深入V8引擎

JavaScript代码是如何执行的

◼ 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；

◼ 另外一个强大的JavaScript引擎就是V8引擎。

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。

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；
TurboFan的V8官方文档：https://v8.dev/blog/turbofan-jit

V8引擎的解析图

JavaScript代码执行过程
◼ 假如我们有下面一段代码，它在JavaScript中是如何被执行的呢？

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；

JS执行上下文

◼ 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；

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。

◼ 当全局代码被执行的时候，VO就是GO对象了

全局代码执行过程

全局代码执行过程（执行前）

全局代码执行过程（执行后）

函数代码执行过程

◼ 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；

函数执行过程（执行前）

函数执行过程（执行后）

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；

作用域提升面试题

作业与总结

一. 整理JavaScript的代码的执行流程

首先在执行前会现在堆内存中开辟一块空间(GO) 存放一些初始的值如Number String等等
还有代码中定义的一些变量函数(在parser转成AST树的过程中存放在GO中的 )并没有赋值
同时在执行代码时在执行上下文栈(ECS)中存放一个全局执行上下文(GEC) 用于执行代码
- GO中对应的函数也会在堆内存中开辟出空间为 Function Object 初始一些数据(name length scope chain等)
开始执行代码
每个EC中有着三个重要的内容(VO scope chain 以及this)
VO指向对应的作用域(全局作用域(GO) 函数作用域(AO))
…

二. 说说你对GO/AO/VO的理解以及作用域和作用域链的理解
GO
Global Object JS代码在执行前会现在堆内存中创建一个全局对象(GO)
用于存放一些定义好的变量方法等包含Date Array String Number setTimeout等
同时有一个window属性指向自己
同时在语法分析转成AST的过程中也会将一些变量函数存放在GO中只是变量的初始值为undefined

函数在执行前会先在堆内存中创建一个AO(Activation Object)对象里面存放这arguments 对应函数的形参以及在函数中定义的变量初始值为undefined

Variable Object 在执行函数时会在执行上下文栈(ECS)中进入一个函数执行上下文(FEC)其中有三个核心核心之一是VO 指向的是该函数在内存中解析时创建的AO 而在全局执行上下文中指向的是GO

作用域,作用域链

当进入到一个执行上下文时执行上下文会关联一个作用域链
通常作用域链在解析时就被确定因此作用域链域函数的定义位置有关而与它的调用位置无关

三. 说说V8引擎的内存管理以及垃圾回收器
内存管理
JavaScript的内存管理是自动的
关于原始数据类型直接在栈内存中分配
关于复杂数据类型在堆内存中分配

垃圾回收(GC)

因为内存大小是有限的所以在内存不需要的时候需要进行释放用于腾出空间
GC对于内存管理有着对应的算法
常见的算法
- 引用计数(Reference Count)
  - 当一个对象有引用指向它时对应的引用计数+1
  - 当没有对象指向它时则为0 此时进行回收
  - 但是有一个严重的问题 - 会产生循环引用
- 标记清除(Mark-Sweep)
  - 核心思路: 可达性
  - 有一个根对象从该对象出发开始引用到所用到的对象对于根对象没有引用到的对象认为是不可用的对象
  - 对于不可用的对象则进行回收
  - 该算法有效的解决了循环引用的问题
  - 目前V8引擎采用的就是该算法
V8引擎为了优化在采用标记清除的过程中也引用了其他的算法
- 标记整理
  - 和标记清除相似不同的是回收时会将保留下来的存储对象整合到连续的内存空间避免内存碎片化
- 分代收集(Generational Collection)
  - 将内存中的对象分为两组新的空间旧的空间
  - 对于长期存活的对象会将该对象从新空间移到旧空间中同时GC检查次数减少
  - 将新空间分为from和to 对象的GC查找之后从from移动到to空间中然后to变为from from变为to 循环几次对于依然存在的对象移动到旧空间中
- 增量收集(Increment Collection)
  - 如果存在许多对象则GC试图一次性遍历所有的对象可能会对性能造成一定的影响
  - 所以引擎试图将垃圾收集工作分成几部分然后这几部分逐一处理这样会造成微小的延迟而不是很大的延迟
- 闲时收集(IdIe-time Collection)
  - GC只会在CPU空闲的时候运行减少可能对代码执行造成的影响

【03】JavaScript执行原理