问题

JavaScript 有必要缓存 for 循环中的 Array.length 吗?

回答
在 JavaScript 中,对于 `for` 循环中的 `array.length` 进行缓存,究竟有没有必要?这是一个在许多 JavaScript 开发者中都存在讨论的话题,尤其是在追求极致性能的场景下。要弄清楚这个问题,我们需要深入理解 JavaScript 引擎如何处理数组以及循环的执行过程。

传统观念中的“优化”

很多开发者可能从一些早期关于 JavaScript 性能优化的文章或书籍中看到过这样的建议:

```javascript
for (let i = 0; i < myArray.length; i++) {
// ... 使用 myArray[i]
}
```

被改写成:

```javascript
let len = myArray.length;
for (let i = 0; i < len; i++) {
// ... 使用 myArray[i]
}
```

这种优化的核心思想是,在每次循环迭代时,访问 `myArray.length` 这个属性可能需要一点额外的时间,而如果将长度缓存到一个变量中,就可以避免这个重复的属性查找操作,从而提高循环的效率。

现代 JavaScript 引擎的现状

然而,随着 V8(Chrome 和 Node.js 使用的 JavaScript 引擎)等现代 JavaScript 引擎的不断发展和优化,情况已经发生了显著变化。现代引擎非常智能,它们会进行大量的“即时编译”(JustInTime Compilation,JIT)。这意味着引擎会在代码运行时分析代码,并根据上下文进行高度优化。

对于 `for` 循环中的 `array.length` 属性访问,现代引擎通常会这样做:

1. 识别循环模式: 引擎能够识别出这是一个标准的 `for` 循环,并且循环条件是基于数组长度的。
2. 内联优化: 在编译过程中,引擎很可能将 `myArray.length` 的值“内联”到循环的条件判断中。也就是说,引擎会在编译时(或稍后运行时,通过 JIT)就已经知道这个数组的长度是多少,并直接使用这个值进行比较,而不再需要在每次循环迭代时去“查找”这个属性。
3. 数组长度的稳定性: 对于大多数情况,数组的长度在循环执行过程中是不会改变的。引擎可以确信这一点,因此可以安全地进行优化。

那么,缓存 `array.length` 还有用吗?

在大多数现代 JavaScript 环境下,显式地缓存 `array.length` 带来的性能提升几乎可以忽略不计,甚至可能因为引入额外的变量和赋值操作而适得其反。

你可以想象一下,当引擎看到 `for (let i = 0; i < myArray.length; i++)` 时,它内部的优化器会把它看作一个非常标准、容易优化的模式。它会“理解”你的意图,并且在内部生成最高效的机器码来执行这个循环。相比之下,你手动创建一个 `len` 变量,虽然本身开销很小,但对于一个已经非常智能的优化器来说,这并不算是一个“关键”的优化点。

什么时候缓存可能“有那么一点点”意义?(极少见的情况)

虽然不推荐,但我们可以设想一些非常极端且罕见的情况,在这种情况下,缓存可能会有一丝理论上的优势:

非常非常大的数组: 即使如此,现代引擎对属性访问的优化也做得很好。
在循环过程中,数组长度会动态改变,并且你需要在同一个循环中基于“改变前”的长度进行多次操作,而不是更新长度: 这种情况非常罕见,并且通常会导致代码逻辑混乱。如果你确实需要这样做,缓存可以帮助你锁定循环开始时的长度。例如:

```javascript
let items = [1, 2, 3, 4, 5];
let len = items.length; // 缓存初始长度 5

for (let i = 0; i < len; i++) {
// ... 使用 items[i]
// 假设在这里 items.push(6) 导致长度变为 6
// 但循环仍然只会在 i < 5 的时候结束
}
```
在这种情况下,缓存 `len` 确保了循环只迭代原始的 5 次,即使数组长度在循环内部发生了变化。但是,如果你的本意就是让循环在数组长度改变时也相应调整,那么缓存反而会破坏你的逻辑。

更重要的关注点:可读性与维护性

在现代 JavaScript 开发中,代码的可读性和维护性往往比微不足道的性能优化更重要。

原始写法 (`myArray.length`): 更直接、更清晰地表达了循环的意图——遍历到数组的末尾。任何看到这段代码的开发者都能立刻理解。
缓存写法 (`let len = myArray.length; ... i < len`): 引入了一个额外的变量,虽然含义明确,但稍微增加了一点点代码量,而且对于不了解这种“旧式优化”的人来说,可能会觉得这是多余的。

总结

总而言之,对于绝大多数 JavaScript 项目,在 `for` 循环中缓存 `array.length` 是没有必要且多余的。 现代 JavaScript 引擎的优化能力足以处理好这种常见的模式。过早或不必要的优化,尤其是那些基于过时信息的优化,反而可能损害代码的可读性和维护性。

将精力放在更高级的优化上,例如算法的选择、数据结构的合理使用、避免不必要的 DOM 操作(在前端开发中),或者使用更高效的循环结构(如 `for...of`,如果适用),会比纠结于 `array.length` 的缓存更有价值。

如果你确实遇到了性能瓶颈,并且经过专业的性能分析工具(如 Chrome DevTools 的 Performance 面板)证明 `array.length` 的访问是瓶颈所在(这几乎不可能),那么再考虑这种微小的优化也不迟。但在那之前,保持代码的简洁和易于理解是更好的选择。

网友意见

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题主来了

先上结论:缓存 Array.lengh 对优化影响不大,甚至会减慢。

1、从测试结果上看

stackoverflow 上也有这个讨论,

For-loop performance: storing array length in a variable

accepted 的答案是说缓存会起到加速的结果,给出了

jsPerf

测试。

但是有答案反对,也给出了

jsPerf

测试。

两个答案的区别在于 (

Loop-invariant code motion

) 后面会讲到。

从另一篇文章

Shoud I have to cache my array’s length?

的测试结果也可以看出缓存差别不大。



还有这篇

JavaScript's .length Property is a Stored Value



2、从 V8 的中间代码分析

这篇文章

mrale.ph/blog/2014/12/2

从 V8 的 hydrogen 探讨 Array.length 在 for 循环中的处理。

正如上面提到的

Loop-invariant code motion

,引擎会把能确定不变的代码移到循环外。

所以像下面这种代码也不会影响引擎对 Array.length 的优化:

       function uncached(arr) {   for (var i = 0; i < arr.length; i++) {     arr[i]   } }      

而当循环中调用不可

内联函数

时,引擎没法做优化,每次循环都会重新计算一遍 length

       function BLACKHOLE(sum, arr) {   try { } catch (e) { } }  function uncached(arr) {   var sum = 0;   for (var i = 0; i < arr.length; i++) {     sum += arr[i];     if (sum < 0) BLACKHOLE(arr, sum);   }   return sum; }      

但这时即便是在循环外缓存了 length 也是没有用的,引擎没法预判数组的变化,当需要访问数组元素时会触发 bounds check ,从而照样要计算一遍 length 。所以缓存 length 是没有用的。

甚至,由于多了一个变量,底层的寄存器分配器每次循环还要多一次恢复这个变量。当然这个只有在大规模的情况下才会看出区别。

当然这篇文章也有局限性,仅仅讨论了 V8 引擎,也没有讨论访问 length 代价更高的 HTMLCollection 。但这已经足够让我们不用再局限于缓存的写法,可以放开来按照自己喜欢的方式去写循环了。

【完】

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