2021 年 JavaScript Promise 性能对比

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;
  }
};