60 亿次 for 循环，原来这么多东西

原由

有人在思否论坛上向我付费提问
当时以为，这我的问的有问题吧。仔细一看，仍是有点东西的

问题重现

编写一段 Node.js代码

var http = require('http');
  
http.createServer(function (request, response) {
    var num = 0
    for (var i = 1; i < 5900000000; i++) {
        num += i
    }
    response.end('Hello' + num);
}).listen(8888);

使用 nodemon启动服务,用 time curl调用这个接口

首次须要7.xxs耗时javascript
屡次调用后，问题重现前端

为何这个耗时忽然变高，因为我是调用的是本机服务，我看 CPU使用当时很高，差很少打到 100%了.可是我后面发现不是这个问题.

问题排查

排除掉 CPU问题，看内存消耗占用。

var http = require('http');

http
  .createServer(function(request, response) {
    console.log(request.url, 'url');
    let used = process.memoryUsage().heapUsed / 1024 / 1024;

    console.log(
      `The script uses approximately ${Math.round(used * 100) / 100} MB`,
      'start',
    );
    console.time('测试');
    let num = 0;
    for (let i = 1; i < 5900000000; i++) {
      num += i;
    }
    console.timeEnd('测试');
    used = process.memoryUsage().heapUsed / 1024 / 1024;
    console.log(
      `The script uses approximately ${Math.round(used * 100) / 100} MB`,
      'end',
    );
    response.end('Hello' + num);
![](https://imgkr2.cn-bj.ufileos.com/13455121-9d87-42c3-a32e-ea999a2cd09b.png?UCloudPublicKey=TOKEN_8d8b72be-579a-4e83-bfd0-5f6ce1546f13&Signature=E3cF2kymC92LifrIC5IOfIZQvnk%253D&Expires=1598883364)

![](https://imgkr2.cn-bj.ufileos.com/1e7b95df-2a48-41c3-827c-3c24b39f4b5b.png?UCloudPublicKey=TOKEN_8d8b72be-579a-4e83-bfd0-5f6ce1546f13&Signature=%252FANTTuhgbpIsXslXMc1qCkj2TMU%253D&Expires=1598883362)

  })
  .listen(8888);

测试结果：
内存占用和 CPU都正常
跟字符串拼接有关，此刻关闭字符串拼接（此时为了快速测试，我把循环次数降到 5.9亿次）

发现耗时稳定下来了

定位问题在字符串拼接，先看看字符串拼接的几种方式

1、使用链接符 “+” 把要链接的字符串连起来

var a = 'java'
var b = a + 'script'

* 只链接100个如下的字符串建议用这种方法最方便java

2、使用数组的 join 方法链接字符串

var arr = ['hello','java','script']
var str = arr.join("")

比第一种消耗更少的资源，速度也更快node
3、使用模板字符串，以反引号（ ` ）标识web

var a = 'java'
var b = `hello ${a}script`

4、使用 JavaScript concat() 方法链接字符串

var a = 'java'
var b = 'script'

var str = a.concat(b)

5、使用对象属性来链接字符串

function StringConnect(){
    this.arr = new Array()
}

StringConnect.prototype.append = function(str) {
    this.arr.push(str)
}

StringConnect.prototype.toString = function() {
    return this.arr.join("")
}

var mystr = new StringConnect()

mystr.append("abc")
mystr.append("def")
mystr.append("g")

var str = mystr.toString()

更换字符串的拼接方式

我把字符串拼接换成了数组的 join方式(此时循环 5.9亿次)

var http = require('http');

http
  .createServer(function(request, response) {
    console.log(request.url, 'url');
    let used = process.memoryUsage().heapUsed / 1024 / 1024;

    console.log(
      `The script uses approximately ${Math.round(used * 100) / 100} MB`,
      'start',
    );
    console.time('测试');
    let num = 0;
    for (let i = 1; i < 590000000; i++) {
      num += i;
    }
    const arr = ['Hello'];
    arr.push(num);
    console.timeEnd('测试');
    used = process.memoryUsage().heapUsed / 1024 / 1024;
    console.log(
      `The script uses approximately ${Math.round(used * 100) / 100} MB`,
      'end',
    );
    response.end(arr.join(''));
  })
  .listen(8888);

测试结果，发现接口调用的耗时稳定了( 注意此时是5.9亿次循环)

《javascript高级程序设计》中，有一段关于字符串特色的描述，原文大概以下： ECMAScript中的字符串是不可变的，也就是说，字符串一旦建立，他们的值就不能改变。要改变某个变量的保存的的字符串，首先要销毁原来的字符串，而后再用另一个包含新值的字符串填充该变量

