编译器(Compiler)、解释器(Interpreter)、抽象语法树(AST)、字节码 (Bytecode)、即时编译器(JIT)
编译器和解释器之所以存在编译器和解释器,是因为机器不能直接理解我们所写的代码,所以在执行程序之前,需要将我们所写的代码“翻译”成机器能读懂的机器语言。按语言的执行流程,可以把语言划分为编译型语言和解释型语言。
V8 是如何执行一段 JavaScript 代码的?
生成抽象语法树(AST)和执行上下文: 将源代码转换为抽象语法树,并生成执行上下文(主要是代码在执行过程中的环境信息)。
AST:AST 的结构和代码的结构非常相似,其实你也可以把 AST 看成代码的结构化的表示,编译器或者解释器后续的工作都需要依赖于 AST,而不是源代码。AST 是非常重要的一种数据结构,在很多项目中有着广泛的应用。其中最著名的一个项目是 Babel。Babel 是一个被广泛使用的代码转码器,可以将 ES6 代码转为 ES5 代码,这意味着你可以现在就用 ES6 编写程序,而不用担心现有环境是否支持 ES6。Babel 的工作原 理就是先将 ES6 源码转换为 AST,然后再将 ES6 语法的 AST 转换为 ES5 语法的 AST,最后利用 ES5 的 AST 生成 JavaScript 源代码。
除了 Babel 外,还有 ESLint 也使用 AST。ESLint 是一个用来检查 JavaScript 编写规范的 插件,其检测流程也是需要将源码转换为 AST,然后再利用 AST 来检查代码规范化的问题。
生成 AST 需要经过两个阶段: 第一阶段是分词(tokenize),又称为词法分析,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。你可以参考下图来更好地理解什么 token。
var myName = “极客时间”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“极客时间”四个都是token,而且它们代表的属性还不一样。
第二阶段是解析(parse),又称为语法分析,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”。
这就是 AST 的生成过程,先分词,再解析。有了 AST 后,那接下来 V8 就会生成该段代码的执行上下文。
生成字节码: 有了 AST 和执行上下文后,那接下来的第二步,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。
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。
机器码所占用的空间远远超过了字节码。
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。在执行字节码的过程中,如果发现有热点代码(HotSpot),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。
V8 的解释器和编译器的取名也很有意思。解释器 Ignition 是点火器的意思,编译器 TurboFan 是涡轮增压的意思,寓意着代码启动时通过点火器慢慢发动,一旦启动,涡轮增压介入,其执行效率随着执行时间越来越高效率,因为热点代码都被编译器 TurboFan 转 换了机器码,直接执行机器码就省去了字节码“翻译”为机器码的过程。
其实字节码配合解释器和编译器是最近一段时间很火的技术,比如 Java 和 Python 的虚拟机也都是基于这种技术实现的,我们把这种技术称为即时编译(JIT)。具体到 V8,就是指 解释器 Ignition 在解释执行字节码的同时,收集代码信息,当它发现某一部分代码变热了之后,TurboFan 编译器便闪亮登场,把热点的字节码转换为机器码,并把转换后的机器码保存起来,以备下次使用。
“字节码 +JIT”技术,JIT 的工作过程:
总结:V8 是如何执行一段 JavaScript 代码的:V8 依据 JavaScript 代码生成 AST 和执行上下文,再基于 AST 生成字节码,然后通过解释器执行字节码,通过编译器来优化编译字节码。
执行时间越长,执行效率越高。是因为更多的代码成为热点代码之后,转为了机器码来执行。 V8执行越久,被编译成机器码的热点就越多,这些机器码帮助字节码可以直接执行而不用再使用解释器逐行执行,这相当于浏览器缓存,提高了执行性能。这些生成的机器码也会带来内存占用升高的问题,这里有个策略权衡不同系统的情况,根据已占用的内存权衡如何判定是热点并生成机器码保存。