JavaScript計算性能對比研究

龐聰杜瑞林王磊賀克鋒龍坤++羅棋

摘 要：JavaScript的計算功能一直被編程人員所忽視，其強大的庫和插件可以發(fā)揮重要作用。在同一計算機中，對比了JavaScript和主流編程語言Java、C++、MATLAB等語言的計算能力、數(shù)據(jù)精度以及處理時間，探討JavaScript在不同主流瀏覽器上的計算性能狀況。研究發(fā)現(xiàn)：在較大迭代次數(shù)條件下，JavaScript與C++、Java的數(shù)據(jù)處理時間相當(dāng)、數(shù)據(jù)精度更好；比MATLAB處理速度、數(shù)據(jù)精度更優(yōu)；JavaScript在主流瀏覽器（Firefox、Chrome、360等）的計算精度與計算速度無明顯區(qū)別，可在實驗測試中替換使用。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：JavaScript；處理時間；迭代；性能對比；數(shù)據(jù)精度；瀏覽器

DOIDOI：10.11907/rjdk.162059

中圖分類號：TP302

文獻標(biāo)識碼：A 文章編號文章編號：16727800（2016）011003303

0 引言

JavaScript作為當(dāng)下最流行的腳本語言之一，廣泛應(yīng)用于PC及手機端瀏覽器開發(fā)。作為一種開源的、不斷升級的新的編程語言，其中包括其計算性能日益優(yōu)化。JavaScript的作用在1995年誕生時只是處理一些服務(wù)器驗證操作，這是因為當(dāng)時的服務(wù)器語言Perl等必須在服務(wù)器端才能對用戶提交的表單進行驗證，JavaScript很好地解決了這個問題，并在客戶端處理[1]。目前，JavaScript的功能強大，不僅能處理數(shù)據(jù)驗證、事件響應(yīng)，還支持用戶交互、復(fù)雜計算以及l(fā)amda匿名等。

JavaScript的計算功能雖然強大，但以往主要是在服務(wù)器端使用，可以像C語言一樣處理大量數(shù)據(jù)，但在客戶端本地的測試對比研究較少。一方面是因為JavaScript的“主戰(zhàn)場”在服務(wù)器端；另一方面在于它的競爭對手C++、Java、MATLAB等先入為主，人們幾乎忽略了JavaScript的強大計算性能[2]。

本文在研究JavaScript計算能力的基礎(chǔ)上，與幾款主流編程語言、瀏覽器進行對比，找出JavaScript計算方面的不足與優(yōu)勢。

1 主流程序設(shè)計語言計算性能理論分析

1.1 JavaScript

JavaScript中的復(fù)雜計算主要在function函數(shù)表達式內(nèi)進行，它和眾多程序語言一樣，也支持遞歸、棧、閉包、對象等算法核心內(nèi)容，計算都在標(biāo)簽內(nèi)的function（）執(zhí)行。

具體程序執(zhí)行步驟為：客戶端瀏覽器打開網(wǎng)頁文件，

從上而下逐行讀取并顯示其中的HTML/腳本代碼，根據(jù)解析的HTML標(biāo)簽完成相應(yīng)的動作；當(dāng)遇到標(biāo)簽時，自動導(dǎo)入相關(guān)js庫，然后逐行處理function函數(shù)[3]；每一段完整代碼都經(jīng)過詞法分析、語法分析，然后生成語法樹。在此過程中，如果有語法錯誤，就無法生成語義樹，并立即報錯，停止解釋。

JavaScript的數(shù)據(jù)類型分為6種：Undefined、Null、Boolean、Number、String、Object，其中可以參加計算的只有數(shù)值類型（Number）。由于ECMAScript不具有嚴格類型，對于一些變量需要進行類型判斷。比如檢測變量t是否為數(shù)值類，可以用alert（typeof（t））表示，結(jié)果返回number即為數(shù)值。在JavaScript中，整數(shù)、浮點數(shù)值使用IEEE754格式來表示[4]。它能保存的數(shù)值范圍為5e-324至1.7976931348623157e+308，如果具體數(shù)值超出上述范圍，將會返回?zé)o窮大（Infinity）。

