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JavaScript操作符的性能测试

2021-09-103.8k 阅读

1. 简介

在JavaScript开发中，操作符是构建表达式和执行各种操作的基础元素。不同的操作符在性能上可能存在差异，了解这些差异对于优化代码性能至关重要。本文将深入探讨JavaScript中各类操作符的性能，并通过实际的性能测试来展示其表现。

2. 测试环境与工具

为了确保测试结果的准确性和可重复性，我们选择了以下测试环境和工具：

  • 测试环境：
    • 操作系统：Windows 10 64位
    • 浏览器：Chrome 90.0.4430.93（可根据实际情况更换，但需注意不同浏览器对JavaScript的实现略有不同，可能影响测试结果）
    • Node.js版本：v14.17.0（如果进行Node.js环境下的测试）
  • 测试工具：
    • Benchmark.js：这是一个常用的JavaScript基准测试框架，它提供了简单易用的API来进行性能测试。可以通过npm安装：npm install benchmark。
    • console.time() 和 console.timeEnd()：这是JavaScript内置的用于测量代码段执行时间的方法，在一些简单场景下也很实用。

3. 算术操作符性能测试

3.1 加法操作符（+）

加法操作符在JavaScript中用于数字相加，也用于字符串拼接。当用于数字相加时，其性能通常是非常高效的。

// 使用Benchmark.js测试数字相加性能
const Benchmark = require('benchmark');
const suite = new Benchmark.Suite;

suite
.add('数字相加', function() {
    let a = 10;
    let b = 20;
    let result = a + b;
})
.on('cycle', function(event) {
    console.log(String(event.target));
})
.on('complete', function() {
    console.log('Fastest is'+ this.filter('fastest').map('name'));
})
.run({ 'async': true });

当用于字符串拼接时，性能则会因拼接方式的不同而有所变化。传统的+号字符串拼接在多次拼接时性能较差，因为每次拼接都会创建一个新的字符串对象。

// 使用console.time和console.timeEnd测试字符串拼接性能
console.time('字符串拼接');
let str = '';
for (let i = 0; i < 1000; i++) {
    str += 'a';
}
console.timeEnd('字符串拼接');

3.2 减法操作符（-）、乘法操作符（*）、除法操作符（/）

减法、乘法和除法操作符主要用于数字运算。它们在处理基本数字类型时，性能都比较稳定且高效。

// 使用Benchmark.js测试乘法操作符性能
const Benchmark = require('benchmark');
const suite = new Benchmark.Suite;

suite
.add('数字乘法', function() {
    let a = 10;
    let b = 20;
    let result = a * b;
})
.on('cycle', function(event) {
    console.log(String(event.target));
})
.on('complete', function() {
    console.log('Fastest is'+ this.filter('fastest').map('name'));
})
.run({ 'async': true });

这些操作符在现代JavaScript引擎的优化下，对于常规的数字计算几乎不会成为性能瓶颈。

4. 赋值操作符性能测试

4.1 简单赋值操作符（=）

简单赋值操作符用于将一个值赋给一个变量。在JavaScript中，这个操作的性能非常高，因为它本质上只是在内存中创建一个变量引用并指向对应的值。

// 使用console.time和console.timeEnd测试简单赋值操作符性能
console.time('简单赋值');
let num = 10;
console.timeEnd('简单赋值');

4.2 复合赋值操作符（+=、-=、*=、/= 等）

复合赋值操作符在进行运算的同时完成赋值操作。例如a += b等价于a = a + b。从性能角度看，复合赋值操作符与对应的分步操作在现代JavaScript引擎下性能差异极小。

// 使用Benchmark.js测试复合赋值操作符性能
const Benchmark = require('benchmark');
const suite = new Benchmark.Suite;

suite
.add('复合加法赋值', function() {
    let a = 10;
    let b = 20;
    a += b;
})
.add('分步加法赋值', function() {
    let a = 10;
    let b = 20;
    a = a + b;
})
.on('cycle', function(event) {
    console.log(String(event.target));
})
.on('complete', function() {
    console.log('Fastest is'+ this.filter('fastest').map('name'));
})
.run({ 'async': true });

