初识 JavaScriptCore JIT

今天我们来了解一下JavaScriptCore中的JIT机制。

一、`JIT`基本概念

JIT（Just In Time）编译器：是指程序逻辑以代码（或字节码）形式下发到目标机（如客户端）上，在系统即将运行此逻辑的前一刻，目标机系统上的编译器才将这些代码编译成机器指令，然后再交给系统执行。因为它的编译发生成运行前一刻，刚刚能赶得上执行，所以叫做Just In Time编译器.

谈到JIT，经常有同学把它与解释器（Interpreter）混淆，下面首先看一下这两个概念的区别：

解释器（`Interpreter`）和`JIT`的区别

虚拟机执行一段程序，一般有两种方式：解释执行和先编译再执行。

解释执行：虚拟机读取程序字节码，取出其中的“虚拟机指令”，由解释器逐条进行解释执行
- “虚拟机指令”可以理解为一种DSL（Domain Specific Language），它作为一种领域专用数据结构，包含了虚拟机运行程序所需的所有数据信息（如：操作符、操作数等）
先编译再执行，根据编译的时机不同，又可以分为AOT和JIT：
- AOT：Ahead of Time，即开发者先将程序编译成机器码，再将由机器码构成的二进制程序下发到客户端运行。
  - JavaScriptCore目前不支持AOT
  - 一个支持AOT的虚拟机的例子是Dart VM，它可以执行事先编译成机器码的Dart程序。
- JIT：Just in Time，虚拟机读取程序字节码，在真正运行代码逻辑前，先将他们编译成“机器指令”序列，再执行这些机器指令
  - JIT编译后，待运行的方法就已经是机器指令了
  - 一般对于比较“热”的方法可以在运行时动态调整JIT的级别，根据调用现场情况开启相应的优化

二、`JavaScriptCore`中的解释器和`JIT`

JavaScriptCore中的解释器（LLInt）和JIT都可以执行JavaScript代码编译成的字节码（bytecode）^[1]。而其中JIT又根据优化级别的不同分为三种：Baseline JIT、DFG JIT和FTL JIT。

下面具体讲一下这四种模式的主要特点。

`JavaScriptCore`执行代码的四种模式

1. `LLInt`解释器模式

LLInt是用跨平台的汇编语言（offlineasm）实现的
逐条解释执行JSC虚机指令
JS代码的执行总是从LLInt模式开始

由LLInt切换到Baseline JIT的条件（满足任意一条即可）：

方法中任意一个语句执行次数超过100次

方法被调用了超过6次

虚拟机由解释器模式向JIT模式切换时，解释器会将当前字节码偏移传给JIT，JIT只编译此字节码偏移能够到达的代码分支

OSR（On Stack Replacement）：是一种可以在程序运行时动态切换其内部方法具体实现的技术

方法切换可以在任意一条语句结束后

是虚拟机在解释器和各JIT模式间无缝切换的关键技术保障

2. `Baseline JIT`模式

只是做了简单的“机器码化”，减小了解释器按指令dispatch的开销，代码（指令序列）本身并未做任何优化。

切换到DFG JIT的条件：

方法中任意语句执行次数超过1000

方法被调用次数超过66次

3. `DFG JIT`模式（`Data Flow Graph`）

DFG JIT 主要流程：

DFG会把字节码转成DFG CPS形式
- CPS（Continuation-Passing Style）
  - CPS表示这样一种形式^[3]：一个函数f除了它自身的参数外，总是有一个额外的参数continuation。continuation也是一个函数，当f完成了自己的返回值计算之后，不是返回，而是将此返回值作为continuation的参数，调用continuation。所以CPS形式的函数从形式上看它不会return，当它要return的时候会将所有的参数传递给continuation，让continuation继续去执行。
  - CPS的优点是让如下的信息显式化：过程返回（调用一个continuation），中间值（具有显式的名称），求值顺序，尾调用（采用相同的continuation调用一个过程）。
  - CPS有利于后续通过profiling来预测数据类型，这些“数据类型预测”能减少后续生成代码时需添加的类型检查逻辑。
DFG启用了多种常规的编译优化
- 寄存器分配
- 控制流图简化
- 公共子表达式消除
- 无用代码消除
- 稀疏有条件的常量传播
  - 编译时计算常量数据，并将它传播到相关代码中，达到整体简化代码的目的
DFG JIT编译器将CPS形式的代码优化后编译成机器码

例：如下的 foo 方法：
function foo(a, b) { return a + b + 42; } 
经过LLInt和Baseline JIT的多次运行后，profiler收集到了很多a和b的运行时类型信息，如果发现都是int，则生成的机器指令可以是：先判断是否是int，如果是则跳转到类型固化为int的机器指令代码，否则OSR exit回Baseline JIT。

4. `FTL JIT`模式

FTL JIT主要流程：（复用了DFG的大部分流程）

之前是使用的LLVM后端，后来改成了B3，上图还是旧的框架图

复用了DFG的大部分流程，将原DFG流程中的DFG后端替换为新的FTL流程：
- CPS转SSA
- SSA转LLVM IR
- LLVM IR的编译优化
- IR转机器码
使用了LLVM后端，引入了更多的编译优化（类似C程序的极致优化）

初识 JavaScriptCore JIT

一、JIT基本概念

解释器（Interpreter）和JIT的区别

二、JavaScriptCore中的解释器和JIT

JavaScriptCore执行代码的四种模式

1. LLInt解释器模式

2. Baseline JIT模式

3. DFG JIT模式（Data Flow Graph）

4. FTL JIT模式

参考资料