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JavaScript逻辑表达式的性能测试

2021-04-236.7k 阅读

JavaScript逻辑表达式基础回顾

在深入探讨JavaScript逻辑表达式的性能测试之前，我们先来回顾一下逻辑表达式的基础知识。JavaScript中有三种基本的逻辑运算符：逻辑与（&&）、逻辑或（||）和逻辑非（!）。

逻辑与（&&）

逻辑与运算符用于连接两个或多个表达式。只有当所有操作数都为真（在JavaScript中，除了false、0、""、null、undefined 和 NaN 之外的值都被视为真）时，整个逻辑与表达式才为真。其运算规则如下：

true && true // true
true && false // false
false && true // false
false && false // false

逻辑与运算符还有一个短路特性。当它从左到右计算操作数时，如果遇到一个为假的操作数，它将不再计算后续的操作数，直接返回这个假值。例如：

function first() {
    console.log('first function called');
    return false;
}
function second() {
    console.log('second function called');
    return true;
}
first() && second(); 
// 输出: first function called
// 这里second函数不会被调用，因为first函数返回false，逻辑与表达式短路

逻辑或（||）

逻辑或运算符连接的表达式中，只要有一个操作数为真，整个逻辑或表达式就为真。其运算规则如下：

true || true // true
true || false // true
false || true // true
false || false // false

逻辑或运算符同样具有短路特性。从左到右计算操作数，一旦遇到一个为真的操作数，就不再计算后续操作数，直接返回这个真值。例如：

function first() {
    console.log('first function called');
    return true;
}
function second() {
    console.log('second function called');
    return false;
}
first() || second(); 
// 输出: first function called
// 这里second函数不会被调用，因为first函数返回true，逻辑或表达式短路

逻辑非（!）

逻辑非运算符用于对单个表达式的布尔值进行取反。如果表达式的值为真，逻辑非运算后为假；如果表达式的值为假，逻辑非运算后为真。例如：

!true // false
!false // true
!0 // true
!1 // false

性能测试的重要性

在JavaScript开发中，尤其是在处理复杂业务逻辑或性能敏感的场景时，理解逻辑表达式的性能至关重要。虽然现代JavaScript引擎已经做了很多优化，但不同的逻辑表达式写法和使用场景仍可能导致性能上的差异。例如，在一个循环中频繁使用逻辑表达式进行条件判断，如果选择了性能较差的写法，可能会导致整个循环的执行效率大幅下降，进而影响应用程序的整体性能。性能测试可以帮助我们准确地了解不同逻辑表达式的执行效率，从而在编写代码时做出更优的选择。

性能测试工具介绍

console.time() 和 console.timeEnd()

这是JavaScript中最简单的性能测试工具。console.time() 方法用于开始一个计时器，console.timeEnd() 方法用于结束计时器并输出从开始到结束所经过的时间（单位为毫秒）。例如：

console.time('test');
// 要测试的逻辑表达式或代码块
for (let i = 0; i < 1000000; i++) {
    true && true;
}
console.timeEnd('test'); 
// 输出类似于: test: 0.123ms

Benchmark.js

Benchmark.js是一个功能强大的JavaScript基准测试框架。它可以帮助我们在不同环境下对各种代码片段进行准确的性能测试，并提供详细的测试结果分析。首先，我们需要通过npm安装Benchmark.js：

npm install benchmark

然后，我们可以使用以下方式进行测试：

const Benchmark = require('benchmark');
const suite = new Benchmark.Suite;

// 添加测试用例
suite
.add('true && true', function() {
    true && true;
})
.add('true || false', function() {
    true || false;
})
// 每个测试用例运行完成后执行
.on('cycle', function(event) {
    console.log(String(event.target));
})
// 所有测试用例运行完成后执行
.on('complete', function() {
    console.log('Fastest is'+ this.filter('fastest').map('name'));
})
// 运行测试
.run({ 'async': true });

上述代码定义了两个测试用例，分别测试逻辑与和逻辑或表达式的性能。运行后，会输出每个测试用例的运行结果和最快的测试用例。

逻辑表达式性能测试场景与结果分析

简单逻辑表达式测试

我们先从简单的逻辑表达式测试开始，即测试基本的逻辑与、逻辑或和逻辑非表达式在不同引擎下的性能。

逻辑与（&&）性能测试

// 使用console.time和console.timeEnd测试逻辑与
console.time('andTest');
for (let i = 0; i < 1000000; i++) {
    true && true;
}
console.timeEnd('andTest'); 

// 使用Benchmark.js测试逻辑与
const Benchmark = require('benchmark');
const suite = new Benchmark.Suite;
suite
.add('true && true', function() {
    true && true;
})
.on('cycle', function(event) {
    console.log(String(event.target));
})
.on('complete', function() {
    console.log('Fastest is'+ this.filter('fastest').map('name'));
})
.run({ 'async': true });

在现代JavaScript引擎中，简单的逻辑与表达式（如true && true）执行速度非常快，因为引擎可以对这种简单的常量表达式进行优化。无论是使用console.time还是Benchmark.js，多次测试的结果都显示执行时间极短，通常在1毫秒以内。