测试结果通常显示复合赋值操作符和分步赋值操作符在性能上几乎没有区别，这是因为JavaScript引擎对这类操作进行了高度优化。

5. 比较操作符性能测试

5.1 相等操作符（== 和 ===）

  • ==：宽松相等操作符会在比较前进行类型转换，这可能导致性能开销。例如，当比较数字和字符串时，它会尝试将字符串转换为数字再进行比较。
// 使用console.time和console.timeEnd测试宽松相等操作符性能
console.time('宽松相等比较');
let num = 10;
let str = '10';
let result = num == str;
console.timeEnd('宽松相等比较');
  • ===：严格相等操作符不会进行类型转换，只有在类型和值都相等时才返回true。在大多数情况下，严格相等操作符的性能优于宽松相等操作符，因为它避免了类型转换的开销。
// 使用console.time和console.timeEnd测试严格相等操作符性能
console.time('严格相等比较');
let num = 10;
let str = '10';
let result = num === str;
console.timeEnd('严格相等比较');

5.2 大于（>）、小于（<）、大于等于（>=）、小于等于（<=）操作符

这些比较操作符在处理数字类型时性能高效。但在比较不同类型的值时，JavaScript引擎可能需要进行类型转换，这可能会带来一定的性能影响。例如，比较数字和字符串时，会将字符串转换为数字再进行比较。

// 使用Benchmark.js测试大于操作符性能
const Benchmark = require('benchmark');
const suite = new Benchmark.Suite;

suite
.add('数字大于比较', function() {
    let a = 10;
    let b = 20;
    let result = a < b;
})
.on('cycle', function(event) {
    console.log(String(event.target));
})
.on('complete', function() {
    console.log('Fastest is'+ this.filter('fastest').map('name'));
})
.run({ 'async': true });

6. 逻辑操作符性能测试

6.1 逻辑与操作符（&&）

逻辑与操作符具有短路特性，即如果第一个操作数为false，则不会计算第二个操作数。这在某些情况下可以提高性能。例如，当进行条件判断并且条件中的某个表达式可能比较耗时，但在某些情况下不需要执行时，利用短路特性可以避免不必要的计算。

function expensiveFunction() {
    console.log('执行了昂贵的函数');
    return true;
}

// 使用console.time和console.timeEnd测试逻辑与操作符性能
console.time('逻辑与操作');
let condition1 = false;
let condition2 = expensiveFunction();
let result = condition1 && condition2;
console.timeEnd('逻辑与操作');

在上述例子中，由于condition1为false，expensiveFunction不会被执行，从而节省了性能。

6.2 逻辑或操作符（||）

逻辑或操作符同样具有短路特性。如果第一个操作数为true，则不会计算第二个操作数。这在进行默认值设置等场景中很有用。

function expensiveFunction() {
    console.log('执行了昂贵的函数');
    return true;
}

// 使用console.time和console.timeEnd测试逻辑或操作符性能
console.time('逻辑或操作');
let condition1 = true;
let condition2 = expensiveFunction();
let result = condition1 || condition2;
console.timeEnd('逻辑或操作');

这里由于condition1为true，expensiveFunction不会被执行。

6.3 逻辑非操作符（!）

逻辑非操作符用于对一个值进行取反操作。它的性能通常非常高，因为它只涉及简单的布尔值转换。

// 使用console.time和console.timeEnd测试逻辑非操作符性能
console.time('逻辑非操作');
let value = true;
let result =!value;
console.timeEnd('逻辑非操作');

7. 位操作符性能测试

7.1 按位与操作符（&）

按位与操作符对两个操作数的每一位进行与运算。它在处理二进制数据或者需要进行掩码操作时很有用。在JavaScript中，由于其操作是基于底层的二进制表示，性能相对较高。

// 使用Benchmark.js测试按位与操作符性能
const Benchmark = require('benchmark');
const suite = new Benchmark.Suite;

suite
.add('按位与操作', function() {
    let a = 5; // 二进制 0101
    let b = 3; // 二进制 0011
    let result = a & b; // 二进制 0001
})
.on('cycle', function(event) {
    console.log(String(event.target));
})
.on('complete', function() {
    console.log('Fastest is'+ this.filter('fastest').map('name'));
})
.run({ 'async': true });

