摘要：這些是中可用的最快屬性。通常來(lái)說(shuō)我們將線性屬性存儲(chǔ)中存儲(chǔ)的屬性稱為。因此也支持所謂的屬性。整數(shù)索引屬性的處理和命名屬性的復(fù)雜性相同。

本文為譯文，原文地址：http://v8project.blogspot.com...，作者，@Camillo Bruni ，V8 JavaScript Engine Team Blog

在這篇博客中，我們想解釋 V8 如何在內(nèi)部處理 JavaScript 屬性。從 JavaScript 的角度來(lái)看，屬性只有一些區(qū)別。JavaScript 對(duì)象主要表現(xiàn)為字典，字符串作為鍵名以及任意對(duì)象作為鍵值。然而，該規(guī)范在迭代過(guò)程中對(duì)整數(shù)索引(integer-indexed)屬性和其它屬性進(jìn)行了不同的處理。除此之外，不同的屬性的行為大致相同，與它們是否為整數(shù)索引無(wú)關(guān)。

然而，在 V8 引擎下，由于性能和內(nèi)存的原因，確實(shí)依賴于幾種不同的屬性表示。在這篇博客中，我們將介紹 V8 如何在處理動(dòng)態(tài)添加的屬性時(shí)提供快速的屬性訪問(wèn)。了解屬性的工作原理對(duì)于解釋諸如內(nèi)聯(lián)緩存（inline caches）在 V8 中的優(yōu)化是至關(guān)重要的。

這篇博客解釋了處理整數(shù)索引和命名屬性(named properties)的區(qū)別。之后我們展示了當(dāng)添加命名屬性時(shí) V8 如何維護(hù) HiddenClasses，便于提供一種快速的方式來(lái)識(shí)別對(duì)象的形狀。然后，我們將繼續(xù)深入了解命名屬性如何針對(duì)快速訪問(wèn)進(jìn)行優(yōu)化，或依據(jù)用途進(jìn)行快速修改。在最后一個(gè)章節(jié)，我們將提供有關(guān) V8 如何處理整數(shù)索引或數(shù)組索引（array indices）的詳細(xì)信息。

我們首先來(lái)分析一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)象，如 {a: "foo", b: "bar"}。該對(duì)象有兩個(gè)命名屬性，“a” 和 “b”。它是沒(méi)有任何屬性名稱的整數(shù)索引。數(shù)組索引（array-indexed properties）的屬性（通常稱為元素），在數(shù)組上最為突出。例如，數(shù)組 ["foo", "bar"]，有兩個(gè)數(shù)組索引屬性：0，值為“foo”，1，值為“bar”。這是 V8 處理屬性的第一個(gè)主要區(qū)別。

下圖顯示了一個(gè)基本的 JavaScript 對(duì)象在內(nèi)存中的樣子。

元素和屬性存儲(chǔ)在兩個(gè)多帶帶的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，這使得添加和訪問(wèn)屬性或元素對(duì)于不同的使用模式更有效。

元素主要用于各種 Array.prototype 方法，如 pop 或 slice。假設(shè)這些函數(shù)訪問(wèn)連續(xù)范圍內(nèi)的屬性，V8 大部分時(shí)間上也將它們內(nèi)部表示為簡(jiǎn)單的數(shù)組。在這篇文章的后面，我們將會(huì)解釋我們?nèi)绾吻袚Q到基于稀疏字典的表示（sparse dictionary-based representation）來(lái)節(jié)省內(nèi)存。

命名屬性以類似的方式存儲(chǔ)在多帶帶的數(shù)組中。然而，不同于元素，我們不能簡(jiǎn)單地使用鍵推斷它所在數(shù)組中的位置，我們需要一些額外的元數(shù)據(jù)。在 V8 中，每個(gè) JavaScript 對(duì)象都有一個(gè) HiddenClass 關(guān)聯(lián)。HiddenClass 存儲(chǔ)有關(guān)對(duì)象形狀的信息，其中包括從屬性名到索引再到屬性的映射。為了是事情復(fù)雜化，我們有時(shí)會(huì)為屬性而不是簡(jiǎn)單的數(shù)組使用字典。我們將在專門的章節(jié)中更詳細(xì)地解釋這一點(diǎn)。

從這一節(jié)開(kāi)始：

數(shù)組索引的屬性存儲(chǔ)在多帶帶的元素存儲(chǔ)中。

命名的屬性存儲(chǔ)在屬性存儲(chǔ)中。

元素和屬性可以是數(shù)組或字典。

每個(gè) JavaScript 對(duì)象都有一個(gè)關(guān)聯(lián)的 HiddenClass，它保存關(guān)于對(duì)象形狀的信息。

