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什么是 V8？JavaScript運(yùn)行的背后發(fā)生了什么？
如果你是一個(gè) JS 開發(fā)者或者是正在學(xué)習(xí)這門語言的學(xué)生，很大概率上你會(huì)遇到雙字母詞”V8”。在這篇文章中，我將會(huì)為你簡(jiǎn)述不同的 JS 引擎并深入探究 V8 引擎的工作機(jī)制。文章的第二部分涵蓋了內(nèi)存管理的概念，不久后將發(fā)布。
這篇文章是由 Bit (GitHub) 帶來的。作為一個(gè)共享組件的平臺(tái)，Bit 幫助每個(gè)人構(gòu)建模塊化的 JavaScript 應(yīng)用程序，在項(xiàng)目和團(tuán)隊(duì)之間輕松地共享組件，同時(shí)實(shí)現(xiàn)更好&更快的構(gòu)建。試試看。
1.編程語言是如何工作的？
在開始講解 JavaScript 之前，我們首先要理解任意一門編程語言的基本工作方式。電腦是由微處理器構(gòu)成的，我們通過書寫代碼來命令這臺(tái)小巧但功能強(qiáng)大的機(jī)器。但是微處理器能理解什么語言？它們無法理解 Java，Python 等語言，而只懂機(jī)器碼。
用機(jī)器語言或匯編語言編寫企業(yè)級(jí)代碼是不可行的，因此我們需要像 Java，Python 這樣配帶一個(gè)解釋器或者編譯器用于將其轉(zhuǎn)換為機(jī)器碼的高級(jí)語言。
1.1編譯器和解釋器
編譯器/解釋器可以用它處理的語言或任何其他語言來編寫。
解釋器： 一行一行地快速讀取和翻譯文件。這就是 JavaScript 最初的工作原理。
編譯器： 編譯器提前運(yùn)行并創(chuàng)建一個(gè)文件，其中包含了輸入文件的機(jī)器碼轉(zhuǎn)換。
有兩種途徑可以將 JavaScript 代碼轉(zhuǎn)換為機(jī)器碼。編譯代碼時(shí)，機(jī)器對(duì)代碼開始運(yùn)行前將要發(fā)生的事情有更好的理解，這將加快稍后的執(zhí)行速度。不過，在這個(gè)過程之前需要花費(fèi)時(shí)間。
另一方面，解釋代碼時(shí)，執(zhí)行是立即的，因此要更快，但是缺乏優(yōu)化導(dǎo)致它在大型應(yīng)用程序下運(yùn)行緩慢。
創(chuàng)建 ECMAScript 引擎的人很聰明，他們集二者之長(zhǎng)開發(fā)了 JIT(Just-in-time) 編譯器。JavaScript 同時(shí)被編譯和解釋，但實(shí)際實(shí)現(xiàn)和順序取決于引擎。我們將會(huì)看到 V8 團(tuán)隊(duì)采用的是什么策略。
2.從 JavaScript 到機(jī)器碼
就 JavaScript 而言，有一個(gè)引擎將其轉(zhuǎn)換為機(jī)器碼。和其他語言類似，引擎可以用任何語言來開發(fā)，因此這樣的引擎不止一個(gè)。
- V8 是谷歌針對(duì) Chorme 瀏覽器的引擎實(shí)現(xiàn)。
- SpiderMonkey 是第一個(gè)引擎，針對(duì)網(wǎng)景瀏覽器開發(fā)，現(xiàn)用于驅(qū)動(dòng) FireFox。
- JavaScriptCore 是蘋果針對(duì) Safari 瀏覽器使用的引擎。
還有很多，如果你想知道 Internet Explorer 背后的引擎，查看這個(gè)維基百科頁(yè)面.
