V8学习笔记:js运行过程

97 阅读4分钟

V8 作为 JavaScript 的虚拟机的一种,它到底是怎么执行 JavaScript 代码的呢?是解释执行,还是编译执行呢?

实际上,V8 并没有采用某种单一的技术,而是混合编译执行和解释执行这两种手段,我们把这种混合使用编译器和解释器的技术称为 JIT(Just In Time)技术。这是一种权衡策略,因为这两种方法都各自有各自的优缺点,解释执行的启动速度快,但是执行时的速度慢,而编译执行的启动速度慢,但是执行时的速度快。你可以参考下面完整的 V8 执行 JavaScript 的流程图: 8a34ae8c1a7a0f87e19b1384a025e354.webp

在 V8 启动执行 JavaScript 之前,它还需要准备执行 JavaScript 时所需要的一些基础环境,这些基础环境包括了“堆空间”“栈空间”“全局执行上下文”“全局作用域”“消息循环系统”“内置函数”等,这些内容都是在执行 JavaScript 过程中需要使用到的,比如:

  • JavaScript 全局执行上下文就包含了执行过程中的全局信息,比如一些内置函数,全局变量等信息;
  • 全局作用域包含了一些全局变量,在执行过程中的数据都需要存放在内存中;
  • 而 V8 是采用了经典的堆和栈的内存管理模式,所以 V8 还需要初始化内存中的堆和栈结构;
  • 另外,想要我们的 V8 系统活起来,还需要初始化消息循环系统,消息循环系统包含了消息驱动器和消息队列,它如同 V8 的心脏,不断接受消息并决策如何处理消息。

基础环境准备好之后,接下来就可以向 V8 提交要执行的 JavaScript 代码了。

首先 V8 会接收到要执行的 JavaScript 源代码,不过这对 V8 来说只是一堆字符串,V8 并不能直接理解这段字符串的含义,它需要结构化这段字符串。结构化,是指信息经过分析后可分解成多个互相关联的组成部分,各组成部分间有明确的层次结构,方便使用和维护,并有一定的操作规范。

V8 源代码的结构化之后,就生成了抽象语法树 (AST),我们称为 AST,AST 是便于 V8 理解的结构。

这里还需要注意一点,在生成 AST 的同时,V8 还会生成相关的作用域,作用域中存放相关变量。

有了 AST 和作用域之后,接下来就可以生成字节码了,字节码是介于 AST 和机器代码的中间代码。但是与特定类型的机器代码无关,解释器可以直接解释执行字节码,或者通过编译器将其编译为二进制的机器代码再执行。

好了,生成了字节码之后,解释器就登场了,它会按照顺序解释执行字节码,并输出执行结果。

相信你注意到了,我们在解释器附近画了个监控机器人,这是一个监控解释器执行状态的模块,在解释执行字节码的过程中,如果发现了某一段代码会被重复多次执行,那么监控机器人就会将这段代码标记为热点代码。

当某段代码被标记为热点代码后,V8 就会将这段字节码丢给优化编译器,优化编译器会在后台将字节码编译为二进制代码,然后再对编译后的二进制代码执行优化操作,优化后的二进制机器代码的执行效率会得到大幅提升。

如果下面再执行到这段代码时,那么 V8 会优先选择优化之后的二进制代码,这样代码的执行速度就会大幅提升。

不过,和静态语言不同的是,JavaScript 是一种非常灵活的动态语言,对象的结构和属性是可以在运行时任意修改的,而经过优化编译器优化过的代码只能针对某种固定的结构,一旦在执行过程中,对象的结构被动态修改了,那么优化之后的代码势必会变成无效的代码,这时候优化编译器就需要执行反优化操作,经过反优化的代码,下次执行时就会回退到解释器解释执行。

深入分析 V8 执行一段 JavaScript 代码所经历的主要流程了,这包括了:

  • 初始化基础环境;
  • 解析源码生成 AST(Abstract Syntax Tree:抽象语法树) 和作用域;
  • 依据 AST 和作用域生成字节码;
  • 解释执行字节码;
  • 监听热点代码;
  • 优化热点代码为二进制的机器代码;
  • 反优化生成的二进制机器代码。
这里你需要注意的是,JavaScript 是一门动态语言,在运行过程中,某些被优化的结构可能会被 V8 动态修改了,这会导致之前被优化的代码失效,如果某块优化之后的代码失效了,那么编译器需要执行反优化操作。