Node.js 在 macOS 上的启动性能退化问题分析

Node.js 在 macOS 上的启动性能退化问题分析

performance Node.js team focusing on performance 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/performan/performance

问题背景

近期 Node.js 社区发现，在 macOS 特别是 ARM64 架构的设备上，从 Node.js 22 版本开始出现了明显的启动性能退化现象。这个问题在 Linux 系统上并不明显，但在 macOS 上表现得尤为突出，引起了开发者们的关注。

性能测试数据

通过基准测试可以清晰地看到这一退化现象：

• Node.js 18: 平均 20.4ms
• Node.js 20: 平均 20.7ms
• Node.js 21: 平均 32.3ms
• Node.js 22: 平均 34.3ms-36.5ms
• Node.js 23: 平均 38.1ms

从 Node.js 18 到 Node.js 23，启动时间几乎翻倍。特别值得注意的是，这种退化主要出现在 macOS ARM64 设备上，而在 Linux x86_64 系统上，Node.js 的启动时间实际上是逐步优化的。

问题定位

通过火焰图分析和性能测试对比，开发者们将问题范围缩小到了几个关键区域：

1. InitializeOncePerProcessInternal 函数

   • 在快速版本中占 22% 时间
   • 在慢速版本中占 30% 时间
   • 主要开销来自 OpenSSL 初始化和 cppgc 初始化

2. NodeMainInstance 构造函数

   • 在两种版本中都占约 26% 时间
   • 主要开销来自 V8 快照初始化

3. NodeMainInstance::Run 方法

   • 在快速版本中占 40% 时间
   • 在慢速版本中占 28% 时间

深入分析

OpenSSL 的影响

测试发现，禁用 OpenSSL 后性能有所改善：

• 官方 Node.js 22.11.0: 35.3ms
• 本地构建带 SSL: 30.4ms
• 本地构建不带 SSL: 26.9ms

虽然 OpenSSL 确实带来了一定开销，但这并不能完全解释从 Node.js 20 到 Node.js 22 的全部性能退化。

V8 引擎升级的影响

从 V8 11.3 升级到 V8 11.8 是性能退化的一个重要分水岭。测试表明，即使将主函数改为空操作，这种退化仍然存在，说明问题出在全局初始化阶段。

平台特异性问题

这个问题在 macOS ARM64 上特别明显，而在 Linux x86_64 上几乎不可见。这表明问题可能与：

1. macOS 的动态链接和重定位机制
2. ARM64 架构特有的性能特性
3. 特定编译器在 macOS 上的优化行为

可能的解决方案方向

1. 优化 OpenSSL 初始化

   • 延迟加载 SSL 相关功能
   • 简化 SSL 初始化流程

2. 改进 V8 快照处理

   • 分析快照大小和加载时间的增长
   • 优化快照反序列化过程

3. 平台特定优化

   • 针对 macOS ARM64 进行特别优化
   • 调整编译器和链接器选项

4. 启动流程重构

   • 将非关键路径初始化延迟执行
   • 并行化初始化过程

结论

Node.js 在 macOS ARM64 平台上的启动性能退化是一个复杂的问题，涉及多个子系统的交互。虽然 OpenSSL 初始化和 V8 升级是主要因素，但平台特定的动态链接和内存访问模式也可能起到了关键作用。解决这个问题需要综合考虑这些因素，并进行有针对性的优化。

对于性能敏感的应用，目前建议暂时停留在 Node.js 20 版本，等待后续版本对此问题的修复。开发者社区正在积极研究这一问题，相信未来会有进一步的优化方案出现。

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