个很简单的语法糖,为什么我会单独列出来说呢,主要是因为它正好解决了我之前一个实现的痛点。我有一个需求是一堆文章数据,我要按照产品给的规则去插入广告。如图非红框是文章,红框处是广告。由于插入规则会根据产品的需(心)求(情)频繁变化,所以我们最开始使用了两个变量进行标记:

const news = [1, 3, 5, 6, 7, 9, 10, 11];
const ads = [2, 4, 8, 12];

当位置发生变化的时候我们就需要同时对两个变量进行修改,这样导致了维护上的成本。所以我想了一个办法,广告的位置标记为 1,文章的位置标记为 0,使用纯二进制的形式来表示个记录,这样子就变成了:

+---+---+---+
| 0 | 1 | 0 |
+---+---+---+
| 1 | 0 | 0 |
+---+---+---+
| 0 | 1 | 0 |
+---+---+---+
| 0 | 0 | 1 |
+---+---+---+

1 011 010 100 010 001
// 首位为常量 1
// 2-4 位记录一行多少条
// 后续按照新闻和广告的位置进行记录

最后我们使用一个变量 0b1011010100010001 就完成了两种信息的记录。这样做将很多数据集成在了一起解决了我们之前的问题,但是它带来了新的问题,大家也可以看到注释中按照空格劈开的话大家看的还比较明白,但是在段头将空格去除之后在阅读程度上就造成了非常大的困难了。而数字分隔符这个语法糖正好就能解决这个问题,0b1_011_010_100_010_001 这样阅读起来就好很多了。

Promise

虽然在大部分的场景 async/await 都可以了,但是不好意思 Promise 有些场景还是不可替代的。Promsie.all()Promise.race() 就是这种特别的存在。而 Promise.allSettled()Promise.any() 则是新增加的方法, 相较于它们的前辈,这俩拥有忽略错误达到目的的特性。

我们之前有一个需求,是需要将文件安全的存储在一个存储服务中,为了灾备我们其实有两个 S3,一个 HBase 还有本地存储。所以每次都需要诸如以下的逻辑:

for(const service of services) {
  const result = await service.upload(file);
  if(result) break;
}

但其实我并不关心错误,我的目的是只要保证有一个服务最终能执行成功即可,所以 Promise.any() 其实就可以解决这个问题。

await Promise.any( services.map(service => service.upload(file)) );

Promise.allsettled()Promise.any() 的引入丰富了 Promise 更多的可能性。说不定以后还会增加更多的特性,例如 Promise.try(), Promise.some(), Promise.reduce() ...

WeakRef

WeakRef 这个新类型我最开始是不太理解的,毕竟我总感觉 Chrome 已经长大了,肯定会自己处理垃圾了。然而事情并没有我想的那么简单,我们知道 JS 的垃圾回收主要有“标记清除”和“引用计数”两种方法。引用计数是只要变量多一次引用则计数加 1,少一次引用则计数减 1,当引用为 0 时则表示你已经没有利用价值了,去垃圾站吧!

在 WeakRef 之前其实已经有两个类似的类型存在了,那就是 WeakMap 和 WeakSet。以 WeakMap 为例,它规定了它的 Key 必须是对象,而且它的对象都是弱引用的。举个例子:

//map.js
function usageSize() {
  const used = process.memoryUsage().heapUsed;
  return Math.round(used / 1024 / 1024 * 100) / 100 + 'M';
}

global.gc();
console.log(usageSize()); // ≈ 3.23M

let arr = new Array(5 * 1024 * 1024);
const map = new Map();

map.set(arr, 1);
global.gc();
console.log(usageSize()); // ≈ 43.22M

arr = null;
global.gc();
console.log(usageSize()); // ≈ 43.23M
//weakmap.js
function usageSize() {
  const used = process.memoryUsage().heapUsed;
  return Math.round(used / 1024 / 1024 * 100) / 100 + 'M';
}

global.gc();
console.log(usageSize()); // ≈ 3.23M

let arr = new Array(5 * 1024 * 1024);
const map = new WeakMap();

map.set(arr, 1);
global.gc();
console.log(usageSize()); // ≈ 43.22M

arr = null;
global.gc();
console.log(usageSize()); // ≈ 3.23M

分别执行 node --expose-gc map.jsnode --expose-gc weakmap.js 就可以发现区别了。在 arr 和 Map 中都保留了数组的强引用,所以在 Map 中简单的清除 arr 变量内存并没有得到释放,因为 Map 还存在引用计数。而在 WeakMap 中,它的键是弱引用,不计入引用计数中,所以当 arr 被清除之后,数组会因为引用计数为0而被回收掉。

正如分享中所说,WeakMap 和 WeakSet 足够好,但是它要求键必须是对象,在某些场景上不太试用。所以他们暴露了更方便的 WeakRef 类型。在 Python 中也存在 WeakRef 类型,干的事情比较类似。其实我们主要注意 WeakRef 的引用是不计引用计数的,就好理解了。例如 MDN 中所说的引用计数没办法清理的循环引用问题:

function f(){
  var o = {};
  var o2 = {};
  o.a = o2; // o 引用 o2
  o2.a = o; // o2 引用 o

  return "azerty";
}

f();

如果试用 WeakRef 来改写,由于 WeakRef 不计算引用计数,所以计数一直为 0,在下一次回收中就会被正常回收了。

function f() {
  var o = new WeakRef({});
  var o2 = o;
  o.a = o2;

  return "azerty";
}

f();

在之前的一个多进程需求中,我们需要将子进程中的数据发送到主进程中,我们使用的方式是这样写的:

const metric = 'event';
global.DATA[metric] = {};

process.on(metric, () => {
  const data = global.DATA[metric];
  delete global.DATA[metric];
  return data;
});

代码就看着比较怪,由于 global.DATA[metric] 作为强引用,如果直接在事件中 return global.DATA[metric] 的话,由于存在引用计数,那么这个全局变量是一直占用内存的。此时如果使用 WeakRef 改写一下就可以减少 delete 的逻辑了。

const metric = 'event';
global.DATA[metric] = new WeakRef({});

process.on(metric, () => {
  const ref = global.DATA[metric];
  if(ref !== undefined) {
    return ref.deref();
  }
  return ref;
});

后记

除了我上面讲的几个特性之外,还有很多其他的特性也非常一颗赛艇。例如 String.matchAll() 让我们做多次匹配的时候再也不用写 while 了!Intl 本地化类的支持,让我们可以早日抛弃 moment.js,特别是 RelativeTimeFormat 类真是解放了我们的生产力,不过目前接口的配置似乎比较定制化,不知道后续的细粒度需求支持情况会如何。

参考资料:

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