V8 Number类压缩

之前知道V8对堆地址和小整数(Smi)即Number类进行了压缩，只保存了低32bit的地址，但调试时就会发现高位地址并非全0，便好奇高位地址的作用是什么。

Smi就是指针是合法的整形。

arduino 复制代码

class Smi: public Object {
public:
    inline int32_t value(){
        return static_cast<int32_t>(reinterpret_cast<intptr_t>(this)) >> 1;
    }

    static Smi* fromInt(int32_t value){
        intptr_t tagged_value = (static_cast<intptr_t>(value) << 1) | 0;
        return reinterpret_cast<Smi*>(tagged_value);
    }

    static bool isSmi(Smi* ptr){
        return (reinterpret_cast<intptr_t>(ptr) & 1) == 0;
    }
};

原因

任何独特的操作都有其出现的原因。

1. 64位系统的内存利用率问题

在64位系统中，原生指针占用8字节（64位），而JavaScript对象（如对象头、属性指针等）大量使用指针，导致内存浪费。
- 有一个生活中比较能理解的例子，用过edge的朋友都知道，网页一开多内存的占用会达到非常夸张的巨大程度。

2. 堆内存范围的限制

V8将堆内存限制在 4GB或不到的连续虚拟地址空间 内。
- 4GB的地址空间仅需32位（(2^{32} = 4,294,967,296) 字节）即可覆盖，因此低32位足以表示堆内任何对象的偏移量。

3. 高32位的固定基址设计

基址的高位固定 ： V8在初始化堆时，分配一块连续内存区域，并确保其起始地址（基址）的高32位是固定的（如0x00001234）。

4. 压缩的收益

内存节省：将指针从8字节压缩为4字节，显著减少JavaScript对象的内存占用（如对象头、隐藏类、属性指针等），降低GC压力。
性能提升：更小的内存占用提高了CPU缓存命中率，减少内存带宽消耗，从而加速代码执行。

标记值（Tagged Values）的存储

Smi：
- 64位架构下使用32位存储数值，低32位直接保存整数（符号扩展到64位）。
- 标记位为最低位0，与指针区分。
指针：
- 低32位存储从基地址开始的偏移量，标记位为01（区分强/弱引用）。
- 高32位通过基地址隐式确定，无需存储。

所以高位地址的作用是什么？同样是32位内容的存储。

性能优化过程

分支优化 ：发现有分支解压代码比无分支快7%（依赖CPU分支预测）。
消除冗余操作 ：在TurboFan编译器中新增"解压消除"阶段，减少不必要的压缩/解压操作。
汇编优化 ：直接加载并符号扩展32位值，减少指令数。
模式匹配修复 ：调整优化阶段的匹配规则，恢复分配预配置等关键优化。
Smi处理改进 ：忽略Smi高32位，统一解压逻辑（无条件加基地址）。

回归源代码

v8/src/heap/heap-write-barrier.cc at main · v8/v8

scss 复制代码

#ifdef V8_COMPRESS_POINTERS  // 条件编译：仅在启用指针压缩时生效

// 获取当前线程的标记屏障（Marking Barrier）
// 用于追踪堆中对象的存活状态，确保垃圾回收的正确性
MarkingBarrier* marking_barrier = CurrentMarkingBarrier(host);

// 通过标记屏障获取当前Isolate实例（V8的隔离环境）
// IsolateForPointerCompression 是用于指针压缩的上下文封装
IsolateForPointerCompression isolate(marking_barrier->heap()->isolate());

// 获取C++堆指针表（管理外部C++对象的压缩指针）
CppHeapPointerTable& table = isolate.GetCppHeapPointerTable();

// 获取指针表对应的空间（Space是内存管理的基本单位）
CppHeapPointerTable::Space* space = isolate.GetCppHeapPointerTableSpace();

// 从插槽中以宽松内存顺序加载压缩后的外部指针句柄（32位偏移量）
// Relaxed_LoadHandle() 避免不必要的内存屏障开销
ExternalPointerHandle handle = slot.Relaxed_LoadHandle();

// 标记该外部指针为存活：
// 1. 通过基地址（隐含在Isolate中） + 偏移量（handle）解压指针
// 2. 在垃圾回收中标记对应的C++对象为存活
// 3. slot.address() 提供原始存储地址，用于记录或更新指针
table.Mark(space, handle, slot.address());

#endif  // V8_COMPRESS_POINTERS  // 结束指针压缩条件编译

包括ForRangeImpl 函数中获取页地址也是通过压缩后的地址获取的。

ini 复制代码

Tagged_t compressed_page = tagged_value & kPageMask;

效果

让V8拥有64位应用的性能，同时拥有32位的内存占用。