逻辑或（||）性能测试

// 使用console.time和console.timeEnd测试逻辑或
console.time('orTest');
for (let i = 0; i < 1000000; i++) {
    true || false;
}
console.timeEnd('orTest'); 

// 使用Benchmark.js测试逻辑或
const Benchmark = require('benchmark');
const suite = new Benchmark.Suite;
suite
.add('true || false', function() {
    true || false;
})
.on('cycle', function(event) {
    console.log(String(event.target));
})
.on('complete', function() {
    console.log('Fastest is'+ this.filter('fastest').map('name'));
})
.run({ 'async': true });

同样，简单的逻辑或表达式（如true || false）在现代JavaScript引擎中也执行得很快。测试结果与逻辑与类似，执行时间在极短的范围内，这是因为引擎同样可以对这种简单的常量表达式进行优化。

逻辑非（!）性能测试

// 使用console.time和console.timeEnd测试逻辑非
console.time('notTest');
for (let i = 0; i < 1000000; i++) {
   !true;
}
console.timeEnd('notTest'); 

// 使用Benchmark.js测试逻辑非
const Benchmark = require('benchmark');
const suite = new Benchmark.Suite;
suite
.add('!true', function() {
   !true;
})
.on('cycle', function(event) {
    console.log(String(event.target));
})
.on('complete', function() {
    console.log('Fastest is'+ this.filter('fastest').map('name'));
})
.run({ 'async': true });

逻辑非表达式（如!true）的性能也非常高。在简单常量的情况下，引擎可以快速进行布尔值的取反操作，测试结果显示执行时间同样极短。

复杂逻辑表达式测试

包含函数调用的逻辑表达式

当逻辑表达式中包含函数调用时，情况会变得更加复杂，因为函数调用本身会带来一定的性能开销，而且逻辑表达式的短路特性也会影响函数的调用次数。

function slowFunction() {
    let sum = 0;
    for (let i = 0; i < 1000; i++) {
        sum += i;
    }
    return true;
}

// 逻辑与中包含函数调用
console.time('andFunctionTest');
for (let i = 0; i < 10000; i++) {
    true && slowFunction();
}
console.timeEnd('andFunctionTest'); 

// 逻辑或中包含函数调用
console.time('orFunctionTest');
for (let i = 0; i < 10000; i++) {
    false || slowFunction();
}
console.timeEnd('orFunctionTest');

在上述代码中，slowFunction是一个模拟的耗时函数。在逻辑与表达式true && slowFunction()中，由于第一个操作数为true，slowFunction会被调用。而在逻辑或表达式false || slowFunction()中，由于第一个操作数为false，slowFunction也会被调用。通过测试可以发现，由于slowFunction的执行开销较大，包含它的逻辑表达式执行时间明显增加。同时，我们可以利用逻辑表达式的短路特性来优化性能。例如，如果在逻辑与表达式中第一个操作数可能为false，我们可以将其放在前面，这样当它为false时，后面的slowFunction就不会被调用，从而提高性能。

多个逻辑表达式组合

当多个逻辑表达式组合在一起时，性能也会受到影响。例如：

// 多个逻辑与组合
console.time('multiAndTest');
for (let i = 0; i < 10000; i++) {
    true && true && true && true && true;
}
console.timeEnd('multiAndTest'); 

// 多个逻辑或组合
console.time('multiOrTest');
for (let i = 0; i < 10000; i++) {
    true || true || true || true || true;
}
console.timeEnd('multiOrTest'); 

// 逻辑与和逻辑或混合组合
console.time('mixTest');
for (let i = 0; i < 10000; i++) {
    (true && true) || (false && true);
}
console.timeEnd('mixTest');

在多个逻辑与或逻辑或组合的情况下，由于引擎可以对连续的相同逻辑运算符进行一定的优化，执行时间虽然会随着操作数的增加而增加，但增加的幅度相对较小。而在逻辑与和逻辑或混合组合的情况下，性能会受到不同逻辑运算符短路特性和计算顺序的影响。测试结果表明，混合组合的性能通常介于多个逻辑与和多个逻辑或组合之间，但具体性能还取决于表达式的具体内容和引擎的优化策略。

逻辑表达式在不同数据类型下的性能

JavaScript是一种动态类型语言，逻辑表达式在不同数据类型上的表现也会影响性能。

布尔类型

如前面的测试所示，逻辑表达式在布尔类型数据上执行速度非常快，因为布尔类型的判断最为直接，引擎可以进行高效的优化。

数值类型

当逻辑表达式涉及数值类型时，会先将数值类型转换为布尔类型再进行逻辑运算。例如：

// 数值类型的逻辑与
console.time('numberAndTest');
for (let i = 0; i < 10000; i++) {
    1 && 2;
}
console.timeEnd('numberAndTest'); 

// 数值类型的逻辑或
console.time('numberOrTest');
for (let i = 0; i < 10000; i++) {
    0 || 1;
}
console.timeEnd('numberOrTest');

在上述代码中，数值1被视为true，数值0被视为false。由于数值到布尔值的转换是一个相对简单的操作，因此逻辑表达式在数值类型上的性能与布尔类型相近，但会略微慢一些，因为多了类型转换的步骤。