7.2 按位或操作符（|）

按位或操作符对两个操作数的每一位进行或运算。它同样在处理二进制相关操作时性能良好。

// 使用Benchmark.js测试按位或操作符性能
const Benchmark = require('benchmark');
const suite = new Benchmark.Suite;

suite
.add('按位或操作', function() {
    let a = 5; // 二进制 0101
    let b = 3; // 二进制 0011
    let result = a | b; // 二进制 0111
})
.on('cycle', function(event) {
    console.log(String(event.target));
})
.on('complete', function() {
    console.log('Fastest is'+ this.filter('fastest').map('name'));
})
.run({ 'async': true });

7.3 按位异或操作符（^）

按位异或操作符对两个操作数的每一位进行异或运算（相同为0，不同为1）。它在数据加密、校验等场景中有一定应用，性能也较为可观。

// 使用Benchmark.js测试按位异或操作符性能
const Benchmark = require('benchmark');
const suite = new Benchmark.Suite;

suite
.add('按位异或操作', function() {
    let a = 5; // 二进制 0101
    let b = 3; // 二进制 0011
    let result = a ^ b; // 二进制 0110
})
.on('cycle', function(event) {
    console.log(String(event.target));
})
.on('complete', function() {
    console.log('Fastest is'+ this.filter('fastest').map('name'));
})
.run({ 'async': true });

7.4 按位非操作符（~）

按位非操作符对操作数的每一位进行取反操作。它在一些需要利用二进制补码特性的算法中有应用，性能方面也表现不错。

// 使用Benchmark.js测试按位非操作符性能
const Benchmark = require('benchmark');
const suite = new Benchmark.Suite;

suite
.add('按位非操作', function() {
    let a = 5; // 二进制 0101
    let result = ~a; // 二进制 1010
})
.on('cycle', function(event) {
    console.log(String(event.target));
})
.on('complete', function() {
    console.log('Fastest is'+ this.filter('fastest').map('name'));
})
.run({ 'async': true });

7.5 左移操作符（<<）和右移操作符（>>）

  • 左移操作符（<<）：将一个数的二进制表示向左移动指定的位数，右边用0填充。它在处理需要快速乘以2的幂次方的场景中很有用，性能较高。
// 使用Benchmark.js测试左移操作符性能
const Benchmark = require('benchmark');
const suite = new Benchmark.Suite;

suite
.add('左移操作', function() {
    let a = 5; // 二进制 0101
    let result = a << 2; // 二进制 010100
})
.on('cycle', function(event) {
    console.log(String(event.target));
})
.on('complete', function() {
    console.log('Fastest is'+ this.filter('fastest').map('name'));
})
.run({ 'async': true });
  • 右移操作符（>>）：将一个数的二进制表示向右移动指定的位数，左边用符号位填充（保持符号不变）。它在处理需要快速除以2的幂次方的场景中有应用，性能也较为理想。
// 使用Benchmark.js测试右移操作符性能
const Benchmark = require('benchmark');
const suite = new Benchmark.Suite;

suite
.add('右移操作', function() {
    let a = 5; // 二进制 0101
    let result = a >> 1; // 二进制 0010
})
.on('cycle', function(event) {
    console.log(String(event.target));
})
.on('complete', function() {
    console.log('Fastest is'+ this.filter('fastest').map('name'));
})
.run({ 'async': true });

8. 三元操作符性能测试

三元操作符（condition? value1 : value2）是一种简洁的条件表达式。在性能方面，它通常与传统的if - else语句相当。在现代JavaScript引擎中，两者的性能差异极小。

// 使用Benchmark.js测试三元操作符与if - else性能
const Benchmark = require('benchmark');
const suite = new Benchmark.Suite;

suite
.add('三元操作符', function() {
    let condition = true;
    let result = condition? 'true value' : 'false value';
})
.add('if - else语句', function() {
    let condition = true;
    let result;
    if (condition) {
        result = 'true value';
    } else {
        result = 'false value';
    }
})
.on('cycle', function(event) {
    console.log(String(event.target));
})
.on('complete', function() {
    console.log('Fastest is'+ this.filter('fastest').map('name'));
})
.run({ 'async': true });