1.2 C++

C語言屬于結(jié)構(gòu)化的中級程序設(shè)計語言，它巧妙地把高級語言的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)語句與匯編語言的直接、實用結(jié)合起來。而且它的應(yīng)用范圍十分廣泛，不僅包括簡單游戲、二三維圖形以及強大的計算能力，還可以應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)和單片機開發(fā)當(dāng)中。

在C語言當(dāng)中，數(shù)值精度由數(shù)據(jù)類型控制。由于位數(shù)限制，float有效數(shù)字的精度只有6～7位10進制，double類型得精度為14位。雖然 printf（“%30.20f”，0.3）的計算機輸出為0.30000001192092896000，但后面的小數(shù)1192092896000沒有實際意義，它是按照格式要求由轉(zhuǎn)換運算產(chǎn)生的，并不是錯誤[5]。

C語言幾乎由匯編語言編寫，理論上匯編語言速度最快，但是由于某些編譯器存在代碼優(yōu)化功能，在實際編寫中，速度并不一定優(yōu)于C語言。

1.3 JAVA

Java中數(shù)值類分為整型和浮點型，具體包括double、float、int、long、byte、short六種類型。每一類型取值范圍都不一樣（見表1）。如果直接使用浮點數(shù)計算，System.out.println（0.01+0.05）的結(jié)果為：0.060000000000 000005，數(shù)據(jù)精度為實際數(shù)據(jù)位數(shù)后16位。

Java的基本數(shù)據(jù)類型并不能完整反映小數(shù)。如果需要精確計算，必須采用BigDecimal[6]。

1.4 MATLAB

MATLAB包含的數(shù)據(jù)類型很多，例如元胞、結(jié)構(gòu)、邏輯、字符串、數(shù)值、類等，數(shù)值類的計算結(jié)果被保存在ans變量中[7]。在實際計算中，如果沒有指定類型，將默認為雙精度型（double），其它數(shù)值類型還有單精度型、無符號整數(shù)、有符號整數(shù)等，此外MATLAB還支持復(fù)數(shù)，用i或j表示。

如果在MATLAB中計算1除以3的結(jié)果，即a=1/3，并設(shè)置計算精度為8位小數(shù)，則會顯示為0.33333333；而計算a=a*3的結(jié)果是1。

這證明了MATLAB在數(shù)據(jù)實際運算中不論輸出格式怎樣都會保持變量精度。[8]如果想對數(shù)據(jù)精度進行設(shè)置，可以使用digit（n）和vpa（S，n）來實現(xiàn)，其中n就是要保留的有效位數(shù)，S表示數(shù)值變量。

2 實驗對比分析

2.1 與主流編程語言對比

利用常用的編程軟件對比測試計算精度和運行時間。測試核心代碼為一個編程程序中非?；A(chǔ)和常用的for循環(huán)；測試函數(shù)為一個二次函數(shù)。為提高數(shù)據(jù)量的可參考性，進行迭代108次。

JavaScript測試代碼如下：

var x=4.237，y=0；

for （var i=0；i<100000000；i++）{

y=y+x*x；}

........