就完了？

用 +直接拼接字符串天然会对性能产生一些影响，由于字符串是不可变的，在操做的时候会产生临时字符串副本， +操做符须要消耗时间，从新赋值分配内存须要消耗时间。
可是，我更换了代码后，发现，即便没有字符串拼接，也会耗时不稳定

var http = require('http');

http
  .createServer(function(request, response) {
    console.log(request.url, 'url');
    let used = process.memoryUsage().heapUsed / 1024 / 1024;

    console.log(
      `The script uses approximately ${Math.round(used * 100) / 100} MB`,
      'start',
    );
    console.time('测试');
    let num = 0;
    for (let i = 1; i < 5900000000; i++) {
    //   num++;
    }
    const arr = ['Hello'];
    // arr[1] = num;
    console.timeEnd('测试');
    used = process.memoryUsage().heapUsed / 1024 / 1024;
    console.log(
      `The script uses approximately ${Math.round(used * 100) / 100} MB`,
      'end',
    );
    response.end('hello');
  })
  .listen(8888);

测试结果：
如今我怀疑，不只仅是字符串拼接的效率问题，更重要的是 for循环的耗时不一致

var http = require('http');

http
  .createServer(function(request, response) {
    console.log(request.url, 'url');
    let used = process.memoryUsage().heapUsed / 1024 / 1024;

    console.log(
      `The script uses approximately ${Math.round(used * 100) / 100} MB`,
      'start',
    );
    let num = 0;
    console.time('测试');
    for (let i = 1; i < 5900000000; i++) {
    //   num++;
    }
    console.timeEnd('测试');
    const arr = ['Hello'];
    // arr[1] = num;
    used = process.memoryUsage().heapUsed / 1024 / 1024;
    console.log(
      `The script uses approximately ${Math.round(used * 100) / 100} MB`,
      'end',
    );
    response.end('hello');
  })
  .listen(8888);

测试运行结果：
for循环内部的 i++其实就是变量不断的从新赋值覆盖
通过个人测试发现， 40亿次跟 50亿次的区别，差距很大， 40亿次的for循环，都是稳定的，可是 50亿次就不稳定了.
Node.js的 EventLoop:

咱们目前被阻塞的状态：数组
我电脑的CPU使用状况微信

优化方案

遇到了 60亿次的循环，像有使用多进程异步计算的，可是本质上没有解决这部分循环代码的调用耗时。
改变策略，拆解单次次数过大的 for循环：

var http = require('http');

http
  .createServer(function(request, response) {
    console.log(request.url, 'url');
    let used = process.memoryUsage().heapUsed / 1024 / 1024;

    console.log(
      `The script uses approximately ${Math.round(used * 100) / 100} MB`,
      'start',
    );
    let num = 0;
    console.time('测试');
    for (let i = 1; i < 600000; i++) {
      num++;
      for (let j = 0; j < 10000; j++) {
        num++;
      }
    }
    console.timeEnd('测试');
    const arr = ['Hello'];
    console.log(num, 'num');
    arr[1] = num;
    used = process.memoryUsage().heapUsed / 1024 / 1024;
    console.log(
      `The script uses approximately ${Math.round(used * 100) / 100} MB`,
      'end',
    );
    response.end(arr.join(''));
  })
  .listen(8888);

结果，耗时基本稳定， 60亿次循环总共：

推翻字符串的拼接耗时说法

修改代码回最原始的 +方式拼接字符串

var http = require('http');

http
  .createServer(function(request, response) {
    console.log(request.url, 'url');
    let used = process.memoryUsage().heapUsed / 1024 / 1024;

    console.log(
      `The script uses approximately ${Math.round(used * 100) / 100} MB`,
      'start',
    );
    let num = 0;
    console.time('测试');
    for (let i = 1; i < 600000; i++) {
      num++;
      for (let j = 0; j < 10000; j++) {
        num++;
      }
    }
    console.timeEnd('测试');
    // const arr = ['Hello'];
    console.log(num, 'num');
    // arr[1] = num;
    used = process.memoryUsage().heapUsed / 1024 / 1024;
    console.log(
      `The script uses approximately ${Math.round(used * 100) / 100} MB`,
      'end',
    );
    response.end(`Hello` + num);
  })
  .listen(8888);

测试结果稳定，符合预期：

总结：

对于单次循环超过必定阀值次数的，用拆解方式， Node.js的运行耗时是稳定，可是若是是循环次数过多，那么就会出现刚才那种状况，阻塞严重，耗时不同。
为何？

深度分析问题

遍历60亿次，这个数字是有一些大了，若是是40亿次，是稳定的
这里应该仍是跟 CPU有一些 关系，由于 top 查看一直是在升高
此处虽然不是真正意义上的内存泄漏，可是咱们若是在一个循环中不只要不断更新 i的值到 60亿，还要不断更新 num的值 60亿，内存使用会不断上升，最终出现两份 60亿的数据，而后再回收。（ 由于GC自动垃圾回收，同样会阻塞主线程，屡次接口调用后， CPU占用也会升高）
使用 for循环拆解后：

 for (let i = 1; i < 60000; i++) {
      num++;
      for (let j = 0; j < 100000; j++) {
        num++;
      }
    }

只要 num到 60亿便可,解决了这个问题。

哪些场景会遇到这个相似的超大计算量问题：

图片处理
加解密

❝
若是是异步的业务场景，也能够用多进程参与解决超大计算量问题，今天这里就不重复介绍了app
❞

最后

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