JS 内存分配机制解析 - V8 引擎隐藏类与内联缓存的优化原理-js教程-PHP中文网

V8引擎通过隐藏类和内联缓存优化JavaScript内存分配与属性访问。隐藏类在运行时为对象“塑形”，使相同结构的对象共享内存布局，减少哈希表查找开销；内联缓存则记录属性访问的隐藏类及偏移量，实现快速内存定位。两者协作将动态查找转为接近静态语言的高效访问。开发者应保持对象结构一致、避免动态增删属性、统一属性顺序、慎用delete，以充分发挥V8优化机制，提升性能。

js 内存分配机制解析 - v8 引擎隐藏类与内联缓存的优化原理

JavaScript的内存分配，在我看来，远不止我们平时写代码时

new

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一个对象或者声明一个变量那么简单。它背后藏着V8引擎为了让JS这种动态语言跑得飞快，所做出的各种精妙的工程优化。核心思路就是，在运行时尽可能地给无形的对象“塑形”，并利用这些形状信息来加速属性访问，其中最关键的就是“隐藏类”（Hidden Classes）和“内联缓存”（Inline Caching）这两个法宝。它们共同协作，把原本可能非常低效的动态查找，变成了接近静态语言的直接内存访问。

解决方案

要深入理解JS的内存分配和优化，我们得从V8引擎如何看待一个JS对象说起。我们知道，JS对象本质上就是键值对的集合，非常灵活。但这种灵活性对性能来说是个巨大的挑战，因为编译器很难提前知道一个对象的结构。V8的解法是引入了“隐藏类”，这有点像给JS对象在运行时偷偷地定义了一个C++结构体。

隐藏类（Hidden Classes） 每当我们创建一个对象，V8都会给它关联一个初始的隐藏类。这个隐藏类描述了对象的初始结构（比如有哪些属性，这些属性在内存中的偏移量是多少）。当你给对象添加新属性时，VV8不会直接修改当前隐藏类，而是会创建一个新的隐藏类，并形成一个从旧隐藏类到新隐藏类的“转换链”（Transition Chain）。这个过程有点像我们给一个房子加盖房间，每次加盖，房子的“户型图”就变了，但V8会记住这个变化路径。通过这种方式，拥有相同结构（即相同隐藏类）的对象，它们的属性在内存中会以相同的顺序存储，这样V8就能快速计算出属性的内存地址，而不用去慢悠悠地查哈希表。

内联缓存（Inline Caching - IC） 光有隐藏类还不够，V8还需要加速属性的访问。这就是内联缓存登场的地方。想象一下，当我们代码里写

obj.x

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时，V8第一次执行到这里，它会去查找

obj

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的隐藏类，然后找到

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属性在内存中的具体位置。但如果每次访问都要重复这个查找过程，效率肯定不高。内联缓存的作用，就是把这个查找结果（也就是

obj

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的隐藏类和

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的内存偏移量）“缓存”在调用点（Call Site）附近。下次再执行到

obj.x

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时，如果

obj

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的隐藏类没变，V8就能直接使用缓存的信息，一步到位地访问到

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的值。这就像你第一次去一个地方，可能需要导航，但下次再去，直接凭经验就到了。如果

obj

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的隐藏类变了，缓存就会失效，VV8会重新查找并更新缓存。

这两者结合起来，就形成了一个强大的优化体系。隐藏类提供了结构化的内存布局，而内联缓存则利用这些结构，将动态的属性查找变成了静态的、高性能的直接内存访问。这是V8能够让JS性能媲美甚至超越一些编译型语言的关键所在。

为什么V8引擎需要“隐藏类”来优化内存？

说实话，JS这种动态语言，在内存层面优化起来是挺让人头疼的。一个对象，你随时可以给它加属性，也可以删属性，甚至不同时间点创建的同类型对象，属性顺序都可能不一样。这在C++或Java那种强类型语言里是不可想象的，因为它们的编译器在编译时就知道对象的内存布局了。JS的这种“无形”特性，意味着V8如果每次访问属性都得像查字典一样去遍历对象的哈希表，那性能肯定会非常糟糕。