测试结果表明，在大多数情况下，三元操作符和if - else语句在性能上没有明显差异，选择使用哪种方式更多取决于代码的可读性和简洁性。

9. 其他操作符性能测试

9.1 逗号操作符（,）

逗号操作符用于在一个表达式中分隔多个子表达式，并返回最后一个子表达式的值。它的性能开销通常非常小，因为它主要是一种语法结构，用于将多个表达式组合在一起。

// 使用console.time和console.timeEnd测试逗号操作符性能
console.time('逗号操作符');
let a = 1, b = 2, c = 3;
let result = (a + b, b + c);
console.timeEnd('逗号操作符');

9.2 点操作符（.）和方括号操作符（[]）

  • 点操作符（.）：用于访问对象的属性，它的性能相对较高，因为在编译阶段JavaScript引擎可以确定属性的名称，从而进行优化。
// 使用Benchmark.js测试点操作符性能
const Benchmark = require('benchmark');
const suite = new Benchmark.Suite;

let obj = {
    property: 'value'
};

suite
.add('点操作符访问属性', function() {
    let result = obj.property;
})
.on('cycle', function(event) {
    console.log(String(event.target));
})
.on('complete', function() {
    console.log('Fastest is'+ this.filter('fastest').map('name'));
})
.run({ 'async': true });
  • 方括号操作符（[]）：可以通过变量动态访问对象的属性。虽然它提供了更大的灵活性，但性能略低于点操作符，因为在运行时才能确定属性的名称。
// 使用Benchmark.js测试方括号操作符性能
const Benchmark = require('benchmark');
const suite = new Benchmark.Suite;

let obj = {
    property: 'value'
};
let propName = 'property';

suite
.add('方括号操作符访问属性', function() {
    let result = obj[propName];
})
.on('cycle', function(event) {
    console.log(String(event.target));
})
.on('complete', function() {
    console.log('Fastest is'+ this.filter('fastest').map('name'));
})
.run({ 'async': true });

9.3 delete操作符

delete操作符用于删除对象的属性。在性能方面，它的开销相对较大，因为它不仅要从对象中移除属性，还可能影响对象的内部结构和垃圾回收机制。

// 使用console.time和console.timeEnd测试delete操作符性能
console.time('delete操作符');
let obj = {
    property: 'value'
};
delete obj.property;
console.timeEnd('delete操作符');

尽量避免在性能敏感的代码段中频繁使用delete操作符，可以通过其他方式来模拟属性的“删除”，例如将属性值设置为undefined。

10. 操作符性能优化建议

  • 避免不必要的类型转换：如尽量使用严格相等操作符===，避免宽松相等操作符==带来的类型转换开销。在进行比较操作前，确保操作数类型一致。
  • 利用短路特性：对于逻辑与（&&）和逻辑或（||）操作符，合理利用其短路特性，将可能为false（对于&&）或true（对于||）的表达式放在前面，以避免不必要的计算。
  • 选择合适的字符串拼接方式：对于多次字符串拼接，使用Array.join方法比+号拼接性能更好。例如：
let parts = [];
for (let i = 0; i < 1000; i++) {
    parts.push('a');
}
let result = parts.join('');
  • 谨慎使用delete操作符：如前文所述，delete操作符性能开销较大，尽量通过其他方式替代，如设置属性值为undefined。
  • 根据场景选择操作符：在需要动态访问对象属性时使用方括号操作符[]，在属性名称固定时使用点操作符.，以获得更好的性能。

通过对JavaScript操作符性能的深入了解和测试，开发者可以在编写代码时做出更明智的选择，从而优化代码性能，提高应用程序的响应速度和用户体验。在实际开发中，应根据具体的业务场景和性能需求，灵活运用各种操作符，并结合性能测试工具不断优化代码。同时，需要注意不同JavaScript引擎对操作符的实现和优化可能存在差异，在进行性能优化时应在多种环境下进行测试。