JavaScript数组在13k-16k元素时性能下降原因问询

测试背景 #

我针对数组的创建与编辑性能开展测试，发现元素量约在13k-16k的数组存在异常特性。

测试说明 #

以下图表展示了数组创建及读取（求和操作）时的单元素耗时。capacity和push代表两种数组创建方式：

• capacity：const arr = new Array(length) 后执行 arr[i] = data
• push：const arr = []; 后执行 arr.push(data)

测试图表 #

• 数组创建耗时随长度变化图
• 数组操作耗时随长度变化图

测试结果 #

数组创建与读取操作的单元素耗时，相比元素量少1k的情况均下降约2-3倍。使用push方式创建数组时，性能骤降出现得比预分配容量的方式更早，推测是因为push时数组容量耗尽会额外分配更多空间，更早触发了性能较慢的执行路径。

测试代码可查看对应github仓库

核心问题 #

为何数组在13k-16k元素左右时性能会下降？

我推测V8引擎从该元素量开始对大数组采用不同处理逻辑以优化性能，但临界点过早，导致优化生效前先出现性能下降。能看到约500元素后性能逐步下降，骤降后又回升，遗憾的是我未找到相关资料。

另外，若有人知道预分配容量创建数组末尾、push创建数组求和时出现峰值的原因，也欢迎告知 :)

补充测试1 #

按照建议，在另一台配置更低的机器上重复测试以排除缓存影响，结果高度相似：

• 另一台机器数组创建耗时图
• 另一台机器数组操作耗时图

补充测试2 #

我使用--allow-natives-syntax启动Node.js，通过%DebugPrint(array);打印数组调试日志，期望发现不同长度数组的差异，但除长度和内存地址外均一致，示例如下：

// For array created with capacity
DebugPrint: 000002CB8E1ACE19: [JSArray]
 - map: 0x035206283321 <Map(HOLEY_SMI_ELEMENTS)> [FastProperties]
 - prototype: 0x036b86245b19 <JSArray[0]>
 - elements: 0x02cb8e1ace39 <FixedArray[1]> [HOLEY_SMI_ELEMENTS]
 - length: 1
 - properties: 0x0114c5d01309 <FixedArray[0]>
 - All own properties (excluding elements): {
    00000114C5D04D41: [String] in ReadOnlySpace: #length: 0x03f907ac1189 <AccessorInfo> (const accessor descriptor), location: descriptor
 }

0000035206283321: [Map]
 - type: JS_ARRAY_TYPE
 - instance size: 32
 - inobject properties: 0
 - elements kind: HOLEY_SMI_ELEMENTS
 - unused property fields: 0
 - enum length: invalid
 - back pointer: 0x035206283369 <Map(PACKED_SMI_ELEMENTS)>
 - prototype_validity cell: 0x03f907ac15e9 <Cell value= 1>
 - instance descriptors #1: 0x009994a6aa31 <DescriptorArray[1]>
 - transitions #1: 0x009994a6a9d1 <TransitionArray[4]>Transition array #1:
     0x0114c5d05949 <Symbol: (elements_transition_symbol)>: (transition to PACKED_DOUBLE_ELEMENTS) -> 0x0352062832d9 <Map(PACKED_DOUBLE_ELEMENTS)>

 - prototype: 0x036b86245b19 <JSArray[0]>
 - constructor: 0x031474c124e9 <JSFunction Array (sfi = 000003CECD93C3A9)>
 - dependent code: 0x0114c5d01239 <Other heap object (WEAK_FIXED_ARRAY_TYPE)>
 - construction counter: 0


// For array created with push
DebugPrint: 000003B09882CE19: [JSArray]
 - map: 0x02ff94f83369 <Map(PACKED_SMI_ELEMENTS)> [FastProperties]
 - prototype: 0x0329b3805b19 <JSArray[0]>
 - elements: 0x03b09882ce39 <FixedArray[17]> [PACKED_SMI_ELEMENTS]
 - length: 1
 - properties: 0x03167aa81309 <FixedArray[0]>
 - All own properties (excluding elements): {
    000003167AA84D41: [String] in ReadOnlySpace: #length: 0x02094f941189 <AccessorInfo> (const accessor descriptor), location: descriptor
 }

000002FF94F83369: [Map]
 - type: JS_ARRAY_TYPE
 - instance size: 32
 - inobject properties: 0
 - elements kind: PACKED_SMI_ELEMENTS
 - unused property fields: 0
 - enum length: invalid
 - back pointer: 0x03167aa81599 <undefined>
 - prototype_validity cell: 0x02094f9415e9 <Cell value= 1>
 - instance descriptors #1: 0x00d25122aa31 <DescriptorArray[1]>
 - transitions #1: 0x00d25122aa01 <TransitionArray[4]>Transition array #1:
     0x03167aa85949 <Symbol: (elements_transition_symbol)>: (transition to HOLEY_SMI_ELEMENTS) -> 0x02ff94f83321 <Map(HOLEY_SMI_ELEMENTS)>

 - prototype: 0x0329b3805b19 <JSArray[0]>
 - constructor: 0x009ff8a524e9 <JSFunction Array (sfi = 0000025A84ABC3A9)>
 - dependent code: 0x03167aa81239 <Other heap object (WEAK_FIXED_ARRAY_TYPE)>
 - construction counter: 0

补充测试3 #

求和操作的性能下降出现在数组大小从13_994变为13_995时：

• 求和性能骤降临界点图

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Teiem