隐藏类就是为了解决这个“无形”问题而生的。它给JS对象提供了一个在运行时可以识别的“类型”或“形状”。这样一来，V8就能做两件非常重要的事情：

首先，内存效率。没有隐藏类，每个JS对象可能都需要存储一个完整的哈希表，里面包含属性名（字符串）和对应的值。而有了隐藏类，相同结构的属性名和它们在内存中的偏移量只需要存储在隐藏类中一次。每个对象实例只需要存储指向其隐藏类的指针，以及属性的实际值。这大大减少了每个对象实例的内存占用，尤其是在有大量同构对象（比如数组中的元素，或者通过同一个构造函数创建的对象）的场景下。

其次，也是更关键的，执行速度。当V8知道一个对象的隐藏类时，它就知道某个属性（比如

obj.x

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）在内存中的具体位置（偏移量）。这样，访问

obj.x

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就从一个复杂的哈希表查找操作，变成了一个简单的内存地址计算和读取操作，这几乎和访问C++结构体成员一样快。没有隐藏类，每次属性访问都是一个昂贵的哈希查找，这会严重拖慢JS的执行速度。所以，隐藏类本质上是V8在运行时给JS对象“静态化”的一种尝试，从而能应用更多传统的编译器优化技术。

举个例子，你可能会写：

function Point(x, y) {
    this.x = x;
    this.y = y;
}

const p1 = new Point(1, 2); // V8创建一个隐藏类C1，包含x和y的偏移
const p2 = new Point(3, 4); // p2也指向C1，因为结构相同

p1.z = 5; // V8发现C1没有z属性，于是创建一个新的隐藏类C2，它是从C1转换而来的，包含x, y, z。p1现在指向C2

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这里，

p1

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和

p2

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最初共享同一个隐藏类。但当

p1

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被添加了

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属性后，它的隐藏类就变了，V8会为这个新的结构生成一个新的隐藏类。这个过程看起来有点复杂，但它确保了V8始终能知道对象的精确内存布局，从而实现高效的内存管理和属性访问。

“内联缓存”是如何让JS属性访问快如闪电的？

我们刚才聊了隐藏类给对象“塑形”的重要性。但光有形还不够，得能快速利用这个形。内联缓存（Inline Caching，简称IC）就是V8利用隐藏类信息，把属性访问速度推向极致的利器。

想象一下，你的代码里有这样一行：

myObject.someProperty

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。当V8第一次执行到这行代码时，它会做几件事：

检查
```
myObject
```
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的隐藏类。
根据隐藏类，找到
```
someProperty
```
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在内存中的具体偏移量。
取出
```
someProperty
```
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的值。

这个过程本身不算慢，但如果这行代码在一个循环里，或者被频繁调用，每次都重复这个过程就显得多余了。IC的魔力在于，V8会在第一次执行后，把这个“查找结果”——也就是

myObject

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的隐藏类和

someProperty

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的内存偏移量——直接“嵌入”到这行代码对应的机器码里。下次再执行到这行代码时，V8会先检查当前

myObject

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的隐藏类是否和上次缓存的一致。如果一致，它就直接跳过复杂的查找逻辑，一步到位地访问到

someProperty

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的内存地址并取值，这速度简直是飞快。

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这就像一个快捷方式。如果你的对象结构（隐藏类）总是保持一致，这个快捷方式就能一直用，我们称之为“单态”（Monomorphic）缓存。但如果同一个调用点，有时传入

Point

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对象，有时传入

Circle

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对象，但它们都有

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属性，V8也能处理。它会为每个不同的隐藏类都缓存一份查找结果，这叫“多态”（Polymorphic）缓存。多态缓存虽然比单态慢一点，但依然比每次都重新查找要快得多。

最糟糕的情况是“巨态”（Megamorphic）缓存，这意味着同一个调用点，传入的对象有太多种不同的隐藏类。V8会觉得维护这么多缓存太麻烦了，干脆放弃IC优化，退回到最原始、最慢的哈希表查找模式。

所以，内联缓存的本质，是V8在运行时观察代码的执行模式，并根据观察结果动态地重写机器码，从而实现超高速的属性访问。它和隐藏类是共生关系：隐藏类提供了对象结构信息，IC则利用这些信息来创建和维护高效的缓存。如果你能保证对象形状的一致性，V8的IC就能发挥出最大的威力。

