V8中的快慢属性（图文分解更易理解）

出于好奇：js中使用json存数据查找速度快，还是使用数组存数据查找快？

探究V8中对象的实现原理，熟悉数组索引属性、命名属性、对象内属性、隐藏类、描述符数组、快慢属性等等。

D8调试工具使用请来这里

对象属性

我们先来看一个例子。假设我们有这样的代码：

function testV8() {

  this[100] = 'test-100'

  this[1] = 'test-1'

  this["D"] = 'foo-D' // 字符串key

  this["B"] = 'foo-B'

  this[50] = 'test-50'

  this[9] = 'test-9'

  this[8] = 'test-8'

  this[3] = 'test-3'

  this[5] = 'test-5'

  this["4"] = 'test-4' // 整型key

  this["A"] = 'foo-A'

  this["C"] = 'foo-C'

  this[4.5] = "foo-4.5" // 非整型key

}

const testObj = new testV8()

for (const key in testObj) {

  console.log(`key:${key}, value:${testObj[key]}`)

}

运行输出结果如下：

输出结果分析：

多次运行代码，发现输出key-value的顺序是一致的，并不存在随机性。

再经测试并仔细观察发现有如下结论：

对于整数型的 key 值，会从小到大遍历(按数值升序)
对于非整数型的 key 值，会按照设置的先后顺序遍历

根据这一个现象，我们就要探究下，在V8引擎中，对象属性内部的设计思想。

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两种属性。

这两个结论在V8中也被证实，前后者分别被称为 数组索引属性（Array-indexed Properties）和 命名属性（Named Properties），遍历时一般会先遍历数组索引属性。前后两者在底层存储在两个单独的数据结构中，分别用 properties 和 elements 两个指针指向它们，如下图

如果在数组索引属性（排序属性）和命名属性（常规属性）同时存在的情况下，优先按数组属性排序，上面的例子中将字符串形式的整型key:"4"转换成了数字整型，而浮点数"4.5"转换成了字符串，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。我们通过chrome调试工具snapshot来佐证下：

发现并没有 properties 属性？实际上，V8 有一种策略：如果命名属性少于等于 10 个时，命名属性会直接存储到对象本身，而无需先通过 properties 指针查询，再获取对应 key 的值，省去中间的一步，从而提升了查找属性的效率。直接存储到对象本身的属性被称为 对象内属性（In-object Properties）。对象内属性与 properties、elements 处于同一层级。

插话：chrome调试工具snapshot使用

打开控制台
点击 Memory , 可以看到 Profiles
点击下方 Take snapshot 按钮
过滤 testV8, 查看信息

如下图

对象内属性（In-object Properties）

当采用两种线性结构存储后，在查询属性的时候，就会明显多出了一个步骤，要先去查询到Properties对应的对象（多了一次寻址的过程），再从Properties对象中查到对应的某个key的值。

V8 有一种策略：如果命名属性少于等于 10 个时，命名属性会直接存储到对象本身，而无需先通过 properties 指针查询，再获取对应 key 的值，省去中间的一步，从而提升了查找属性的效率。直接存储到对象本身的属性被称为 对象内属性（In-object Properties）。对象内属性与 properties、elements 处于同一层级。

为了印证这个说法，将代码替换为如下内容，重新打 snapshot。可以看到超出 10 个的部分 property10 和 property11 存储在 properties 中，这部分命名属性称为普通属性：

function Foo(properties, elements) {

  //添加可索引属性

  for (let i = 0; i < elements; i++) {

    this[i] = `element${i}`

  }

  //添加常规属性

  for (let i = 0; i < properties; i++) {

    const prop = `property${i}`

    this[prop] = prop

  }

}

const foo = new Foo(12, 12)

至此，我们已经对命名属性、数组索引属性与对象内属性有一个基本了解。

对象内属性 or 普通属性

对象内属性是指那些直接存存储在对象上的命名属性（10个），超出对象内属性数量限制的属性被存放与 properties 指针指向的数据结构中，这部分虽然增加了一层查询，但扩容非常方便。

注意：下图中，先不用管HiddenClass，后面会讲，暂且把它看成一个“指针”吧

接着看什么是HiddenClass隐藏类(Hidden Class)

隐藏类(Hidden Class)

静态语言中，当创建类型后，就不能再次改变了，属性可以通过固定的偏移量来访问，但在js中却不是，对象的属性的类型、值等信息是可以随时改变的，也就是说运行的时候才能拿到最后的属性内存偏移量，V8为了提升对象的属性获取性能，设计了Hidden Class 隐藏类的概念，每一个对象都有对应的隐藏类，当每次对象的属性发生改变时，V8会动态更新对应的内存偏移量更新到隐藏类中。

