高性能JavaScript 達夫設備

前言

　　在《高性能JavaScript》一書的第四章算法和流程控制中，提到了減少迭代次數加速程序的策略—達夫設備（Duff's device）。達夫設備本身很好理解，但是其效果是否真的像書中所說“如果迭代次數超過1000，那麼達夫設備的執行效率將明顯提升”？還是隨著浏覽器性能的逐漸增強，這種以犧牲代碼閱讀性而獲取的性能提升已經微不足道？

達夫設備

　　達夫設備真的很簡單，說白了就是“循環體展開”。看如下的代碼：

var a = [0, 1, 2, 3, 4];
var sum = 0;
for(var i = 0; i < 5; i++)
  sum += a[i];
console.log(sum);

　　我們將循環體展開來寫：

var a = [0, 1, 2, 3, 4];
var sum = 0;
sum += a[0];
sum += a[1];
sum += a[2];
sum += a[3];
sum += a[4];
console.log(sum);

　　因為少作了多次的for循環，很顯然這段代碼比前者效率略高，而且隨著數組長度的增加，少作的for循環將在時間上體現更多的優勢。

　　達夫設備這種思想或者說是策略，原來是運用在C語言上的，Jeff Greenberg將它從C語言移植到了JavaScript上，我們可以來看看他寫的模板代碼：

var iterations = Math.floor(items.length / 8),
  startAt = items.length % 8,
  i = 0;

  do {
    switch(startAt) {
      case 0: process(items[i++]);
      case 7: process(items[i++]);
      case 6: process(items[i++]);
      case 5: process(items[i++]);
      case 4: process(items[i++]);
      case 3: process(items[i++]);
      case 2: process(items[i++]);
      case 1: process(items[i++]);
    }
    startAt = 0;
  } while(--iterations);

　　注意看switch/case語句，因為沒有寫break，所以除了第一次外，之後的每次迭代實際上會運行8次！Duff's Device背後的基本理念是：每次循環中最多可調用8次process()。循環的迭代次數為總數除以8。由於不是所有數字都能被8整除，變量startAt用來存放余數，便是第一次循環中應調用多少次process()。

　　此算法一個稍快的版本取消了switch語句，將余數處理和主循環分開：

var i = items.length % 8;
while(i) {
  process(items[i--]);
}

i = Math.floor(items.length / 8);

while(i) {
  process(items[i--]);
  process(items[i--]);
  process(items[i--]);
  process(items[i--]);
  process(items[i--]);
  process(items[i--]);
  process(items[i--]);
  process(items[i--]);
}

　　盡管這種方式用兩次循環代替了之前的一次循環，但它移除了循環體中的switch語句，速度比原始循環更快。

性能測試

　　接著我們來進行達夫設備的性能測試。如果迭代中的操作復雜的話，會減小達夫設備優化對於時間的影響，所以循環內部我只選取了簡單的操作；而且為了方便操作，選取了8的倍數作為數組長度。

var a = [];
var times = 1000;
// init array
for(var i = 1; i <= times; i++)
  a[i] = i;


// ordinary way
console.time('1');
var sum = 0;
for(var i = 1; i <= times; i++)
  sum += 1 / a[i];
console.log(sum);
console.timeEnd('1');

// Duff's device
console.time('2');
var sum = 0;
while(times) {
  sum += 1 / a[times--];
  sum += 1 / a[times--];
  sum += 1 / a[times--];
  sum += 1 / a[times--];
  sum += 1 / a[times--];
  sum += 1 / a[times--];
  sum += 1 / a[times--];
  sum += 1 / a[times--];
}
console.log(sum);
console.timeEnd('2');

　　當times取值較小時，得到了這樣的結果（chrome 版本 43.0.2357.134 m）：

　　此時心中一萬頭草泥馬奔騰而過，默默問自己為什麼會出現這樣有悖常理的結果。直到times取值越來越大：

　　而在firefox（39.0）下則出現了更詭異的一幕，似乎達夫設備對其不起任何效果：

　　那麼達夫設備真的達不到想象當中的優化程度了嗎？為了驗證自己的猜想，同時在網上找到了一個外國朋友寫的測試代碼JavaScript Loop Optimization，大多數的測試結果還是和預料一致，但是也能捕獲到這樣的截圖：

總結

　　經過測試，我覺得在迭代次數少的情況下，完全沒有必要用達夫設備進行優化，且不說代碼可讀性差，有時甚至會適得其反，而多大的迭代次數算多，多大算少，也不好說，特定的浏覽器特定的版本都有其一定的取值。老版本的浏覽器運用達夫設備優化性能能得到大幅度的提升，而新版的浏覽器引擎肯定對循環迭代語句進行了更強的優化，所以達夫設備能實現的優化效果日趨減弱甚至於沒有。而在查閱資料的過程中，有人提出while循環的效果和達夫設備不相上下，接下去也會針對不同的循環方式作進一步的探索。

高性能JavaScript編程(高清PDF原版)及中英文對照版 PDF http://www.linuxidc.com/Linux/2015-08/121418.htm