开发者如何利用V8的优化原理写出高性能JS代码？

理解了V8的隐藏类和内联缓存，我们作为开发者，就有了一些“内幕消息”，可以有意识地写出对V8更友好的代码，从而提升应用性能。这并非意味着要为了优化而牺牲可读性，而是在关键路径上，多一份考量。

1. 保持对象形状（Hidden Class）的一致性： 这是最重要的一个原则。V8最喜欢的就是那些结构稳定、不爱“变脸”的对象。

在构造函数中初始化所有属性： 确保通过同一个构造函数创建的所有实例，一开始就拥有相同的属性集合和顺序。

// 推荐：所有实例一开始就有x, y, z属性，共享同一个隐藏类
function Vec3(x, y, z) {
    this.x = x;
    this.y = y;
    this.z = z;
}

// 不推荐：z属性是后来添加的，会创建新的隐藏类，导致对象形状变化
function Vec2(x, y) {
    this.x = x;
    this.y = y;
}
const v = new Vec2(1, 2);
v.z = 3; // 此时v的隐藏类改变

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避免在对象创建后动态添加或删除属性： 尤其是在循环或频繁调用的函数内部。每次添加或删除属性，都会导致对象隐藏类的改变，这会破坏内联缓存，甚至可能导致V8放弃优化。
```
// 不推荐：循环中改变对象形状
const data = [{ a: 1 }, { a: 2 }];
for (let i = 0; i < data.length; i++) {
    if (i % 2 === 0) {
        data[i].b = i; // 动态添加属性，导致data[i]的隐藏类改变
    }
}
```
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如果需要动态地“有无”某个属性，考虑将其值设为
```
null
```
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或
```
undefined
```
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，而不是直接删除属性。

2. 属性的添加顺序很重要： 即使两个对象最终拥有相同的属性，但如果这些属性的添加顺序不同，它们也会被赋予不同的隐藏类。

// 推荐：两者拥有相同的隐藏类
const objA = { x: 1, y: 2 };
const objB = { x: 3, y: 4 };

// 不推荐：顺序不同，隐藏类也不同
const objC = { x: 1, y: 2 };
const objD = { y: 3, x: 4 }; // objD的隐藏类与objC不同

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在实际开发中，这通常意味着要保持一致的编码风格，或者使用

class

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语法，因为类构造函数会确保属性初始化顺序的一致性。

3. 警惕多态性对性能的影响： 如果一个函数接收不同形状的对象作为参数，那么V8为该函数内部的属性访问创建的内联缓存就可能是多态的，甚至巨态的。尽量让处理特定属性的函数，只接收具有相同隐藏类的对象。

function getX(item) {
    return item.x;
}

const p = { x: 1, y: 2 }; // 隐藏类C1
const q = { x: 3, z: 4 }; // 隐藏类C2
const r = { a: 5, x: 6 }; // 隐藏类C3

getX(p); // V8为getX的item.x创建C1的缓存
getX(q); // V8为getX的item.x添加C2的缓存，变为多态
getX(r); // V8为getX的item.x添加C3的缓存，可能进一步变为巨态

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如果

getX

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被频繁调用，且传入的对象形状总是变化，性能就会受影响。如果可能，将处理不同形状对象的逻辑拆分成不同的函数，或者确保传入的对象结构尽可能一致。

4. 避免使用

delete

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操作符：

delete

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操作符会从对象中移除一个属性，这会强制V8创建一个新的隐藏类，并且通常会导致该对象切换到更慢的字典模式（Dictionary Mode），因为V8无法再依赖固定偏移量来访问属性了。如果只是想清空属性值，将其设为

null

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或

undefined

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是更好的选择。

这些优化技巧，并非要你时时刻刻去抠，而是当你在做性能敏感的模块开发，或者通过性能分析工具（如Chrome DevTools）发现某个地方存在性能瓶颈时，可以回过头来审视一下自己的对象结构和属性访问模式，看看是否能够通过这些V8的“偏好”来进一步优化。记住，可读性和可维护性永远是第一位的，微优化应在性能瓶颈明确后进行。

以上就是JS 内存分配机制解析 - V8 引擎隐藏类与内联缓存的优化原理的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！