在解釋元素和命名屬性的區(qū)別之后，我們需要看看 HiddenClass 在 V8 中的工作原理。HiddenClass 存儲(chǔ)有關(guān)對(duì)象的元信息，包括對(duì)象上的屬性以及對(duì)象原型的引用數(shù)量。HiddenClass 在概念上類似與典型的面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言中的類。然而，在基于原型的語(yǔ)言（如 JavaScript ）中，通常不可能預(yù)先知道類。因此，在這種情況下，V8 引擎的 HiddenClass 是隨機(jī)創(chuàng)建的，并隨著對(duì)象的改變而動(dòng)態(tài)更新。HiddenClass 作為對(duì)象形狀的標(biāo)識(shí)符，并且是 V8 優(yōu)化編譯器和內(nèi)聯(lián)緩存（inline caches）的一個(gè)非常重要的組成部分。例如，優(yōu)化編輯器可以直接內(nèi)聯(lián)屬性訪問(wèn)，如果它可以通過(guò) HiddenClass 確保兼容對(duì)象結(jié)構(gòu)。

讓我們來(lái)看看 HiddenClass 的重要部分。

在 V8 中，JavaScript 對(duì)象的第一個(gè)字段指向一個(gè) HiddenClass。（實(shí)際上，這是在 V8 堆上由垃圾收集器管理的任何對(duì)象的情況）。在屬性方面，最重要的信息是存儲(chǔ)屬性數(shù)量的第三位字段和指向描述符數(shù)組的指針。描述符數(shù)組包含有關(guān)命名屬性的信息，如名稱本身和存儲(chǔ)值的位置。請(qǐng)注意，我們?cè)谶@里不跟蹤整數(shù)索引屬性，因此描述符數(shù)組中沒(méi)有條目。

關(guān)于 HiddenClass 的基本假設(shè)是具有相同結(jié)構(gòu)的對(duì)象。例如，相同的命名屬性以相同的順序共享相同的 HiddenClass。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，當(dāng)一個(gè)屬性被添加到一個(gè)對(duì)象時(shí)，我們使用一個(gè)不同的 HiddenClass。在下面的例子中，我們從一個(gè)空對(duì)象開(kāi)始，并添加三個(gè)命名屬性。

每次添加新的屬性時(shí)，對(duì)象的 HiddenClass 都會(huì)被更改。在后臺(tái) V8 創(chuàng)建一個(gè)將 HiddenClass 鏈接在一起的轉(zhuǎn)換樹(shù)。V8 知道當(dāng)你向空對(duì)象添加屬性“a”時(shí)要使用哪個(gè) HiddenClass。如果以相同的順序添加相同的屬性，則此轉(zhuǎn)換樹(shù)將確保最終具有相同的最終 HiddenClass。以下實(shí)例顯示，即使我們?cè)趦烧咧g添加簡(jiǎn)單的索引屬性，也將遵循相同的轉(zhuǎn)換樹(shù)。

然而，如果我們創(chuàng)建一個(gè)新的對(duì)象來(lái)獲取不同的屬性，在這種情況下，屬性“b”，V8 將為新的 HiddenClass 創(chuàng)建一個(gè)多帶帶的分支。

從本節(jié)開(kāi)始：

具有相同結(jié)構(gòu)（相同屬性的相同順序）的對(duì)象具有相同的 HiddenClass。

默認(rèn)情況下，添加的每個(gè)新的命名屬性都將創(chuàng)建一個(gè)新的 HiddenClass。

添加數(shù)組索引屬性不會(huì)創(chuàng)建新的 HiddenClass。

在概述 V8 如何使用 HiddenClass 跟蹤對(duì)象的形狀之后，讓我們來(lái)看就這些屬性實(shí)際是如何存儲(chǔ)的。如上面的介紹所述，有兩種基本類型的屬性：命名和索引。以下部分包含命名屬性。

一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)象，如 {a: 1, b: 2}，可以在 V8 中有各種內(nèi)部表現(xiàn)。雖然 JavaScript 的行為或多或少與外部的簡(jiǎn)單字典相似，但 V8 視圖避免使用字典，因?yàn)樗鼈冏璧K了一些優(yōu)化，例如內(nèi)聯(lián)緩存，我們將在多帶帶的文章中解釋。

