JavaScript计算性能对比研究
2016-12-22庞聪杜瑞林王磊贺克锋龙坤
庞聪杜瑞林王磊贺克锋龙坤++罗棋
摘 要：JavaScript的计算功能一直被编程人员所忽视，其强大的库和插件可以发挥重要作用。在同一计算机中，对比了JavaScript和主流编程语言Java、C++、MATLAB等语言的计算能力、数据精度以及处理时间，探讨JavaScript在不同主流浏览器上的计算性能状况。研究发现：在较大迭代次数条件下，JavaScript与C++、Java的数据处理时间相当、数据精度更好；比MATLAB处理速度、数据精度更优；JavaScript在主流浏览器（Firefox、Chrome、360等）的计算精度与计算速度无明显区别，可在实验测试中替换使用。
关键词关键词：JavaScript；处理时间；迭代；性能对比；数据精度；浏览器
DOIDOI：10.11907/rjdk.162059
中图分类号：TP302
文献标识码：A 文章编号文章编号：16727800（2016）011003303
0 引言
JavaScript作为当下最流行的脚本语言之一，广泛应用于PC及手机端浏览器开发。作为一种开源的、不断升级的新的编程语言，其中包括其计算性能日益优化。JavaScript的作用在1995年诞生时只是处理一些服务器验证操作，这是因为当时的服务器语言Perl等必须在服务器端才能对用户提交的表单进行验证，JavaScript很好地解决了这个问题，并在客户端处理[1]。目前，JavaScript的功能强大，不仅能处理数据验证、事件响应，还支持用户交互、复杂计算以及lamda匿名等。
JavaScript的计算功能虽然强大，但以往主要是在服务器端使用，可以像C语言一样处理大量数据，但在客户端本地的测试对比研究较少。一方面是因为JavaScript的“主战场”在服务器端；另一方面在于它的竞争对手C++、Java、MATLAB等先入为主，人们几乎忽略了JavaScript的强大计算性能[2]。
本文在研究JavaScript计算能力的基础上，与几款主流编程语言、浏览器进行对比，找出JavaScript计算方面的不足与优势。
1 主流程序设计语言计算性能理论分析
1.1 JavaScript
JavaScript中的复杂计算主要在function函数表达式内进行，它和众多程序语言一样，也支持递归、栈、闭包、对象等算法核心内容，计算都在
具体程序执行步骤为：客户端浏览器打开网页文件，
从上而下逐行读取并显示其中的HTML/脚本代码，根据解析的HTML标签完成相应的动作；当遇到
JavaScript的数据类型分为6种：Undefined、Null、Boolean、Number、String、Object，其中可以参加计算的只有数值类型（Number）。由于ECMAScript不具有严格类型，对于一些变量需要进行类型判断。比如检测变量t是否为数值类，可以用alert（typeof（t））表示，结果返回number即为数值。在JavaScript中，整数、浮点数值使用IEEE754格式来表示[4]。它能保存的数值范围为5e-324至1.7976931348623157e+308，如果具体数值超出上述范围，将会返回无穷大（Infinity）。
1.2 C++
C语言属于结构化的中级程序设计语言，它巧妙地把高级语言的数据结构和函数语句与汇编语言的直接、实用结合起来。而且它的应用范围十分广泛，不仅包括简单游戏、二三维图形以及强大的计算能力，还可以应用到嵌入式系统和单片机开发当中。
在C语言当中，数值精度由数据类型控制。由于位数限制，float有效数字的精度只有6～7位10进制，double类型得精度为14位。虽然 printf（“%30.20f”，0.3）的计算机输出为0.30000001192092896000，但后面的小数1192092896000没有实际意义，它是按照格式要求由转换运算产生的，并不是错误[5]。
C语言几乎由汇编语言编写，理论上汇编语言速度最快，但是由于某些编译器存在代码优化功能，在实际编写中，速度并不一定优于C语言。
1.3 JAVA
Java中数值类分为整型和浮点型，具体包括double、float、int、long、byte、short六种类型。每一类型取值范围都不一样（见表1）。如果直接使用浮点数计算，System.out.println（0.01+0.05）的结果为：0.060000000000 000005，数据精度为实际数据位数后16位。
Java的基本数据类型并不能完整反映小数。如果需要精确计算，必须采用BigDecimal[6]。
1.4 MATLAB
MATLAB包含的数据类型很多，例如元胞、结构、逻辑、字符串、数值、类等，数值类的计算结果被保存在ans变量中[7]。在实际计算中，如果没有指定类型，将默认为双精度型（double），其它数值类型还有单精度型、无符号整数、有符号整数等，此外MATLAB还支持复数，用i或j表示。
如果在MATLAB中计算1除以3的结果，即a=1/3，并设置计算精度为8位小数，则会显示为0.33333333；而计算a=a*3的结果是1。
