一、深入V8引擎原理

1.JavaScript代码的执行

JavaScript代码下载好之后，是如何一步步被执行的呢？

我们知道，浏览器内核是由两部分组成的，以webkit为例：

  • WebCore：负责HTML解析、布局、渲染等等相关的工作；
  • JavaScriptCore：解析、执行JavaScript代码；

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另外一个强大的JavaScript引擎就是V8引擎。

2.V8引擎的执行原理

我们来看一下官方对V8引擎的定义：

  • V8是用C ++编写的Google开源高性能JavaScript和WebAssembly引擎，它用于Chrome和Node.js等。
  • 它实现ECMAScript和WebAssembly，并在Windows 7或更高版本，macOS 10.12+和使用x64，IA-32，ARM或MIPS处理器的Linux系统上运行。
  • V8可以独立运行，也可以嵌入到任何C ++应用程序中。

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3.V8引擎的架构

V8引擎本身的源码非常复杂，大概有超过100w行C++代码，通过了解它的架构，我们可以知道它是如何对JavaScript执行的：

Parse模块会将JavaScript代码转换成AST（抽象语法树），这是因为解释器并不直接认识JavaScript代码；

  • 如果函数没有被调用，那么是不会被转换成AST的；
  • Parse的V8官方文档：https://v8.dev/blog/scanner

Ignition是一个解释器，会将AST转换成ByteCode（字节码）

  • 同时会收集TurboFan优化所需要的信息（比如函数参数的类型信息，有了类型才能进行真实的运算）；
  • 如果函数只调用一次，Ignition会解释执行ByteCode；
  • Ignition的V8官方文档：https://v8.dev/blog/ignition-interpreter

TurboFan是一个编译器，可以将字节码编译为CPU可以直接执行的机器码；

  • 如果一个函数被多次调用，那么就会被标记为热点函数，那么就会经过TurboFan转换成优化的机器码，提高代码的执行性能；
  • 但是，机器码实际上也会被还原为ByteCode，这是因为如果后续执行函数的过程中，类型发生了变化（比如sum函数原来执行的是number类型，后来执行变成了string类型），之前优化的机器码并不能正确的处理运算，就会逆向的转换成字节码；（所以建议函数的参数类型固定，有助于提高性能）
  • TurboFan的V8官方文档：https://v8.dev/blog/turbofan-jit

4.V8引擎的解析图（官方）

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5.V8引擎的解析图

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二、JS执行上下文

1.JavaScript代码执行原理 - 版本说明

在ECMA早期的版本中（ECMAScript3），代码的执行流程的术语和ECMAScript5以及之后的术语会有所区别：

  • 目前网上大多数流行的说法都是基于ECMAScript3版本的解析，并且在面试时问到的大多数都是ECMAScript3的版本内容。
  • 但是ECMAScript3终将过去， ECMAScript5必然会成为主流，所以最好也理解ECMAScript5甚至包括ECMAScript6以及更高版本的内容；
  • 事实上在TC39（ ECMAScript5 ）的最新描述中，和ECMAScript5之后的版本又出现了一定的差异；

那么我们课程按照如下顺序学习：

  • 通过ECMAScript3中的概念学习JavaScript执行原理、作用域、作用域链、闭包等概念；
  • 通过ECMAScript5中的概念学习块级作用域、let、const等概念；

事实上，它们只是在对某些概念上的描述不太一样，在整体思路上都是一致的。

2.JavaScript的执行过程

假如我们有下面一段代码，它在JavaScript中是如何被执行的呢？

var name = "mq";
function foo() {
    var name = 'foo';
    console.log(name);
}

var num1 = 20;
var num2 = 30;
var result = num1 + num2;

console.log(result);

foo();

三、全局代码执行过程

1.初始化全局对象

js引擎会在执行代码之前，会在堆内存中创建一个全局对象：Global Object（GO）

  • 该对象所有的作用域（scope）都可以访问；
  • 里面会包含Date、Array、String、Number、setTimeout、setInterval等等；
  • 其中还有一个window属性指向自己；

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2.执行上下文（ Execution Contexts ）

js引擎内部有一个执行上下文栈（Execution Context Stack，简称ECS），它是用于执行代码的调用栈。

那么现在它要执行谁呢？执行的是全局的代码块：

  • 全局的代码块为了执行会构建一个 Global Execution Context（GEC）；
  • GEC会被放入到ECS中执行；

GEC 被放入到ECS中里面包含两部分内容：

  • 第一部分：在代码执行前，在parser转成AST的过程中，会将全局定义的变量、函数等加入到GlobalObject中，但是并不会赋值；
    • 这个过程也称之为变量的作用域提升（hoisting）
  • 第二部分：在代码执行中，对变量赋值，或者执行其他的函数；

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3.认识VO对象（Variable Object）

每一个执行上下文会关联一个VO（Variable Object，变量对象），变量和函数声明会被添加到这个VO对象中。

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当全局代码被执行的时候，VO就是GO对象了

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4.全局代码执行过程（执行前）

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5.全局代码执行过程（执行后）

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四、函数代码执行过程

1.函数如何被执行呢？

在执行的过程中执行到一个函数时，就会根据函数体创建一个函数执行上下文（Functional Execution Context，简称FEC）， 并且压入到EC Stack中。

因为每个执行上下文都会关联一个VO，那么函数执行上下文关联的VO是什么呢？

  • 当进入一个函数执行上下文时，会创建一个AO对象（Activation Object）；
  • 这个AO对象会使用arguments作为初始化，并且初始值是传入的参数；
  • 这个AO对象会作为执行上下文的VO来存放变量的初始化；

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2.函数的执行过程（执行前）

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3.函数的执行过程（执行后）

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五、作用域和作用域链

当进入到一个执行上下文时，执行上下文也会关联一个作用域链（Scope Chain）

  • 作用域链是一个对象列表，用于变量标识符的求值；
  • 当进入一个执行上下文时，这个作用域链被创建，并且根据代码类型，添加一系列的对象；

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1.作用域提升面试题

var n = 100
function foo() {
    n = 200
}
foo()

console.log(n)//200

function foo() {
    console.log(n)
    var n = 200
    console.log(n)
}
var n = 100
foo()
// undefined
// 200

var a = 100

function foo() {
    console.log(a)
    return
    var a = 100
}
foo()//undefined

function foo() {
    var a = b = 100
}
foo()
console.log(a)//报错，变量名未定义
console.log(b)//100

var n = 100
function foo1() {
    console.log(n)
}

function foo2() {
    var n = 200
    console.log(n)
    foo1()
}

foo2()
// 200
// 100
console.log(n)
// 100