V8工作原理学习

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JavaScript的数据类型

  1. 弱类型,意味着你不需要告诉JavaScript引擎这个或那个变量是什么数据类型,JavaScript引擎在运行代码的时候自己会计算出来。
  2. 动态,意味着你可以使用同一个变量保存不同类型的数据。

JavaScript在执行过程中主要有三种类型内存空间,分别是代码空间,堆空间,栈空间。 原始类型的数据值都是直接保存在“栈”中的,引用类型的值是存放在“堆”中的。

在 JavaScript 中,赋值操作和其他语言有很大的不同,原始类型的赋值会完整复制变量值,而引用类型的赋值是复制引用地址。

数据回收

栈中的数据回收:JavaScript引擎会通过向下移动ESP来销毁该函数保存在栈中的执行上下文。 堆中的数据回收:v8把堆分为新生代和老生代两个区域,新生代中存放的是生存时间短的对象,老生代中存放的生存时间久的对象。新生区通常只支持1~8M。副垃圾回收器,主要负责新生代的垃圾回收。主垃圾回收器,主要负责老生代的垃圾回收。

垃圾回收的工作流程

  1. 标记空间中活动对象和非活动对象。活动对象是还在使用的对象,非活动对象就是可以垃圾回收的对象
  2. 回收非活动对象所占据的内存,其实就是在所有的标记完成之后,统一清理内存中所有被标记为可回收的对象。
  3. 做内存整理,一般来说,频繁回收对象后,内存中就会存在大量不连续空间,我们把这些不连续的内存空间称为内存碎片。当内存中出现了大量的内存碎片之后,如果需要分配较大连续内存的时候,就有可能出现内存不足的情况。所以最后一步需要整理这些内存碎片,但这步其实是可选的,因为有的垃圾回收器不会产生内存碎片,比如副垃圾回收器。

副垃圾回收器

副垃圾回收器主要负责新生区的垃圾回收。而通常情况下,大多数小的对象都会被分配到新生区,所以说这个区域虽然不大,但是垃圾回收还是比较频繁的。

新生代中用 Scavenge算法来处理。所谓Scavenge算法,是把新生代空间对半划分为两个区域,一半是对象区域,一半是空闲区域,如下图所示:

新生区要划分为对象区域和空闲区域

新加入的对象都会存放到对象区域,当对象区域快被写满时,就需要执行一次垃圾清理操作。

在垃圾回收过程中,首先要对对象区域中的垃圾做标记,标记完成之后就进行垃圾清理阶段,副垃圾回收器会把这些存活的对象复制到空闲区域中,同时它还会把这些对象有序地排列起来,所以这个复制过程,也就相当于完成了内存整理操作,复制后空闲区域就没有内存碎片了。

完成复制后,对象区域和空闲区域进行角色翻转,也就是原来的对象区域变成空闲区域,原来的空闲区域变成了对象区域。这样就完成了垃圾对象的回收操作,同时这种角色翻转的操作还能让新生代中的这两块区域无限重复使用下去

由于新生代中采用的Scavenge算法,所以每次执行清理操作时,都需要将存活的对象从对象区域复制到空闲区域。但复制操作需要时间成本,如果新生区空间设置得太大了,那么每次清理的时间就会过久,所以为了执行效率,一般新生区的空间会被设置得比较小

也正是因为新生区的空间不大,所以很容易被存活的对象装满整个区域。为了解决这个问题,JavaScript 引擎采用了对象晋升策略,也就是经过两次垃圾回收依然还存活的对象,会被移动到老生区中。

主垃圾回收器

主垃圾回收器主要负责老生区中的垃圾回收。除了新生区中晋升的对象,一些大的对象会直接被分配到老生区。因此老生区中的对象有两个特点,一个是对象占用空间大,另一个是对象存活时间长。主垃圾回收器是采用标记-清除(Mark-Sweep)标记 - 整理(Mark-Compact) 的算法进行垃圾回收的

全停顿

V8是使用副垃圾回收器和主垃圾回收器处理垃圾回收的,不过由于JavaScript是运行在主线程之上的,一旦执行垃圾回收算法,都需要将正在执行的JavaScript脚本暂停下来,待垃圾回收完后再恢复脚本执行。我们把这种行为叫做全停顿(Stop-The-World)。

为了降低老生代的垃圾回收而造成的卡顿,V8将标记过程分为一个个的子标记过程,同时让垃圾回收标记和 JavaScript应用逻辑交替进行,直到标记阶段完成,我们把这个算法称为增量标记(Incremental Marking)算法。

使用增量标记算法,可以把一个完整的垃圾回收任务拆分为很多小的任务,这些小的任务执行时间比较短,可以穿插在其他的JavaScript任务中间执行,这样当执行动画效果时,就不会让用户因为垃圾回收任务而感受到页面的卡顿了。

V8是如何执行一段JavaScript代码的?

编译器和解释器

编译型语言在程序执行之前需要经过编译器的编译过程,并且编译之后会直接保留机器能读懂的二进制文件,这样每次运行程序时,都可以直接运行该二进制文件,而不需要再次重新编译了。

解释型语言编写的程序,在每次运行时都需要通过解释器对程序进行动态解释和执行。

编译器和解释器“翻译”代码 1. 在编译型语言中,编译器首先会依次对源代码进行词法分析、语法分析、生成抽象语法树(AST),然后是优化代码,最后再生成处理器能够理解的机器码。如果编译成功,生成一个可执行文件,但如果编译过程发生了语法或者其他的错误,那么编译器就会抛出异常,最后的二进制文件也不会生成成功。 2. 在解释型语言的解释过程中,同样解释器也会对源码进行词法分析、语法分析,并生成抽象语法树(AST),不过他会基于抽象语法树生成字节码,最后再根据字节码来执行程序、输出结果。

V8执行js代码过程:

一. 生成抽象语法树和执行上下文

将源代码转换为抽象语法树(AST),并生成执行上下文;

AST介绍


var myName = "1"
function foo(){
  return 23;
}
myName = "2"
foo()

生成的AST结构如下:

AST是如何生成的:

  1. 分词,也就是词法分析,其作用是将一行行的源码拆解成一个个 token。所谓 token,指的是语法上不可能再分的、最小的单个字符或字符串。通过var myName = “1”简单地定义了一个变量,其中关键字“var”、标识符“myName”、赋值运算符“=”、字符串“1”四个都是 token,而且它们代表的属性还不一样。
  2. 解析,也就是语法分析,其作用是将上一步生成的 token 数据,根据语法规则转为 AST。如果源码符合语法规则,这一步就会顺利完成。但如果源码存在语法错误,这一步就会终止,并抛出一个“语法错误”。

二. 生成字节码

解释器 Ignition 就登场了,它会根据AST生成字节码,并解释执行字节码。字节码就是介于 AST和机器码之间的一种代码。但是与特定类型的机器码无关,字节码需要通过解释器将其转换为机器码后才能执行。

三. 执行代码

如果有一段第一次执行的字节码,解释器Ignition会逐条解释执行。到了这里,相信你已经发现了,解释器 Ignition除了负责生成字节码之外,它还有另外一个作用,就是解释执行字节码。在 Ignition执行字节码的过程中,如果发现有热点代码,比如一段代码被重复执行多次,这种就称为热点代码,那么后台的编译器TurboFan就会把该段热点的字节码编译为高效的机器码,然后当再次执行这段被优化的代码时,只需要执行编译后的机器码就可以了,这样就大大提升了代码的执行效率。