分享一篇可視化的JS引擎執(zhí)行流程

前言

這是一篇不錯(cuò)譯文，我強(qiáng)烈推薦的原因在于:

在用動(dòng)圖的形式生動(dòng)形象的講述了JavaScript引擎基本原理。

圖片制作并非本人，如有侵權(quán)，會(huì)刪除。

接觸了前端這么久以來(lái)，你每天跟JS打交道，你肯定也和我一樣認(rèn)為JavaScript很酷。但機(jī)器怎么能真正理解你寫的代碼呢？

由上面的思考點(diǎn),才引出此文:

帶你了解一下JavaScript引擎的基本原理，看看它是如何處理我們對(duì)人類友好的JS代碼，并將其轉(zhuǎn)化為機(jī)器所能理解的東西。

作為JavaScript的開發(fā)者，清楚明白它的過(guò)程，絕對(duì)是一件好事情。

基本概念

在這之前，我們得了解一些JS引擎的基礎(chǔ)知識(shí)。

什么是JS引擎，它幫我們做了什么事情呢？

我們都知道，我們寫得代碼，經(jīng)過(guò)處理，交給CPU，它是不認(rèn)識(shí)的，無(wú)法去執(zhí)行。而CPU認(rèn)識(shí)的是自己的指令集，指令集對(duì)應(yīng)的是匯編代碼。我們不可能去編寫這些指令集，于是乎，它出現(xiàn)了:

JavaScirpt引擎可以將JS代碼編譯為不同CPU(Intel, ARM以及MIPS等)對(duì)應(yīng)的匯編代碼，這樣我們才不要去翻閱每個(gè)CPU的指令集手冊(cè)。

當(dāng)然了，編譯代碼不是它的唯一功能，比如代碼的執(zhí)行，分配內(nèi)存，垃圾回收機(jī)制都是它工作的。

對(duì)它有了一個(gè)大致的認(rèn)識(shí)，那我們常見的JS引擎有哪些呢？我發(fā)現(xiàn)，最知名的肯定是V8，至于一些其他的，感興趣的可以去查一查資料，

比如還有:

• SpiderMonkey (Mozilla)
• JavaScriptCore (Apple)
• Chakra (Microsoft)
• IOT：duktape、JerryScript

V8的內(nèi)容太多了，篇幅有限，后續(xù)再出一篇文章聊一聊。

太出名了，所以這篇文章介紹的知識(shí)主要基于 Node.js 和基于 Chromium 的瀏覽器所用的 V8 引擎。

主要流程圖

細(xì)節(jié)很多，所以主要分析的是主要的流程，如圖:

從圖上，我們可以總結(jié)一下幾個(gè)點(diǎn):

• 生成抽象語(yǔ)法樹
• 詞法分析
• 語(yǔ)法分析
• 生成字節(jié)碼
• 執(zhí)行代碼
• 即時(shí)編譯
• 內(nèi)聯(lián)緩存

生成抽象語(yǔ)法樹

HTML解析器遇到了一個(gè)帶有源的腳本標(biāo)簽。這個(gè)源的代碼會(huì)從網(wǎng)絡(luò)、緩存或已安裝的服務(wù)工作者那里加載。響應(yīng)是請(qǐng)求的腳本作為字節(jié)流，由字節(jié)流解碼器來(lái)處理。字節(jié)流解碼器對(duì)正在下載的字節(jié)流進(jìn)行解碼。

詞法分析

生成抽象語(yǔ)法樹的 第一個(gè)階段是分詞（tokenize），又叫詞法分析。

字節(jié)流解碼器會(huì)先從代碼字節(jié)流中創(chuàng)建 令牌 （token）。

注：令牌可以理解為語(yǔ)法上不可能再分的，最小的單個(gè)字符或字符串)。

例如，0066解碼為f，0075解碼為u，006e解碼為n，0063解碼為c，0074解碼為t，0069解碼為i，006f解碼為o，006e解碼為n，接著后面是一個(gè)空格。然后你會(huì)發(fā)現(xiàn)，他們組合起來(lái)就是 function。

這是JavaScript中的一個(gè)保留關(guān)鍵字。

一個(gè)令牌被創(chuàng)建，并被發(fā)送到解析器（parser）。其余的字節(jié)流也是如此,具體如下圖:

語(yǔ)法分析

第二個(gè)階段是解析（parse），也叫語(yǔ)法分析。

該引擎使用兩個(gè)解析器：預(yù)解析器和解析器。為了減少加載網(wǎng)站的時(shí)間，該引擎試圖避免解析那些不需要立即使用的代碼。

預(yù)解析器處理以后可能會(huì)用到的代碼，而解析器則處理立即需要的代碼!

如果某個(gè)函數(shù)只有在用戶點(diǎn)擊某個(gè)按鈕后才會(huì)被調(diào)用，那么就沒有必要為了加載網(wǎng)站而立即編譯這段代碼了。

如果用戶最終點(diǎn)擊了按鈕，需要那段代碼，它就會(huì)被送到解析器中。

解析器根據(jù)它從字節(jié)流解碼器收到的標(biāo)記創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)。通過(guò)這些節(jié)點(diǎn)，它創(chuàng)建了一個(gè)抽象語(yǔ)法樹或AST，如圖:

值得思考的是，AST到底是什么呢？(到底是怎么樣的一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)呢,babel里面是不是也有這些概念呢)