每个对象都拥有自己的隐藏类：上面例子中对应的map属性就是隐藏类对象。
隐藏类中记录了对象中每个属性的标识信息(descriptors)，它保存了属性key以及描述符数组的指针。描述符数组包含了有关命名属性的信息，例如名称本身以及值保存的位置，但只会存命名属性相关的，不会保存整数类的属性

当对象创建一个新属性，或者一个老属性被删除时，V8会创建一个新的隐藏类并通过back_pointer指针指向老的隐藏类，新的隐藏类中只记录进行了变更的属性信息，随后对象指向隐藏类的指针会指向新的隐藏类。

const testobj1 = new Foo(2, 3);

const testobj2 = new Foo(2, 3);

testobj2.new = "new";

隐藏类和描述符数组

在 V8 中，每个 JavaScript 对象的第一个字段都指向一个隐藏类（HiddenClass）。隐藏类是用来描述和便于跟踪 JavaScript 对象的「形状」的，里面存储了对象的元信息如：对象的属性数量、对象原型的引用等等。多个具有相同结构（即命名属性和顺序均相同）的对象共享相同的隐藏类。因此，动态地为对象增加属性的过程中隐藏类会被更改。

我们先看看隐藏类的结构：

对于隐藏类来说最重要的是第三位字段（bit field 3），记录了命名属性的数量和一个指向描述符数组（Descriptor Array）的指针，描述符数组中存储了命名属性的相关信息，因此当 V8 需要获取命名属性的具体信息时，需要先通过 hiddenClass 指针找到对应的 HiddenClass，获取 HiddenClass 第三位字段中记录的描述符数组指针，然后在数组中查询特定的命名属性（修改的时候也是一样的过程，划重点！！）。数组索引属性是不会被记录在该数组的，因为他们不会让 V8 更改隐藏类。

以上图为例，当我们创建一个空对象 o 并依次为其增加 a、b、c 三个命名属性时，object o 中的 hiddenClass 会经历以下阶段：

增加 a 属性，生成过渡 HiddenClass 1
增加 b 属性，生成过渡 HiddenClass 2
增加 c 属性，生成过渡 HiddenClass 3
属性添加完成，此时 object o 的 hiddeClass 指针指向 HiddenClass 3

这三个过渡的 HiddenClasses 会被 V8 连接起来，生成一个叫过渡树（transition tree）的结构，从而让 V8 可以追踪 HiddenClasses 之间的关系，并保证相同结构的对象经过相同顺序的命名属性增加操作后，具有相同的 HiddenClass。

如果相同结构的对象增加不同的命名属性，V8 会为在过渡树中开出新的分支，以标识原本相同的 hiddenClass 增加不同命名属性后派生出的不同 Class：

总结

相同结构（命名属性和顺序均相同）的对象共享相同的 HiddenClass

新属性的添加伴随着新 HiddenClass 的创建

数组索引索性不会改变 HiddenClass

快属性 or 慢属性

线性数据结构的读取速度更快（读取复杂度为 O(1)），因此将存储在线性结构中的命名属性称为快属性。快属性只通过 properties 中的索引访问，但是如前文所述，为了从属性名访问到实际存储位置，V8 必须参考 HiddenClass 上的 Descriptor Array，因为里面存储了关于命名属性的元信息。

因此，倘若一个对象频繁地增删属性，而 V8 还维持原来的线性结构存储的话，插入和删除的复杂度都为 O(n)，同时耗费大量的时间、内存在维护 HiddenClass 和 Descriptor Array 上。

为了减少这部分开销，V8 将这些本来会存储在线性结构中的快属性降级为慢属性。此时原本用于存储属性元信息的 Descriptor Array 被置空，转而将信息存储到 properties 内部维护的一个字典（称为 Properties Dictionary）中，这样对对象的增删属性操作便不需更新 HiddenClass 了。但这也意味着 V8 内部的内联缓存（inline-cache）不会生效，所以这种属性被称为慢属性。

快属性

保存在线性数据结构中的属性，通过索引就可以访问到对应的属性值

const testobj = new Foo(10, 10);

%DebugPrint(testobj);

如图

慢属性

属性过多的时候，V8会采用"慢属性"的处理，属性的对象内部会有独立的非线性数据结构（字典）

const testobj = new Foo(100, 200);

%DebugPrint(testobj);

如图

总结：

当属性数量不是特别多的情况下，Properties的索引是有序的（快属性）
当属性数量特别多的时候，就会变成无序的字典类型的存储（慢属性）。

最后

这篇文章难产了，由于工作较忙，用碎片时间在学习，大概三四天前我就着手写了，今天才算发出来。

加油

本来想着把快慢数组一块分析了，留在下一篇吧，谢谢

下一篇： V8 中的快慢数组（附源码、图文更易理解）

参考文档: https://z3rog.tech/blog/2020/fast-properties.html

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