2.1 ECMAScript
面對(duì)這么多的引擎，你可能會(huì)問：我可以開發(fā)自己的引擎嗎？可以，只要遵循 ECMAScript 標(biāo)準(zhǔn)。
如果我們打算做一個(gè)翻譯器，那么就必須知道這兩門語言的有效字。我們已經(jīng)知道機(jī)器語言中什么是有效的了，但是對(duì)于 JavaScript，這是需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的。
JavaScript 的標(biāo)準(zhǔn)化工作是由 Ecma 國(guó)際組織負(fù)責(zé)的，相關(guān)規(guī)范被稱為 ECMAScript 或者 ES。因此，當(dāng)你看到一篇文章/視頻提到“ES7 有什么新特性？”時(shí)，你就知道它代表的是 ECMAScript 標(biāo)準(zhǔn)中新增的 JS 特性。
3.V8 引擎
3.1 部分歷史
谷歌針對(duì)瀏覽器開發(fā)了谷歌地圖，而這對(duì)瀏覽器的處理能力提出了很高的要求。那時(shí)的 JavaScript 實(shí)現(xiàn)尚不足以快速地運(yùn)行地圖。谷歌想要吸引更多的用戶使用這項(xiàng)服務(wù)，從而進(jìn)行廣告銷售并牟利。基于這個(gè)原因，這項(xiàng)服務(wù)必須快速且穩(wěn)定。因此谷歌自己用 C++ 開發(fā)了 V8 引擎并在 2008 年啟用，它的速度很快，或者就像一些人說的，它的速度是最快的。
3.2 解析和構(gòu)建樹
JavaScript 文件進(jìn)入引擎后，解析器進(jìn)行詞法解析，它將代碼分解成 token 以確定它們的含義。這些 token 組成了AST(抽象語法樹)。
編譯器在語義分析中驗(yàn)證語言元素和關(guān)鍵詞的正確用法，而 ASTs 在這個(gè)過程中扮演著重要的角色。之后，ASTs 被用于生成實(shí)際的字節(jié)碼或者機(jī)器碼。
3.3 引擎的核心
我們之前談到，JavaScript 是由 Ignition 這個(gè)解釋器解釋的，同時(shí)由 TurboFan 這個(gè) JIT 優(yōu)化編譯器進(jìn)行編譯。
首先，前面步驟生成的 ASTs 傳遞給解釋器，該解釋器迅速生成未經(jīng)過優(yōu)化的機(jī)器碼，并且其執(zhí)行是無延遲的。
Profiler 在代碼運(yùn)行時(shí)進(jìn)行觀察，找出可以進(jìn)行優(yōu)化的地方。例如，一個(gè)‘for’循環(huán)跑了 100 次，但是每次迭代產(chǎn)生的結(jié)果都是一樣的。
使用這個(gè)分析器后，任何未優(yōu)化的代碼都將傳遞給編譯器以進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)生成機(jī)器碼，它最終會(huì)替換掉之前由解釋器生成的未優(yōu)化代碼中的對(duì)應(yīng)部分。
隨著分析器和編譯器不斷地更改字節(jié)碼，JavaScript 的執(zhí)行性能逐漸提高。
3.4 更多歷史
在V8 的 5.9 版本推出之前，它使用兩個(gè)優(yōu)化編譯器和一個(gè)基線編譯器。
- 基線編譯器 full-codegen 迅速生成未優(yōu)化的機(jī)器碼。
- 兩個(gè)優(yōu)化編譯器 Crankshaft 和 TurboFan 用于優(yōu)化代碼。
JavaScript 增加了新的特性后，架構(gòu)的復(fù)雜度上升，維護(hù)相同的管道對(duì) V8 團(tuán)隊(duì)來說變得更加困難了。如果你想閱讀更多相關(guān)的舊方法以及轉(zhuǎn)向新管道的原因，可以訪問他們的網(wǎng)站。
3.5 放眼未來
隨著更多進(jìn)一步提升性能的研究的進(jìn)行，V8 引擎的工作機(jī)制在未來還可能發(fā)生變化。此外，隨著 Webassembly 逐漸成形，可能會(huì)向管道添加額外步驟。
4.結(jié)論
ECMAScript 引擎的實(shí)現(xiàn)有很多，其中以谷歌的 V8 最為出名。希望這篇文章的簡(jiǎn)述不僅可以幫助你理解 JavaScript 的工作原理，還能從大體上了解一門編程語言的工作原理。如果你想了解 V8 團(tuán)隊(duì)的未來計(jì)劃或者引擎的細(xì)節(jié)，這里有一篇很不錯(cuò)的博客。
新聞名稱：JavaScript究竟是如何工作的？
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