JavaScript 数组的进化与性能分析

简介

JavaScript 中的数组是一种常用的数据结构，用于存储一组有序的数据。在 JavaScript 数组的进化过程中，出现了多种不同的实现方式，每种实现方式都有其优缺点。本文将简要介绍 JavaScript 数组的进化历程，并根据不同实现方式对其性能进行分析和比较。

传统数组实现

最早的 JavaScript 数组实现方式是使用类数组对象。这种实现方式的对象包含一个数字类型的 length 属性，以及一组以数字类型为索引的属性。例如：

var arr = {
  0: 'a',
  1: 'b',
  2: 'c',
  length: 3
};

传统数组实现方式的缺点在于它的操作效率较低。在向数组中插入或删除元素时，需要重建整个数组，这会导致性能损失。同时，在读取数组中元素时，由于元素的存储顺序不连续，需要进行一定的计算，也会导致一定的性能损失。

装箱数组实现

为了解决传统数组实现方式的性能问题，JavaScript 标准将数组定义为一种特殊的对象类型，并在 JavaScript 引擎内部对其进行优化。这种实现方式被称为“装箱数组”。

在装箱数组实现中，数组元素被存储在连续的内存区域中，索引即为元素在内存中的地址。这种实现方式使得读取数组中元素的速度更快，但在向数组中插入或删除元素时，仍需要移动其后续元素，因此仍存在一定的性能损失。

var arr = ['a', 'b', 'c'];

哈希数组实现

为了进一步优化数组的性能，JavaScript 引擎内部提供了另一种数组实现方式，即“哈希数组”。

在哈希数组实现中，数组被存储在对象的属性中，每个属性对应一个数组元素。键的名称即为元素的下标。这种实现方式在读取和更新数组元素时都具有较高的性能。

var arr = {
  0: 'a',
  1: 'b',
  2: 'c',
  length: 3
};

性能分析

在实际使用中，不同的数组实现方式对于不同的应用场景都有不同的优缺点。下表是对三种数组实现方式的性能比较：

操作类型	传统数组	装箱数组	哈希数组
读取	O(1)	O(1)	O(1)
插入（尾部）	O(n)	O(1)	O(1)
插入（中部）	O(n)	O(n)	O(n)
删除（尾部）	O(n)	O(1)	O(1)
删除（中部）	O(n)	O(n)	O(n)

由上表可以看出，不同的操作类型对不同的数组实现方式的性能影响不同。因此，在实际使用中，需要根据具体的应用场景选择最合适的数组实现方式。

示例

示例1：求和算法

下面是求和算法的三种实现方式。可以看到，哈希数组实现的代码最简洁，且具有最好的性能：

传统数组实现：

var arr = [1, 2, 3],
    sum = 0;

for (var i = 0; i < arr.length; i++) {
  sum += arr[i];
}

console.log(sum);  // 输出 6

装箱数组实现：

var arr = new Array(1, 2, 3),
    sum = 0;

for (var i = 0; i < arr.length; i++) {
  sum += arr[i];
}

console.log(sum);  // 输出 6

哈希数组实现：

var arr = {
  0: 1,
  1: 2,
  2: 3,
  length: 3
},
    sum = 0;

for (var i = 0; i < arr.length; i++) {
  sum += arr[i];
}

console.log(sum);  // 输出 6

示例2：删除元素算法

下面是删除元素算法的三种实现方式。可以看到，传统数组实现的代码最简洁，但由于需要移动元素，性能最差：

传统数组实现：

var arr = [1, 2, 3],
    index = 1;

for (var i = index; i < arr.length - 1; i++) {
  arr[i] = arr[i + 1];
}

arr.length--;

console.log(arr);  // 输出 [1, 3]

装箱数组实现：

var arr = new Array(1, 2, 3),
    index = 1;

arr.splice(index, 1);

console.log(arr);  // 输出 [1, 3]

哈希数组实现：

var arr = {
  0: 1,
  1: 2,
  2: 3,
  length: 3
},
    index = 1;

for (var i = index; i < arr.length - 1; i++) {
  arr[i] = arr[i + 1];
}

arr.length--;

console.log(arr);  // 输出 {0: 1, 1: 3, length: 2}