2021 年 JavaScript Promise 性能对比

2021-12-07技术向约 1.6 千字

我们正生活在一个「Any application that can be written in JavaScript, will eventually be written in JavaScript」的时代。作为一门兼具动态性和简单性的语言，JavaScript 已经占领了客户端、服务端，甚至在机器学习中也占据一席之地；不可避免的，异步执行也逐渐成为这门语言不可缺少的一部分。

TL; DR

Bluebird 依然是速度最快、内存占用最少的 Promise 实现
Runtime 的 async / await 实现越来越快、顺序执行的性能已经超过 Native Promise，占用的内存也更少
对于平行并发执行的 Promise，Bluebird 的性能依然一骑绝尘。编写运行在 Node.js 上的服务端程序仍然需要评估是否有必要引入 Bluebird
所有对 Async / Await 的转译都不可避免的引入性能损耗；TypeScript Compiler（tsc）转译时引入的性能开销尤为明显，一般比原生 Async / Await 要慢至少两倍，同时要消耗更多的内存。

背景知识

Node.js / v8 的 Promise 实现

关于 Bluebird vs Native，相信大部分读者肯定有一个问题：Bluebird 作为 Promise 的一个 JavaScript 实现，竟然会比 V8（Node.js 是基于 Chrome 的 V8 JavaScript 引擎的 Runtime）的 Native Promise 实现还快？

实际上在 2017 年之前，V8 的 Promise 也是用 JavaScript 实现的、且并不完美，例如在 Promise 初始化时就分配数组给 Promise Handler 导致不必要的内存占用；V8 直到 2016 年 5 月才对此进行了优化（V8 5.3.55）。V8 到 2016 年 12 月开始使用 C++ 实现 Promise（V8 5.7.142）、在 Node.js 8 中落地（Node.js 7 使用的是 V8 5.5，Node.js 8 使用的是 V8 5.8）。

衡量 Promise 性能的方式

Gorgi Kosev 在 2013 年 8 月发布了「Analysis of generators and other async patterns in node」，详细介绍了 Generator Function，并与当时常见的异步实现（如 Q.js）、回调地狱的解决方案（flatten.js）的性能和编写难度进行了比较。Gorgi Kosev 提供了一段基于 Doxbee 的业务伪代码、涉及「数据库连接」「数据库事务回滚」「文件上传」「查询执行」等典型的 CRUD 和阻塞操作。后来，Bluebird 的作者为这段伪代码补充了一个 mock context，「Doxbee Benchmark」便成为了衡量 JavaScript 异步实现的性能的标准方法。V8 团队的 Maya Lekova 在修改 ECMAScript Spec 时，也使用了 Doxbee Benchmark 的数据来阐述修改的必要性。

顺便一提，早期 Promise 实现的性能完全无法入眼、一直被 JavaScript 开发者诟病，直到 2013 年 12 月 Petka Antonov 发布了 Bluebird 的首个版本，JavaScript 社区对 Promise 的印象才大幅改观。

Bluebird 为什么这么快？

Bluebird 发布时，比同类实现快了将近 100 倍、内存占用却不到同类的十分之一；数年过去了，JavaScript 引擎的 JIT 不断进化（例如 V8 用 Turbofan 代替了 CrankShift），Bluebird 的性能依然在众多实现中出类拔萃脱颖而出。2016 年 Bluebird 的作者 Petka Antonov 写过一篇文章「Three JavaScript performance fundamentals that make Bluebird fast」，分享了三个简单且行之有效的 JavaScript 性能优化技巧。

Benchmark

此次 Benchmark 基于 V8 团队衡量 Async 优化、修改 ES Spec 时使用的 v8/promise-performance-tests Benchmark Suite，额外增加了内存 RSS 统计，你可以前往查看 Fork 后修改的版本。

运行环境为：

OS: Darwin 21.1.0 x64
CPU: Intel(R) Core(TM) i9-9880H CPU @ 2.30GHz x 16
Memory: 32768 MiB

Bluebird vs Native Promise vs Native Async / Await

顺序执行

顺序执行的 Promise 的特点是后一个 Promise 会用到前一个 Promise resolve 的值、只能在前一个 Promise fullfil 后执行：

const user = await fetch('/api/users/1');
const job = await fetch(`/api/jobs/${user.jobId}`);
const colleagues = await fetch(`/api/users/job/${job.id}`);

从 Node.js 12 开始，async/await 异步顺序执行的速度最快、占用内存最少，和 Node.js 12 使用的 V8 版本包含 Fast Async 的 Patch 不无关系；同时，Bluebird 比 Native Promise 的速度要快，占用的内存也更少。

平行执行

平行执行的 Promise 特点是数个 Promise 之间不存在依赖关系；虽然 JavaScript 是单线程的，当一个 Promise（非阻塞地）从外部 Worker（如 Network、File I/O 等）等待响应数据时，Runtime 可以将下一个 Promise 塞入 Event Loop 中：

const userIds = [21, 42, 84, 168];
const users = await Promise.all(userIds.map(id => fetch(`/api/users/${id}`)));

平行执行的 Promise 的特点是使用 Promise.all 或 Promise.allSettled；Bluebird 除 Bluebird.all 以外，还有 Bluebird.map 和 Bluebird.join 可被用于平行执行。

Bluebird 在平行执行时的性能一骑绝尘，比 Native 实现速度快 2~3 倍、内存占用却微不足道。

Native Promise vs JavaScript Promise

截至本文写就，绝大部分浏览器均已支持 Promise。但是如果要为古董浏览器如 IE 提供 Promise 支持，则依然需要使用 JavaScript 实现的 Polyfill。

参与 Benchmark 的 Promise 实现有：

Bluebird
core-js（Babel、swc 都依赖的 polyfill 集合）
es6-promise@npm
es6-promise-polyfill@npm
promise@npm
promise-polyfill@npm
Q.js（支持 new Q.Promise 和 Q.Promise 两种使用方式，测试时调用不使用 new）
SPromiseMeSpeed （自称是最快的 Promise 实现、比 Bluebird 还快 2~548 倍）
Zousan

顺序执行

不出意外，Bluebird 顺序执行的性能比 Native 还要优秀，内存占用更是不到 Native 的 1/3；core-js、SPromiseMeSpeed、promise@npm 和 es6-promise-polyfill@npm 的性能与内存占用和 Native 实现接近。

平行执行

Bluebird 在平行执行上的表现依然一骑绝尘，promise@npm 也取得了类似的不凡成绩；而 core-js 等提供 Polyfill 则显得些许力不从心。

Async / Await

截止到本文写就，不支持 Async Function 的浏览器也已经屈指可数。如果要向下兼容仅支持 ES2016 甚至 ES5 的浏览器的话，依然需要通过转译的方式来模拟 Async Function 的行为。

参与 Benchmark 的转译器有：

Babel 默认使用的 regenerator-runtime
Babel 的一个非官方插件 fast-async
Babel 的另一个非官方插件 babel-plugin-transform-async-to-promises
tsc，TypeScript 的官方 Compiler

Benchmark 包括顺序执行（doxbee）、平行执行（parallel）和一个由 v8 提供的 Fibonacci 的计算测试：

async function* fibonacciSequence() {
  for (let a = 0, b = 1; ;) {
    yield a;
    const c = a + b;
    a = b;
    b = c;
  }
}

async function fibonacci(id, n) {
  for await (const value of fibonacciSequence()) {
    if (n-- === 0) return value;
  }
};

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本文作者

Sukka

发布于

2021-12-07

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