03 | 快属性和慢属性：V8是怎样提升对象属性访问速度的？

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你好，我是李兵。

在前面的课程中，我们介绍了JavaScript中的对象是由一组组属性和值的集合，从JavaScript语言的角度来看，JavaScript对象像一个字典，字符串作为键名，任意对象可以作为键值，可以通过键名读写键值。

然而在V8实现对象存储时，并没有完全采用字典的存储方式，这主要是出于性能的考量。因为字典是非线性的数据结构，查询效率会低于线性的数据结构，V8为了提升存储和查找效率，采用了一套复杂的存储策略。

今天这节课我们就来分析下V8采用了哪些策略提升了对象属性的访问速度。

常规属性(properties)和排序属性(element)

在开始之前，我们先来了解什么是对象中的常规属性和排序属性，你可以先参考下面这样一段代码：

function Foo() {
    this[100] = 'test-100'
    this[1] = 'test-1'
    this["B"] = 'bar-B'
    this[50] = 'test-50'
    this[9] =  'test-9'
    this[8] = 'test-8'
    this[3] = 'test-3'
    this[5] = 'test-5'
    this["A"] = 'bar-A'
    this["C"] = 'bar-C'
}
var bar = new Foo()
for(key in bar){
    console.log(`index:${key}  value:${bar[key]}`)
}

在上面这段代码中，我们利用构造函数Foo创建了一个bar对象，在构造函数中，我们给bar对象设置了很多属性，包括了数字属性和字符串属性，然后我们枚举出来了bar对象中所有的属性，并将其一一打印出来，下面就是执行这段代码所打印出来的结果：

index:1  value:test-1
index:3  value:test-3
index:5  value:test-5
index:8  value:test-8
index:9  value:test-9
index:50  value:test-50
index:100  value:test-100
index:B  value:bar-B
index:A  value:bar-A
index:C  value:bar-C

观察这段打印出来的数据，我们发现打印出来的属性顺序并不是我们设置的顺序，我们设置属性的时候是乱序设置的，比如开始先设置100，然后又设置了1，但是输出的内容却非常规律，总的来说体现在以下两点：

• 设置的数字属性被最先打印出来了，并且是按照数字大小的顺序打印的；
• 设置的字符串属性依然是按照之前的设置顺序打印的，比如我们是按照B、A、C的顺序设置的，打印出来依然是这个顺序。

之所以出现这样的结果，是因为在ECMAScript规范中定义了数字属性应该按照索引值大小升序排列，字符串属性根据创建时的顺序升序排列。

在这里我们把对象中的数字属性称为排序属性，在V8中被称为elements，字符串属性就被称为常规属性，在V8中被称为properties。

在V8内部，为了有效地提升存储和访问这两种属性的性能，分别使用了两个线性数据结构来分别保存排序属性和常规属性，具体结构如下图所示：

通过上图我们可以发现，bar对象包含了两个隐藏属性：elements属性和properties属性，elements属性指向了elements对象，在elements对象中，会按照顺序存放排序属性，properties属性则指向了properties对象，在properties对象中，会按照创建时的顺序保存了常规属性。

分解成这两种线性数据结构之后，如果执行索引操作，那么V8会先从elements属性中按照顺序读取所有的元素，然后再在properties属性中读取所有的元素，这样就完成一次索引操作。

快属性和慢属性

将不同的属性分别保存到elements属性和properties属性中，无疑简化了程序的复杂度，但是在查找元素时，却多了一步操作，比如执行 bar.B这个语句来查找B的属性值，那么在V8会先查找出properties属性所指向的对象properties，然后再在properties对象中查找B属性，这种方式在查找过程中增加了一步操作，因此会影响到元素的查找效率。

基于这个原因，V8采取了一个权衡的策略以加快查找属性的效率，这个策略是将部分常规属性直接存储到对象本身，我们把这称为对象内属性(in-object properties)。对象在内存中的展现形式你可以参看下图：

采用对象内属性之后，常规属性就被保存到bar对象本身了，这样当再次使用bar.B来查找B的属性值时，V8就可以直接从bar对象本身去获取该值就可以了，这种方式减少查找属性值的步骤，增加了查找效率。

不过对象内属性的数量是固定的，默认是10个，如果添加的属性超出了对象分配的空间，则它们将被保存在常规属性存储中。虽然属性存储多了一层间接层，但可以自由地扩容。

通常，我们将保存在线性数据结构中的属性称之为“快属性”，因为线性数据结构中只需要通过索引即可以访问到属性，虽然访问线性结构的速度快，但是如果从线性结构中添加或者删除大量的属性时，则执行效率会非常低，这主要因为会产生大量时间和内存开销。

因此，如果一个对象的属性过多时，V8就会采取另外一种存储策略，那就是“慢属性”策略，但慢属性的对象内部会有独立的非线性数据结构(词典)作为属性存储容器。所有的属性元信息不再是线性存储的，而是直接保存在属性字典中。