字符串类型

字符串类型在逻辑表达式中的处理与数值类型类似，也需要先转换为布尔值。非空字符串被视为true，空字符串被视为false。

// 字符串类型的逻辑与
console.time('stringAndTest');
for (let i = 0; i < 10000; i++) {
    'hello' && 'world';
}
console.timeEnd('stringAndTest'); 

// 字符串类型的逻辑或
console.time('stringOrTest');
for (let i = 0; i < 10000; i++) {
    '' || 'hello';
}
console.timeEnd('stringOrTest');

字符串类型的逻辑表达式性能会比布尔类型和数值类型稍慢，因为字符串的类型转换相对复杂一些，需要检查字符串是否为空等操作。

对象类型

对象类型在逻辑表达式中，除了null和undefined被视为false，其他对象都被视为true。

// 对象类型的逻辑与
console.time('objectAndTest');
for (let i = 0; i < 10000; i++) {
    ({}) && ({name: 'John'});
}
console.timeEnd('objectAndTest'); 

// 对象类型的逻辑或
console.time('objectOrTest');
for (let i = 0; i < 10000; i++) {
    null || ({name: 'Jane'});
}
console.timeEnd('objectOrTest');

对象类型的逻辑表达式性能相对较低，因为对象的创建和判断涉及更多的内存操作和类型检查。特别是当对象较大或复杂时，逻辑表达式的执行时间会明显增加。

影响逻辑表达式性能的因素

引擎优化

不同的JavaScript引擎（如V8、SpiderMonkey等）对逻辑表达式的优化程度不同。现代引擎通常会对简单的逻辑表达式（如常量表达式）进行内联优化，将其直接替换为结果，从而避免运行时的逻辑计算。例如，对于true && true，引擎可能会在编译阶段就将其替换为true。同时，引擎也会对逻辑表达式的短路特性进行优化，以减少不必要的计算。例如，在false && someFunction()中，引擎会直接跳过someFunction的调用。

表达式复杂度

逻辑表达式的复杂度越高，性能越低。复杂度包括表达式中操作数的数量、是否包含函数调用、是否有嵌套的逻辑表达式等。例如，(true && false) || (false && (true || false))这样复杂的表达式，其执行时间会比简单的true && false长很多。因为复杂表达式需要更多的解析、计算和判断步骤。

数据类型

如前面所分析的，不同的数据类型在逻辑表达式中的性能表现不同。简单的数据类型（如布尔类型）性能较高，而复杂的数据类型（如对象类型）性能较低。这是因为复杂数据类型在进行逻辑运算时，需要更多的类型转换和内存操作。

上下文环境

逻辑表达式所处的上下文环境也会影响性能。例如，在一个频繁执行的循环中使用逻辑表达式，由于循环的重复执行，逻辑表达式的性能影响会被放大。而在一次性执行的代码块中，逻辑表达式的性能影响相对较小。另外，如果逻辑表达式在闭包环境中，由于闭包的特性，可能会增加额外的性能开销。

优化逻辑表达式性能的建议

利用短路特性

充分利用逻辑与和逻辑或的短路特性。在逻辑与表达式中，将可能为false的操作数放在前面；在逻辑或表达式中，将可能为true的操作数放在前面。这样可以避免不必要的函数调用或复杂表达式的计算，从而提高性能。例如：

function expensiveFunction() {
    // 复杂计算
    return true;
}
let condition1 = false;
let condition2 = true;
// 优化前
expensiveFunction() && condition2;
// 优化后
condition1 && expensiveFunction();

简化表达式

尽量简化逻辑表达式，减少操作数的数量和表达式的嵌套深度。将复杂的逻辑表达式拆分成多个简单的表达式，不仅可以提高代码的可读性，还能提升性能。例如：

// 复杂表达式
let result1 = (a && b) || (c && (d || e));
// 简化后
let temp1 = a && b;
let temp2 = c && (d || e);
let result2 = temp1 || temp2;

注意数据类型

在编写逻辑表达式时，尽量使用简单的数据类型，避免不必要的类型转换。如果可能，提前将复杂数据类型转换为简单数据类型，以提高逻辑表达式的执行效率。例如，如果需要对对象进行逻辑判断，可以先检查对象是否为null或undefined，避免直接在逻辑表达式中使用复杂对象。

避免在循环中进行复杂计算

如果逻辑表达式包含复杂的计算或函数调用，尽量避免在循环中使用。可以将这些计算提前进行，将结果存储起来，然后在循环中使用存储的结果进行逻辑判断。例如：

// 未优化
for (let i = 0; i < 1000; i++) {
    let result = expensiveCalculation() && someCondition;
    // 使用result
}
// 优化
let preCalculated = expensiveCalculation();
for (let i = 0; i < 1000; i++) {
    let result = preCalculated && someCondition;
    // 使用result
}

通过对JavaScript逻辑表达式的性能测试和分析，我们可以更好地了解不同逻辑表达式在不同场景下的性能表现，从而在编写代码时做出更合理的选择，提高JavaScript应用程序的整体性能。