本文深入探讨了JavaScript对象在V8引擎中的内存管理和优化策略，特别是在处理大规模数据时可能出现的性能和内存问题。
开发某JS应用时使用了一个较大的数据列表，在探究性能和内存过程中，观察到了反常的数据内存变化，从而引发了本文相关内容的研究。本文绝大部分对象设计和实现细节的内容和结论来自于V8的源码阅读、以及Chrome上的JS实验，如有错误欢迎指出纠正。
假设有100,000*100的数据存储在一个JSON文件中，表达形式是一个含10万个对象的数组，其中每个对象有相同的100个属性，属性名和属性值非常简单，比如{"a0":0, "a1":0,"a2":0...}。
JSON.parse加载此数据后，JS内存占用是42.6MB（所有Chrome内存汇报都已经过垃圾回收）。
arr.forEach((item) => { delete item[`a0`]; }))
删除一个属性，大家以为内存有会变化吗？刚开始我以为数据量没变内存变化不会太大，然而JS堆内存飙升到324MB，内存却增加近8倍，为什么？
你可能会发觉在这些特定的场景下，JS对象的存储结构发生了变化，事实确实如此。Chrome的内核是V8引擎，V8是如何设计JS对象，对象什么情况下会发生存储结构变化，如何避免和削弱负面影响，这是本文探讨的几个问题。
相关测试代码如下：
const data = [];
for (let i = 0; i < 100000; i++) { const obj = {};
for (let j = 0; j < 100; j++) { const propName = `a${j}`; const propValue = 0; obj[propName] = propValue; }
data.push(obj);}
const jsonString = JSON.stringify(data);
const fs = require('fs');fs.writeFileSync('data.json', jsonString);"en"> "UTF-8" /> "viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0" /> Document >点击 点击按钮执行 arr.forEach((item) => { delete item[`a0`]; })
var xhr = new XMLHttpRequest(); function createObject(data) { this["json"] = data; } var obj = new createObject(); xhr.onreadystatechange = function () { if (this.readyState == 4 && this.status == 200) { var data = JSON.parse(this.responseText); obj["json"] = data; } }; xhr.open("GET", "data.json", true); xhr.send();
const btn = document.getElementById("click"); btn.addEventListener("click", () => { obj.json.forEach((item) => { delete item[`a0`]; }); });
<html lang="en"> <head> <meta charset="UTF-8" /> <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0" /> <title>Documenttitle> head> <body> <button id="click">点击button> <div>点击按钮执行 arr.forEach((item) => { delete item[`a0`]; })div> <script> var xhr = new XMLHttpRequest(); function createObject(data) { this["json"] = data; } var obj = new createObject(); xhr.onreadystatechange = function () { if (this.readyState == 4 && this.status == 200) { var data = JSON.parse(this.responseText); obj["json"] = data; } }; xhr.open("GET", "data.json", true); xhr.send();
const btn = document.getElementById("click"); btn.addEventListener("click", () => { obj.json.forEach((item) => { delete item[`a0`]; }); });script> body>html>
JSObject最少会有三个指针，分别指向HiddenClass，Properties store和Elements store，V8中的Map在一些文章中也被叫做hidden class，本文出现的所有Map均指hidden class，简单来说Map用于描述对象的结构数据的。这里引用V8官方文档中的一张图。
V8 支持所谓的对象内属性(in-object properties)，这些属性直接存储在对象本身上。这些是 V8 中可用的最快属性，因为它们无需任何间接即可访问。对象内属性的数量由对象的初始大小预先确定，如果添加的属性数多于对象中的空间，则它们将存储在Properties store中，Properties store增加了一个间接级别，但可以独立增长。在对象中的数字属性({1 : "a", 2: "b"})称为排序属性，数字属性将存储在Elements store中，元素和属性存储在两个单独的数据结构中，这使得添加和访问属性或元素对于不同的使用模式更加高效。如图一个简单🌰：V8倾向于具有相同结构的对象共享相同Map，有很多对象具备相似属性结构，只是属性的数值不同，共享这些结构数据是一个节约存储的好方法，V8通过构建transition tree来实现这一点。每次添加新属性时，对象的 map 都会更改。V8 创建了一个将 map 链接在一起的transition tree。例如上图中将属性 “a” 添加到空对象时，V8 知道要采用哪个 map。此过渡树可确保以相同的顺序添加相同的属性时，最终会得到相同的最终 map。