接下來(lái)，是解釋器的時(shí)間了，解釋器瀏覽AST，并根據(jù)AST包含的信息生成字節(jié)代碼。一旦字節(jié)碼被完全生成，AST就會(huì)被刪除，從而清除內(nèi)存空間。最后，我們有了一個(gè)機(jī)器可以工作的東西。

生成字節(jié)碼

剛剛我們提到，解釋器瀏覽AST，并根據(jù)AST包含的信息生成字節(jié)代碼，那么它的過(guò)程是怎么樣的呢？

大致上，你可以這么理解:

AST交給解釋器（interpreter），遍歷整個(gè)AST，就會(huì)生成字節(jié)碼。當(dāng)字節(jié)碼生成后，AST 便會(huì)被刪除以節(jié)省內(nèi)存空間。最終我們得到了更貼近 機(jī)器碼 的 字節(jié)碼。

這里的 字節(jié)碼 是介于 AST 和 機(jī)器碼 之間的一種代碼，它還是需要通過(guò) 解釋器 將其轉(zhuǎn)換為 機(jī)器碼 后才能執(zhí)行

那我們通過(guò)一個(gè)圖來(lái)看看它的過(guò)程吧:

代碼執(zhí)行

我們有了字節(jié)碼后，就可以進(jìn)入執(zhí)行階段了。

即時(shí)編譯

雖然字節(jié)碼的速度很快，但它還可以更快。當(dāng)這個(gè)字節(jié)碼運(yùn)行時(shí)，信息就會(huì)被生成。

它可以檢測(cè)到某些行為是否經(jīng)常發(fā)生，以及被使用的數(shù)據(jù)類型。也許你一直在調(diào)用一個(gè)函數(shù)幾十次：是時(shí)候優(yōu)化它了，這樣它的運(yùn)行速度會(huì)更快 。字節(jié)代碼，連同生成的類型反饋，被發(fā)送到優(yōu)化編譯器。優(yōu)化編譯器接收字節(jié)碼和類型反饋，并從中生成高度優(yōu)化的機(jī)器代碼。

這種技術(shù)也被稱為 即時(shí)編譯（JIT：Just In Time），而上面所說(shuō)的 優(yōu)化編譯器 也叫 JIT 編譯器。

具體的話，可以參考下面的圖:

內(nèi)聯(lián)緩存

JavaScript是一種動(dòng)態(tài)類型的語(yǔ)言，這意味著數(shù)據(jù)的類型可以不斷變化。如果JavaScript引擎每次都要檢查某個(gè)值的數(shù)據(jù)類型，那就會(huì)非常慢。

處于上訴所說(shuō)，引擎有了一種叫做內(nèi)聯(lián)緩存 （inline caching） 的技術(shù)。

具體流程是這樣子的:

為了減少解釋代碼的時(shí)間，優(yōu)化的機(jī)器代碼只處理引擎在運(yùn)行字節(jié)碼時(shí)曾經(jīng)見過(guò)的情況。如果我們反復(fù)使用某段代碼，反復(fù)返回相同的數(shù)據(jù)類型，那么優(yōu)化后的機(jī)器代碼可以簡(jiǎn)單地重復(fù)使用，以加快速度。

然而，由于JavaScript是動(dòng)態(tài)類型的，可能會(huì)發(fā)生同一段代碼突然返回不同類型的數(shù)據(jù)。如果發(fā)生這種情況，機(jī)器代碼就會(huì)被取消優(yōu)化，引擎就會(huì)退回到解釋生成的字節(jié)碼。假設(shè)某個(gè)函數(shù)被調(diào)用了100次，到目前為止總是返回相同的值。它將假設(shè)在你第101次調(diào)用它時(shí)，它也會(huì)返回這個(gè)值。

假設(shè)我們有以下函數(shù)sum，（到目前為止）每次都是以數(shù)值作為參數(shù)來(lái)調(diào)用,如圖:

如果這是真的，就不需要?jiǎng)討B(tài)查找，它可以重新使用優(yōu)化后的機(jī)器代碼。否則，如果假設(shè)不正確，它就會(huì)恢復(fù)到原來(lái)的字節(jié)碼，而不是優(yōu)化后的機(jī)器碼。例如，下一次我們調(diào)用它時(shí)，我們傳遞一個(gè)字符串而不是一個(gè)數(shù)字。由于JavaScript是動(dòng)態(tài)類型的，我們可以這樣做而不會(huì)有任何錯(cuò)誤!

如圖:

這意味著數(shù)字2將被強(qiáng)制變成一個(gè)字符串，而函數(shù)將返回字符串 "12"。它回到執(zhí)行解釋的字節(jié)碼并更新類型反饋。

總結(jié)

篇幅不多，但或多或少對(duì)你有幫助，讓你對(duì)JS引擎的執(zhí)行流程有了解。你想了解更多的話，歡迎查原文V8官網(wǎng)的docs:

https://v8.dev/docs

我是TianTian，我們下一期見！！！

參考鏈接

[1] Celebrating 10 years of V8: https://v8.dev/blog/10-years

[2] Launching Ignition and TurboFan: https://v8.dev/blog/launching-ignition-and-turbofan

[3] Understanding V8’s Bytecode: https://medium.com/dailyjs/understanding-v8s-bytecode-317d46c94775

[4] An Introduction to Speculative Optimization in V8: https://benediktmeurer.de/2017/12/13/an-introduction-to-speculative-optimization-in-v8/

[5] JavaScript Visualized: the JavaScript Engine: https://dev.to/lydiahallie/javascript-visualized-the-javascript-engine-4cdf

[6]  The V8 JavaScript Engine: https://nodejs.dev/learn/the-v8-javascript-engine