最近,我开发一个项目 Angular Cloud Data Connector, 帮助Angular开发者使用云数据,特别是 Azure移动服务, 使用WEB标准,像索引数据库(indexed DB)。我尝试建立一种方式,使得JavaScript开发者能将私有成员嵌入到一个对象中。

我解决这个问题的技术用到了我命名的闭包空间(closure space)。在这篇入门文章中,我要分享的是如何在你的项目中用它,及它对主流浏览器的性能和内存的影响。

在深入学习前,咱们先说下,你为什么需要用到私有成员(private members), 还有一种替代方式来模拟私有成员。

如果你想点评本文,尽情推(twitter)我: @deltakosh。

1. 为何要用私有成员(Private
Members)

当你用JavaScript 创建一个对象时,可以声明值成员(value members)。 如果你打算控制对它们的读/写访问操作,可以如下声明:

var entity = {};
 
entity._property = "hello world";
Object.defineProperty(entity, "property", {
    get: function () { return this._property; },
    set: function (value) {
        this._property = value;
    },
    enumerable: true,
    configurable: true
});

这样实现,你能完全控制读和写操作。问题在于_property 成员仍然可以直接访问和修改。

这也就是为何我们需要更加稳定可靠的方式,声明私有成员,它智能通过对象的方法来访问。

2. 使用闭包空间(Closure Space)

解决方法是使用闭包空间。每当内部函数 (inner fanction) 访问来自外部函数作用域的变量时,浏览器为你分配一段内存空间。有时很取巧,不过就我们的题目来讲,这算是一个完美的解决方案。

我们在上个代码版本中添加这个特性:
var createProperty = function (obj, prop, currentValue) 
{
    Object.defineProperty(obj, prop, 
    {
            get: function () { return currentValue; },
            set: function (value) {
            currentValue = value;
                    },
                    enumerable: true,
                    configurable: true    });
                    } 
var entity = {}; 
var myVar = "hello world";createProperty(entity, "property", myVar);

示例中,createProperty 函数有一个 currentValue 变量,存在 get 和 set 方法。此变量会保存到 get 和 set 函数的闭包空间中。现在,只有这两个函数能看到和更新 currentValue 变量! 任务完成!

唯一需要警惕 caveat,警告,注意)的是源值 (myVar) 仍可访问。下面给出另一个更健壮的版本(保护 myVar 变量):

var createProperty = function (obj, prop) {
    var currentValue = obj[prop];
    Object.defineProperty(obj, prop, {
        get: function () { return currentValue; },
        set: function (value) {
            currentValue = value;
        },
        enumerable: true,
        configurable: true
    });
}
 
var entity = {
    property: "hello world"
};
 
createProperty(entity, "property");

采用该函数, 即便源值都销毁(destructed,注:意思是不能直接赋值)了。到此大功告成了!

3. 性能考虑Performance
Considerations

现在咱们看看性能。

很明显,比起一个简单的变量,闭包空间,甚或(对象)属性要慢的多,且更消耗资源。这就是本文更多关注普通方式和闭包空间机制差异的原因。

为证明闭包空间机制并不比标准方式更消耗资源, 我写了下面代码做个基准测试:

<!DOCTYPE html>
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">
<head>
    <title></title>
</head>
<style>
    html {
        font-family: "Helvetica Neue", Helvetica;
    }
</style>
<body>
    <div id="results">Computing...</div>
    <script>
        var results = document.getElementById("results");
        var sampleSize = 1000000;
        var opCounts = 1000000;
 
        var entities = [];
 
        setTimeout(function () {
            // Creating entities
            for (var index = 0; index < sampleSize; index++) {
                entities.push({
                    property: "hello world (" + index + ")"
                });
            }
 
            // Random reads
            var start = new Date().getTime();
            for (index = 0; index < opCounts; index++) {
                var position = Math.floor(Math.random() * entities.length);
                var temp = entities[position].property;
            }
            var end = new Date().getTime();
 
            results.innerHTML = "<strong>Results:</strong><br>Using member access: <strong>" + (end - start) + "</strong> ms";
        }, 0);
 
        setTimeout(function () {
            // Closure space =======================================
            var createProperty = function (obj, prop, currentValue) {
                Object.defineProperty(obj, prop, {
                    get: function () { return currentValue; },
                    set: function (value) {
                        currentValue = value;
                    },
                    enumerable: true,
                    configurable: true
                });
            }
            // Adding property and using closure space to save private value
            for (var index = 0; index < sampleSize; index++) {
                var entity = entities[index];
 
                var currentValue = entity.property;
                createProperty(entity, "property", currentValue);
            }
 