下面的示例显示，即使我们在两者之间添加简单的索引属性，我们也会遵循相同的转换树。但是，如果我们创建一个添加了不同属性的新对象，在本例中为属性 “d”，V8 会为新的 map 创建一个单独的分支。简单概述了 V8中对象的基本结构之后，下面让我们了解一下如何避免或消弱对象结构变化带来的负面影响👇👇👇。先划重点：要拥有最高的性能，尽量让对象处于快速模式这段测试代码很简单，声明两个对象fasetObject和slowObject，然后循环100次访问各自a、c两个属性。Ops/sec 表示测试结果以每秒钟执行测试代码的次数显示，这个数值是越大越好，可以看到图中fastObject比slowObject对象测试出来的Ops/sec大了很多。要解释这个现象，我们就要先了解 V8 对于 JavaScript 对象的两种访问模式：Fast Mode：将存储在线性属性存储中的属性定义为 “fast”。快速属性只需通过属性存储中的索引即可访问。要从属性名称到属性存储中的实际位置，必须查阅 map 上的描述符数组。Dictionary Mode：字典模式也称为哈希表模式，V8 使用哈希表来存储对象的属性。在这里给出上文中引子实验案例内存飙升的答案，内存飙升的原因就是Array中的10万个对象全部发生了fast到slow的模式转换，对象存储结构发生了变化。通过上面一段benchmark可以看出，fast与slow模式访问属性速度也有一定差距。从fast模式到slow模式的转换，一般两种情况一是属性总数太多，二是删除属性(主要由删除非最后添加属性造成)，有时候难以避免遇到慢对象，下面举几个慢对象转换为快对象的方法。- 当对象被设置成为一个函数（或对象）的原型时会从Dictionary Mode优化成为Fast Mode
/ node --allow-natives-syntax xxx.jsfunction toFastProperties(o) { function A() { this.x = 'x' } A.prototype = o; const a = new A(); function ic() { return typeof a.b; } ic(); ic(); return o;}
const o = {a:1,b:2};
console.log(%HasFastProperties(o)); delete o.a;console.log(%HasFastProperties(o)); toFastProperties(o);console.log(%HasFastProperties(o));
在设置对象为函数原型后，又进行了实例化和两次属性查询，感兴趣的可以看下V8系列中的 lnline Caches 或其它有关的博文。
- 使用JSON.stringify和JSON.parse解析对象
const o = {};for (let i = 0; i < 127; ++i) { o[`${i}i`] = i;}const json = JSON.stringify(o);const o1 = JSON.parse(json);
console.log(%DebugPrint(o1));console.log(%HasFastProperties(o1));
通过测试发现此方法最多可以解析127个属性的快对象并能共享map。
- 非必要不使用Object.create(null)创建对象
const x = Object.create(null);console.log(%HasFastProperties(x));
Object.create(null)创建出来的对象是Dictionary Mode，尽量不使用这种方式创建对象。在实践中场景是一个目录，使用的数据结构是一个长数组(3000左右元素)，每个元素对象有50个左右属性，其中有字符串、布尔值、嵌套数组等，下面介绍两种优化策略，并附上部分实验数据。贴一张优化前数组的内存图，每个元素占用1580字节。当一个对象被设为原型时，V8会对其进行优化，通过将对象设置为某种原型，能迁移慢对象到快速模式，在此模式下我们可以持续添加快速属性直到达到快属性数量的上限。通过此方法优化对象存储大小为220字节，相比优化前对象存储大小降低⬇️ 7倍。不过使用这种方法转换的对象属性不能保证共享map，同时由于被指定为原型，相比一般快速对象会略大一点点（部分相关引用对象新建），为了进一步降低数据内存，尽可能的让对象属性共享map。方法二：使用JSON.stringify和JSON.parse解析对象JSON.stringify/JSON.parse最多可以解析127个属性的快对象并能共享map, in-object属性数量越多我们能添加的快速属性就越多，实践中数组的每个元素50个属性，此方法可以适用，相关代码可见上文👆👆👆。使用这种方法优化后对象存储大小为208字节，相比优化前对象存储大小降低⬇️ 7.5倍。简单分析了V8中object的实现细节，对于 JavaScript 开发人员来说，V8其中许多内部决策并不直接可见，但它们解释了为什么某些代码模式比其他代码模式更快。更改属性或元素类型通常会导致 V8 创建不同的Map，这可能会导致类型污染，从而阻止 V8 生成最佳代码。探讨了部分有效同构对象内存优化思路，虽然文章结合实际案例给出了两个内存优化手段，可能大部分js开发者实践中未必会遭遇此类问题，如有遇到在实践中仍需要针对具体情景进行设计。有多少个属性，数据在使用时有添加和删除的场景吗，添加时可能会添加多少，删除的规则是什么，理解对象结构和转换逻辑才是学习优化的根本。参考资料
- Fast properties in V8 · V8：https://v8.dev/blog/fast-properties
- Elements kinds in V8 · V8：https://v8.dev/blog/elements-kinds
- Explaining JavaScript VMs in JavaScript - Inline Caches：https://mrale.ph/blog/2012/06/03/explaining-js-vms-in-js-inline-caches.html
- Understanding the size of an object in Chrome/V8：https://www.mattzeunert.com/2017/03/29/v8-object-size.html
- A tour of V8: object representation：https://jayconrod.com/posts/52/a-tour-of-v8-object-representation