这证明了MATLAB在数据实际运算中不论输出格式怎样都会保持变量精度。[8]如果想对数据精度进行设置，可以使用digit（n）和vpa（S，n）来实现，其中n就是要保留的有效位数，S表示数值变量。
2 实验对比分析
2.1 与主流编程语言对比
利用常用的编程软件对比测试计算精度和运行时间。测试核心代码为一个编程程序中非常基础和常用的for循环；测试函数为一个二次函数。为提高数据量的可参考性，进行迭代108次。
JavaScript测试代码如下：
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程序的测试代码如下：
int a=clock（）；//从这开始计时
int x = 4.237； int y = 0；
for （var i=0； i<100000000； i++）
{y = y + x*x；}
return y；}
int b=clock（）；//到这结束
int c=b-a；//算出来的单位是毫秒
Java语言采用Eclipse环境编写代码，测试数据如下：
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
执行耗时 ： "+（System.currentTimeMillis（）-a）/1000f+" 秒 "）；}}
MATLAB测试代码如下：
Tic x = 4.237；y = 0；i=0；
while i<100000000
i=i+1；y = y + x*x；
End toc
经过对比分析，可以表示计算能力的运算时间和结果精度如表1所示。
在同一计算机上对比计算结果和运行时间，可以看出：JavaScript的计算速度最快，并且计算精度最高；C++与Java的运行时间相差不大，但Java的计算结果精度很低；MATLAB运行最慢，计算精度比Java高。
2.2 主流浏览器间的对比
由于不同浏览器采用的内核不同，直接导致数据运算结果有一定差异，比如Firefox采用gecko核心，IE浏览器系trident核心，Google的浏览器Chrome采用的是webkit等。测试平台均为以JavaScript为计算脚本的当下最流行的几款浏览器客户端软件，版本号为最新，其中Dreamweaver为Web前端开发常用的客户端软件，结果如表2所示。
在同一计算机上对比计算结果和运行时间，可以看出：所有以JavaScript为脚本语言的平台计算精度一致，但是计算时间有差异，Dreamweaver的计算速度最慢，比其它平台慢得多；Firefox、360、Opera、Chrome的运行时间都在100～110ms左右，相较而言，IE的运行时间较慢，在190～200ms之间。
3 结语
JavaScript作为出色的Web前端脚本语言，并非作为编程语言而开发，仅仅是解释执行语言。但在一定的精度和复杂度计算范围内，它仍然可以和C++、Java等主流编程语言相媲美。JavaScript作为一个初等编程语言，仍然有很大的发展空间，其计算能力未来可以借由类库或插件予以提升。后续研究将从以下几方面展开：①编译环境对结果的影响。对于同一语言，不同的编译环境存在着不同的核心算法和代码优化功能，这都会影响具体代码的执行情况。例如JavaScript的解释执行环境包括各类浏览器和editplus、Dreamweaver等软件，其中Dreamweaver在同一计算机上就比处理其它数据速度慢得多；②CPU、内存配置等的影响。较大的内存空间很明显可以实现对较大数据量代码的支持，有效避免卡顿现象；③特殊函数、外部插件对数据精度的影响。此外，文中已经说明Java自身默认处理数据精度并不理想，需要利用BigDecimal提高数据精度。JavaScript在调用外部library方法时也比使用内部函数方法的运行速度慢，需进一步研究。
参考文献：
[1] DAVID A PATTERSON，JOHN L.HENNESSY.计算机组成与设计：硬件/软件接口[M].北京：机械工业出版社，2011：135.
[2] NICHOLAS C.ZAHAS.JavaScript高级程序设计[M].北京：人民邮电出版社，2012：689696.
[3] LOIANE GRONER.学习JavaScript数据结构与算法[M].北京：人民邮电出版社，2015：1932.
[4] ADAM FREEMAN.HTML5权威指南[M].北京：人民邮电出版社，2014：86.
[5] 郑莉，董渊，何江舟.C++语言程序设计[M].北京：清华大学出版社，2010：44.
[6] 郎波.Java语言程序设计[M].北京：清华大学出版社，2005：60.
[7] 司守奎，孙玺菁.数学建模算法与应用[M].北京：国防工业出版社.2015：9092.
[8] 卓金武.MATLAB在数学建模中的应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2014：811.
（责任编辑：陈福时）