In-object 和 Normal Properties：V8 支持直接存儲(chǔ)在對(duì)象本身上的所謂 in-object 屬性。這些是 V8 中可用的最快屬性。因?yàn)樗鼈兛梢詿o(wú)間接訪問(wèn)。對(duì)象 in-object 的數(shù)量由對(duì)象的初始大小預(yù)先確定。如果對(duì)象中有空格添加了更多屬性，它們將被存儲(chǔ)在屬性存儲(chǔ)中。屬性存儲(chǔ)添加了一個(gè)間接級(jí)別，但可以獨(dú)立生長(zhǎng)。

fast 和 slow 屬性：下一個(gè)重要區(qū)別在于 fast 和 slow 之間的屬性。通常來(lái)說(shuō)我們將線性屬性存儲(chǔ)中存儲(chǔ)的屬性稱為“fast”。fast 屬性是可以簡(jiǎn)單的通過(guò)索引來(lái)訪問(wèn)的。要從屬性的名稱到屬性存儲(chǔ)中的實(shí)際位置，我們必須先查看 HiddenClass 中的描述符數(shù)組，如前所述。

然而，如果許多屬性從對(duì)象中添加和刪除，則可能會(huì)生成大量時(shí)間和內(nèi)存開(kāi)銷來(lái)維護(hù)描述符數(shù)組和 HiddenClass。因此,V8 也支持所謂的 slow 屬性。具有 slow 屬性的對(duì)象具有自包含的字典作為屬性存儲(chǔ)。所有屬性元信息不再存儲(chǔ)在 HiddenClass 中的描述符數(shù)組中，而是直接存儲(chǔ)在屬性字典中。因此，可以添加和刪除屬性，而無(wú)需更新 HiddenClass。由于內(nèi)聯(lián)緩存不能與字典屬性一起使用，后者通常比 fast 屬性慢。

從這一節(jié)開(kāi)始：

有三種不同的命名屬性類型：in-object，fast 和 slow 字典。

in-object 屬性直接存儲(chǔ)在對(duì)象本身上，并提供最快訪問(wèn)。

fast 屬性存儲(chǔ)在屬性中，所有元信息都存儲(chǔ)在 HiddenClass 的描述符數(shù)組中。

slow 屬性存儲(chǔ)在自包含（self-contained）屬性字典中，元信息不再通過(guò) HiddenClass 共享

slow 屬性允許有效的屬性刪除和添加，但訪問(wèn)速度比其他兩種類型更慢。

到目前為止，我們已經(jīng)查看了命名屬性，忽略了常用于數(shù)組的整數(shù)索引屬性。整數(shù)索引屬性的處理和命名屬性的復(fù)雜性相同。即使所有索引屬性始終在元素存儲(chǔ)中多帶帶存儲(chǔ)，也有 20 種不同類型的元素！

Packed 或 Holey 元素：V8 做出的第一個(gè)主要區(qū)別是元素是否支持存儲(chǔ)打包（packed）或有空位（holes）。如果你刪除索引元素，或者你沒(méi)有定義它，你將在后臺(tái)存儲(chǔ)中找到空位。一個(gè)簡(jiǎn)單的例子是 [1,,3]，第二個(gè)條目是一個(gè)空位。下面的例子說(shuō)明了這個(gè)問(wèn)題：

const o = "a", "b", "c" ();
console.log(o1 ());          // Prints "b".

delete o1 ();                // Introduces a hole in the elements store.
console.log(o1 ());          // Prints "undefined"; property 1 does not exist.
o.proto = {1: "B"};     // Define property 1 on the prototype.

console.log(o0 ());          // Prints "a".
console.log(o1 ());          // Prints "B".
console.log(o2 ());          // Prints "c".
console.log(o3 ());          // Prints undefined

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，如果接收方不存在屬性，則必須繼續(xù)查找原型鏈。鑒于元素是獨(dú)立的，例如我們不在 HiddenClass 上存儲(chǔ)有關(guān)當(dāng)前索引屬性的信息，因此我們需要一個(gè)名為 the_hole 的特殊值來(lái)標(biāo)記不存在的屬性。這對(duì)于數(shù)組非常重要。如果我們知道沒(méi)有空位，即元素存儲(chǔ)被打包，我們可以執(zhí)行本地操作，而不必浪費(fèi)在原型鏈上查找。

Fast 或 Dictionary 元素：元素上第二個(gè)主要的區(qū)別是它們是 fast 還是 dictionary 模式。fast 元素是簡(jiǎn)單的 VM 內(nèi)部數(shù)組，其中屬性索引映射到元素存儲(chǔ)中的索引。然而，對(duì)于只有少數(shù)條目被占用的非常大的 sparse/holey 數(shù)組，這幾乎是相當(dāng)浪費(fèi)的。在這種情況下，我們使用基于字典的表示形式來(lái)節(jié)省內(nèi)存，代價(jià)是訪問(wèn)速度稍慢：

const sparseArray =  ();
sparseArray9999 () = "foo"; // Creates an array with dictionary elements.

