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一. 深入v8引擎原理 ​

1. js代码的执行 ​

  • js代码下载好之后，是如何一步步被执行的呢？

    • js代码最终转换成二进制代码，才能被cpu执行

  • 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、渲染等相关的工作

    • JavaScriptCore**：**解析、执行js代码

      image-20220531104056401

  • 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 Windows7 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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    • cpu 无法识别 js 代码，必须转换成二进制代码才能被 cpu 执行

      1. 先对 js 代码进行解析，生成 AST 抽象语法树（对代码的一个解析，知道代码的结构和含义）
      2. lgnition 将抽象语法树，转换成字节码（字节码可以跨平台运行）

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 js 执行的：
  • Parse 模块会将 js 代码转换成 AST（抽象语法树），这是因为解释器并不直接认识 js 代码
  • 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
    • 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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  • 词法分析（英文lexical analysis）
    • 将字符序列转换成token序列的过程
    • token是记号化（tokenization）的缩写
  • 词法分析器（lexical analyzer，简称lexer），也叫扫描器（scanne）
  • 语法分析（英语：syntactic analysis，也叫parsing）
    • 语法分析器也可以称之为parser

5. v8引擎的解析图 ​

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6. v8引擎执行js代码的大致流程 ​

  • Parse模块
    • 将js代码转成AST Tree（抽象语法树）
  • Ignition解释器
    • 将AST Tree 转换为byte Code（字节码）
    • 同时收集TurboFan 优化需要的信息
  • TurboFan编译器
    • 将字节码编译为CPU可以直接执行的机器码（machine code）
    • 如果某一个函数被多次调用，则会被标记为热点函数，会经过TurBoFan转换的优化的机器码，让CPU执行，提高代码性能（后续直接使用机器码无需转换）
    • 如果后续执行代码过程中 改函数调用时的参数类型发生了改变 则会逆向的转成字节码 让CPU执行
  • 首先会编译JS，编译过程分为三步：
    • 词法分析(scanner)
      • 会将对应的每一行的代码的字节流分解成有意义的代码块，代码块被称为词法单元(token 进行记号化)
    • 语法分析(parser)
      • 将对应的tokens分析成一个元素逐级嵌套的树 这个树称之为 抽象语法树(Abstract Syntax Tree AST)
      • 这里也有对应的 pre-parser
    • 将AST 通过Ignition解释器转换成对应的字节码(ByteCode) 交给CPU执行 同时收集类型信息
      • 将可优化的信息 通过TurBoFan编译器 编译成更好使用的机器码交给CPU执行
      • 如果后续代码的参数类型发生改变 则会逆优化(Deoptimization)为字节码

二. JS执行上下文 ​

1. JS代码执行原理 - 版本说明 ​

  • 在ECMA早期的版本中（es3），代码的执行流程的术语和es5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es3版本的解析，并且在面试时问到的大多数都是es3的版本内容
    • 但是es3终将过去， es5必然会成为主流，所以最好也理解es5甚至包括es6以及更好版本的内容
    • 事实上在TC39（ es5 ）的最新描述中，和es5之后的版本又出现了一定的差异
  • 那么我们按照如下顺序学习：
    • 通过es3中的概念学习js执行原理、作用域、作用域链、闭包等概念
    • 通过es5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. js的执行过程 ​

  • 假如我们有下面一段代码，它在js中是如何被执行的呢？

    js
    var name = 'why'
function foo() {
  var name = 'foo'
  console.log(name)
}

var num1 = 20
var num2 = 30
var result = num1 + num2
console.log(result)
foo()

3. 初始化全局对象（GO） ​

  • 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（window）：Global Object（GO）
    • 该对象可以被所有的作用域（scope）可以访问
    • 里面会包含Date、Array、String、Number、setTimeout、setInterval等
    • 其中还有一个window属性指向自己
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4. 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创建一个全局执行上下文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：

    • 第一部分：在代码执行前，在parse转成AST的过程中，会将全局定义的变量、函数等加入到GO中，但是变量并不会赋值
      • 这个过程也称之为变量的作用域提升，这些变量会作为属性添加到当前VO中，但运行前不会赋值
      • 函数声明会提前创建出来，作为属性添加到当前VO对象中，JS引擎是为了可以提前对函数进行调用，这个过程称之为函数提升
    • 第二部分：在代码执行中，对变量赋值或执行其他的函数
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三. 全局代码执行过程 ​

1. 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

    image-20220531163906982
    • 每个执行上下文都关联一个变量对象。
    • 在代码中声明的变量和函数被添加为变量对象VO的属性
    • 对于执行函数代码，函数的参数被添加为变量对象AO的属性

  • 当全局代码被执行的时候，VO就是GO对象了

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    • 创建并初始化作用域链以包含全局对象而不包含其他对象
    • 变量实例化使用全局对象作为变量对象并使用属性来执行
    • this的值是全局对象

2. 全局代码执行过程（执行前） ​

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3. 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ECS中

    • 函数定义不会创建函数执行上下文和AO对象，只有执行函数时，才会创建FEC和AO
    • 函数执行完成，其对应的FEC会被弹出ECS，该上下文关联的的AO对象是否被回收，取决于内存是否回收（该对象是否还有可达性、引用）
    • 同一个函数多次执行，每次执行创建的函数执行上下文，都会创建一个新的AO对象

  • 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），并与该执行上下文关联
    • 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
      • 这个作用域链对象并赋值给执行上下文中的scope chain
      • 查找变量的时候优先查找自己VO对象中的变量，没有再去自己执行上下文中的scope chain中查找
    • 函数的作用域链在代码被解析的时候（函数定义的时候），就确定下来了，跟函数怎么调用没有关系
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    js
    var msg = 'global msg'

function foo() {
  console.log(msg)
}

var obj = {
  name: 'obj',
  bar: function() {
    var msg = 'bar msg'
    foo()
  }
}
obj.bar() // 'global msg' 函数的作用域链在函数定义的时候就已经被确定下来了

六. 不带标识符定义变量的区别 ​

  • 不带var标识符定义变量，不会产生变量提升（即解析的时候，不会提前添加到当前上下文所关联的VO对象中）
  • 实际是给window对象添加了一个属性，相当于一个全局的变量
js
console.log(msg) // msg未定义 
msg = 'global msg' // 这种写法其实是给window添加了一个msg属性，赋值为'global msg'
console.log(msg === window.msg) // true

function foo() {
  console.log(msg2) // msg2未定义
  msg2 = 'foo msg'
  console.log(msg2 === window.msg2) // true
}
foo()

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