            // Random reads
            var start = new Date().getTime();
            for (index = 0; index < opCounts; index++) {
                var position = Math.floor(Math.random() * entities.length);
                var temp = entities[position].property;
            }
            var end = new Date().getTime();
 
            results.innerHTML += "<br>Using closure space: <strong>" + (end - start) + "</strong> ms";
        }, 0);
 
        setTimeout(function () {
            // Using local member =======================================
            // Adding property and using local member to save private value
            for (var index = 0; index < sampleSize; index++) {
                var entity = entities[index];
 
                entity._property = entity.property;
                Object.defineProperty(entity, "property", {
                    get: function () { return this._property; },
                    set: function (value) {
                        this._property = value;
                    },
                    enumerable: true,
                    configurable: true
                });
            }
 
            // Random reads
            var start = new Date().getTime();
            for (index = 0; index < opCounts; index++) {
                var position = Math.floor(Math.random() * entities.length);
                var temp = entities[position].property;
            }
            var end = new Date().getTime();
 
            results.innerHTML += "<br>Using local member: <strong>" + (end - start) + "</strong> ms";
        }, 0);
 
    </script>
</body>
</html>

我创建了一百万个对象,都有属性成员。要完成下面三个测试:

  • 执行 1百万次随机访问属性。
  • 执行1百万次随机访问闭包空间实现版本。
  • 执行1百万次随机访问常规get/set实现版本。

测试结果参见下面表格和图表:

Table of results for IE11 Chrome 36 and Firefox 31
Chart of results for IE11 Chrome 36 and Firefox 31

我们发现,闭包空间实现总是快于常规实现,根据浏览器的不同,还可以做进一步的性能优化。

Chrome 上的性能表现低于预期。或许存在 bug,因此,为确认(存在 bug),我联系了 Google 项目组,描述发生的症状。还有,如果你打算测试在 Microsoft Edge —微软新发布的浏览器,在windows10 中默认安装—中的性能表现,你可以点击下载 。

然而,如果仔细研究,你会发现,使用闭包空间或属性比直接访问变量成员要10倍左右。 因此,使用要恰当且谨慎。

Chart comparing Direct access closure space and regular way

4. 内存占用(Memory Footprint)

我们也得验证该技术不会消耗过多内存。为测试内存占用基准情况,我写了下面代码段:

直接属性引用版本(Reference Code)

var sampleSize = 1000000;
 var entities = []; 
// Creating entities
for (var index = 0; index < sampleSize; index++) {
    entities.push({
            property: "hello world (" + index + ")"
});}

常规方式版本(Regular Way,get/set)

var sampleSize = 1000000;
 
var entities = [];
 
// Adding property and using local member to save private value
for (var index = 0; index < sampleSize; index++) {
    var entity = {};
 
    entity._property = "hello world (" + index + ")";
    Object.defineProperty(entity, "property", {
        get: function () { return this._property; },
        set: function (value) {
            this._property = value;
        },
        enumerable: true,
        configurable: true
    });
 
    entities.push(entity);
}

闭包空间版本(Closure Space Version)

var sampleSize = 1000000;
 
var entities = [];
 
var createProperty = function (obj, prop, currentValue) {
    Object.defineProperty(obj, prop, {
        get: function () { return currentValue; },
        set: function (value) {
            currentValue = value;
        },
        enumerable: true,
        configurable: true
    });
}
 
// Adding property and using closure space to save private value
for (var index = 0; index < sampleSize; index++) {
    var entity = {};
 
    var currentValue = "hello world (" + index + ")";
    createProperty(entity, "property", currentValue);
 
    entities.push(entity);
}

之后,我(在三个主流浏览器上)运行所有的三段代码,启动(浏览器)内嵌的内存性能分析器(本示例中使用 F12 工具条):

embedded memory profiler example here using F12 tools

我计算机上运行的结果如下图表:

Chart of the results I got on my computer

就闭包空间和常规方式,只有 Chrome上,闭包空间(内存占用)表现稍好,在 IE11 和 Firefox上占用内存反而增多,但是浏览器的比较结果e—对于现代浏览器,用户很可能不会在意这点差别。

更多 JavaSc 实践

或许你会吃惊,微软提供了一批有关开源 Javascript 主题的免费学习材料, 我们正在发起一个任务,关于创建更多 Microsoft Edge 来临 系列。 查看我的文章:

  • 基于 HTML5 和 Babylon.JS 开发 WebGL 3D 基础
  • 构建单页面应用,基于 ASP.NET 和 AngularJS
  • HTML 高级图像技术

或者我们团队系列:

  • HTML/JavaScript 性能优化使用技巧 (该系列有7部分,从响应式设计到休闲游戏的性能优化)
  • 现代 Web 平台快速起步 (
    HTML, CSS, and JS基础)
  • 开发通用的 Windows Apps,使用 HTML 和 JavaScript 快速起步 (使用你自己的JS构建app)

以及一些免费工具:Visual Studio 社区,Azure 试用版和跨浏览器测试工具用于 Mac, Linux, 或者 Windows。

结论(Conclusion)

如你所见,对于创建真正的私有数据来讲,闭包空间属性(机制)是一个很棒的做法。或许你得面对内存消耗小幅度增加(问题),但就我的看法,这却很合理 (这个代价可以换取相对于常规方法更高的性能增长)。

余下全文(1/3)

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