在這個(gè)例子中，使用 10k 條目分配一個(gè)完整的數(shù)組那是相當(dāng)浪費(fèi)的。而 V8 會(huì)創(chuàng)建一個(gè)字典，我們存儲(chǔ)一個(gè)鍵值描述符三元組。在這個(gè)例子中，鍵名會(huì)是 9999，鍵值為 “foo” 和默認(rèn)描述符。鑒于我們沒(méi)有辦法在 HiddenClass 上存儲(chǔ)描述符詳細(xì)信息，所以當(dāng)你使用自定義描述符定義索引屬性時(shí)，V8 將采用 slow 元素：

const array =  ();
Object.defineProperty(array, 0, {value: "fixed", configurable: false});
console.log(array0 ());      // Prints "fixed".
array0 () = "other value";   // Cannot override index 0.
console.log(array0 ());      // Still prints "fixed".

在這個(gè)例子中，我們?cè)跀?shù)組中添加了一個(gè)不可配置的屬性。該信息存儲(chǔ)在 slow 元素字典三元組的描述符部分中。重要的是要注意，對(duì)于具有 slow 元素的對(duì)象，Array 函數(shù)執(zhí)行的相當(dāng)慢。

Smi 和 Double 元素：對(duì)于 fast 元素，V8 中還有另一個(gè)重要區(qū)別。例如，如果只將數(shù)組中的整數(shù)存儲(chǔ)在一個(gè)常見(jiàn)的用例中，則 GC 不必查看數(shù)組，因?yàn)檎麛?shù)直接編碼為所謂的小整數(shù)（Smis）。另一個(gè)特殊情況是數(shù)組只包含 doubles。與 Smis 不同，浮點(diǎn)數(shù)通常表示為占據(jù)多個(gè)單詞的完整對(duì)象。然而，V8 存儲(chǔ)純雙數(shù)組的原始雙精度，以避免內(nèi)存和性能開(kāi)銷。以下示例列出了 Smis 和 double 元素的 4 個(gè)示例：

const a1 = 1,   2, 3 ();  // Smi Packed
const a2 = 1,    , 3 ();  // Smi Holey, a21 () reads from the prototype
const b1 = 1.1, 2, 3 ();  // Double Packed
const b2 = 1.1,  , 3 ();  // Double Holey, b21 () reads from the prototype

特殊元素：目前為止，我們涵蓋了 20 種不同元素中的 7 種。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們排除了 TpyedArrays 的 9 個(gè)元素類型，以及兩個(gè)用于字符串包裝，最后剩下兩個(gè)更特殊的元素種類的參數(shù)對(duì)象。

ElementsAccessor： 可以想象，我們并不是完全熱衷于在 C++ 中編寫(xiě)數(shù)組函數(shù) 20 次，對(duì)于每一個(gè)元素都是一樣。那就是展現(xiàn) C++ 魔法的時(shí)刻了，而不是一遍遍地實(shí)現(xiàn) Array 函數(shù)，我們構(gòu)建了 ElementsAccessor，只需要實(shí)現(xiàn)從后備存儲(chǔ)器訪問(wèn)元素的簡(jiǎn)單函數(shù)。ElementsAccessor 依賴于 CRTP 來(lái)創(chuàng)建每個(gè) Array 函數(shù)的專用版。因此，如果你在數(shù)組上調(diào)用 slice，V8 就會(huì)內(nèi)部調(diào)用 C++ 編寫(xiě)的內(nèi)建函數(shù)，并通過(guò) ElementsAccessor 調(diào)用該函數(shù)的專用版本：

從這一節(jié)開(kāi)始：

fast 和字典模式索引的屬性和元素

fast 屬性可以打包，也可以包含指示索引屬性已被刪除的空位。

元素專門針對(duì)其內(nèi)容來(lái)加快陣列功能并降低 GC 開(kāi)銷。

了解屬性的工作原理是 V8 中許多優(yōu)化的關(guān)鍵。對(duì)于 JavaScript 開(kāi)發(fā)者，許多內(nèi)部決策不是直接可見(jiàn)的，但它們解釋了為什么某些代碼模式比其他代碼模式更快。更改屬性或元素類型通常會(huì)導(dǎo)致 V8 創(chuàng)建一個(gè)不同的 HiddenClass，這可能導(dǎo)致類似污染，從而阻止 V8 生成最佳代碼。請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注 V8 的內(nèi)部虛擬機(jī)的工作原理。