function test（func）{

var start=new Date（）.getTime（）；

func（）；var end=new Date（）.getTime（）；

return （end-start）+”ms”； }

var time=test（foo）；

C程序的測試代碼如下：

int a=clock（）；//從這開始計時

int x = 4.237； int y = 0；

for （var i=0； i<100000000； i++）

{y = y + x*x；}

return y；}

int b=clock（）；//到這結(jié)束

int c=b-a；//算出來的單位是毫秒

Java語言采用Eclipse環(huán)境編寫代碼，測試數(shù)據(jù)如下：

public class forA {

public static void main（String args[]）{

long a=System.currentTimeMillis（）；

double x=4.237；

long y=0；

for（int i=0；i<100000000；i++）{y=（long） （y+x*x）；}

System.out.print（y）；System.out.println（"r

執(zhí)行耗時 ： "+（System.currentTimeMillis（）-a）/1000f+" 秒 "）；}}

MATLAB測試代碼如下：

Tic x = 4.237；y = 0；i=0；

while i<100000000

i=i+1；y = y + x*x；

End toc

經(jīng)過對比分析，可以表示計算能力的運算時間和結(jié)果精度如表1所示。

在同一計算機上對比計算結(jié)果和運行時間，可以看出：JavaScript的計算速度最快，并且計算精度最高；C++與Java的運行時間相差不大，但Java的計算結(jié)果精度很低；MATLAB運行最慢，計算精度比Java高。

2.2 主流瀏覽器間的對比

由于不同瀏覽器采用的內(nèi)核不同，直接導(dǎo)致數(shù)據(jù)運算結(jié)果有一定差異，比如Firefox采用gecko核心，IE瀏覽器系trident核心，Google的瀏覽器Chrome采用的是webkit等。測試平臺均為以JavaScript為計算腳本的當(dāng)下最流行的幾款瀏覽器客戶端軟件，版本號為最新，其中Dreamweaver為Web前端開發(fā)常用的客戶端軟件，結(jié)果如表2所示。

在同一計算機上對比計算結(jié)果和運行時間，可以看出：所有以JavaScript為腳本語言的平臺計算精度一致，但是計算時間有差異，Dreamweaver的計算速度最慢，比其它平臺慢得多；Firefox、360、Opera、Chrome的運行時間都在100～110ms左右，相較而言，IE的運行時間較慢，在190～200ms之間。

3 結(jié)語

JavaScript作為出色的Web前端腳本語言，并非作為編程語言而開發(fā)，僅僅是解釋執(zhí)行語言。但在一定的精度和復(fù)雜度計算范圍內(nèi)，它仍然可以和C++、Java等主流編程語言相媲美。JavaScript作為一個初等編程語言，仍然有很大的發(fā)展空間，其計算能力未來可以借由類庫或插件予以提升。后續(xù)研究將從以下幾方面展開：①編譯環(huán)境對結(jié)果的影響。對于同一語言，不同的編譯環(huán)境存在著不同的核心算法和代碼優(yōu)化功能，這都會影響具體代碼的執(zhí)行情況。例如JavaScript的解釋執(zhí)行環(huán)境包括各類瀏覽器和editplus、Dreamweaver等軟件，其中Dreamweaver在同一計算機上就比處理其它數(shù)據(jù)速度慢得多；②CPU、內(nèi)存配置等的影響。較大的內(nèi)存空間很明顯可以實現(xiàn)對較大數(shù)據(jù)量代碼的支持，有效避免卡頓現(xiàn)象；③特殊函數(shù)、外部插件對數(shù)據(jù)精度的影響。此外，文中已經(jīng)說明Java自身默認處理數(shù)據(jù)精度并不理想，需要利用BigDecimal提高數(shù)據(jù)精度。JavaScript在調(diào)用外部library方法時也比使用內(nèi)部函數(shù)方法的運行速度慢，需進一步研究。

參考文獻：

[1] DAVID A PATTERSON，JOHN L.HENNESSY.計算機組成與設(shè)計：硬件/軟件接口[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011：135.

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[4] ADAM FREEMAN.HTML5權(quán)威指南[M].北京：人民郵電出版社，2014：86.

[5] 鄭莉，董淵，何江舟.C++語言程序設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010：44.

[6] 郎波.Java語言程序設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005：60.

[7] 司守奎，孫璽菁.數(shù)學(xué)建模算法與應(yīng)用[M].北京：國防工業(yè)出版社.2015：9092.

[8] 卓金武.MATLAB在數(shù)學(xué)建模中的應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2014：811.

（責(zé)任編輯：陳福時）