实践：在Chrome中查看对象布局

现在我们知道了V8是怎么存储对象的了，接下来我们来结合Chrome中的内存快照，来看看对象在内存中是如何布局的？

你可以打开Chrome开发者工具，先选择控制台标签，然后在控制台中执行以下代码查看内存快照：

function Foo(property_num,element_num) {
    //添加可索引属性
    for (let i = 0; i < element_num; i++) {
        this[i] = `element${i}`
    }
    //添加常规属性
    for (let i = 0; i < property_num; i++) {
        let ppt = `property${i}`
        this[ppt] = ppt
    }
}
var bar = new Foo(10,10)

上面我们创建了一个构造函数，可以利用该构造函数创建了新的对象，我给该构造函数设置了两个参数property_num、element_num，分别代表创建常规属性的个数和排序属性的个数，我们先将这两种类型的个数都设置为10个，然后利用该构造函数创建了一个新的bar对象。

创建了函数对象，接下来我们就来看看构造函数和对象在内存中的状态。你可以将Chrome开发者工具切换到Memory标签，然后点击左侧的小圆圈就可以捕获当前的内存快照，最终截图如下所示：

上图就是收集了当前内存快照的界面，要想查找我们刚才创建的对象，你可以在搜索框里面输入构造函数Foo，Chrome会列出所有经过构造函数Foo创建的对象，如下图所示：

观察上图，我们搜索出来了所有经过构造函数Foo创建的对象，点开Foo的那个下拉列表，第一个就是刚才创建的bar对象，我们可以看到bar对象有一个elements属性，这里面就包含我们创造的所有的排序属性，那么怎么没有常规属性对象呢？

这是因为只创建了10个常规属性，所以V8将这些常规属性直接做成了bar对象的对象内属性。

所以这时候的数据内存布局是这样的：

• 10个常规属性作为对象内属性，存放在bar函数内部；
• 10个排序属性存放在elements中。

接下来我们可以将创建的对象属性的个数调整到20个，你可以在控制台执行下面这段代码：

var bar2 = new Foo(20,10)

然后我们再重新生成内存快照，再来看看生成的图片：

我们可以看到，构造函数Foo下面已经有了两个对象了，其中一个bar，另外一个是bar2，我们点开第一个bar2对象，内容如下所示：

由于创建的常用属性超过了10个，所以另外10个常用属性就被保存到properties中了，注意因为properties中只有10个属性，所以依然是线性的数据结构，我们可以看其都是按照创建时的顺序来排列的。

所以这时候属性的内存布局是这样的：

• 10属性直接存放在bar2的对象内;
• 10个常规属性以线性数据结构的方式存放在properties属性里面;
• 10个数字属性存放在elements属性里面。

如果常用属性太多了，比如创建了100个，那么我们再来看看其内存分布，你可以执行下面这段代码：

var bar3 = new Foo(100,10)

然后以同样的方式打开bar3，查看其内存布局，最终如下图所示：

结合上图，我们可以看到，这时候的properties属性里面的数据并不是线性存储的，而是以非线性的字典形式存储的，所以这时候属性的内存布局是这样的：

• 10属性直接存放在bar3的对象内;
• 90个常规属性以非线性字典的这种数据结构方式存放在properties属性里面;
• 10个数字属性存放在elements属性里面。

其他属性

好了，现在我们知道V8是怎么存储对象的了，不过这里还有几个重要的隐藏属性我还没有介绍，下面我们就来简单地看下。你可以先看下图：

观察上图，除了elements和properties属性，V8还为每个对象实现了map属性和proto属性。proto属性就是原型，是用来实现JavaScript继承的，我们会在下一节来介绍；而map则是隐藏类，我们会在《15 | 隐藏类：如何在内存中快速查找对象属性？》这一节中介绍其工作机制。

总结

好了，本节的内容就介绍到这里，下面我来总结下本文的主要内容：

本文我们的主要目标是介绍V8内部是如何存储对象的，因为JavaScript中的对象是由一组组属性和值组成的，所以最简单的方式是使用一个字典来保存属性和值，但是由于字典是非线性结构，所以如果使用字典，读取效率会大大降低。

为了提升查找效率，V8在对象中添加了两个隐藏属性，排序属性和常规属性，element属性指向了elements对象，在elements对象中，会按照顺序存放排序属性。properties属性则指向了properties对象，在properties对象中，会按照创建时的顺序保存常规属性。

通过引入这两个属性，加速了V8查找属性的速度，为了更加进一步提升查找效率，V8还实现了内置内属性的策略，当常规属性少于一定数量时，V8就会将这些常规属性直接写进对象中，这样又节省了一个中间步骤。

但是如果对象中的属性过多时，或者存在反复添加或者删除属性的操作，那么V8就会将线性的存储模式降级为非线性的字典存储模式，这样虽然降低了查找速度，但是却提升了修改对象的属性的速度。

思考题

通常，我们不建议使用delete来删除属性，你能结合文中介绍的快属性和慢属性，给出不建议使用delete的原因吗？欢迎你在留言区与我分享讨论。

感谢你的阅读，如果你觉得这一讲的内容对你有所启发，也欢迎把它分享给你的朋友。