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【51CTO.com快譯】朋友，您在編譯和執行代碼時，是否曾考慮過JavaScript背后的引擎?作為一名程序員，我建議您通過本文來了解JavaScript引擎的工作原理。這將有益于您編寫出更加流暢且高質量的JavaScript代碼。

什么是JavaScript引擎?

JavaScript引擎遵循的是ECMAScript標準。此類標準定義了JavaScript引擎的工作機制和所有功能。因此，JavaScript引擎是一個程序，它可以幫助您將JavaScript代碼轉換為較低級別的機器代碼。

總的說來，諸如JavaScript和FORTRAN等高級語言都是從機器語言中抽象出來的。與C或C++相比，JavaScript的抽象程度更高。而C和C++更接近于硬件，因此運行效率也會更高一些。

編譯(compilation)與解釋(interpretation)

編程語言通常通過編譯(compilation)和解釋(interpretation)來實現代碼的功能。其中，

• 編譯器可以被定義為協助轉換代碼的程序。它可以將由任何編程語言(源語言)所編寫的代碼，轉換為另一種目標語言的代碼。例如：將源代碼從高級編程語言轉換為低級編程語言(即機器語言)，來執行既定的任務。
• 而解釋器則是通過逐行、逐條指令地分析源代碼，在無需第三方參與的情況下，直接在目標機器上執行相應機器代碼。

盡管編譯和解釋是完成編程語言的兩個方面，但是由于使用解釋的大多數系統都需要由編譯器完成的翻譯工作，因此在某些情況下兩者之間是存在交集的。就JavaScript而言，其技術上的編譯，也屬于解釋類別。也就是說，JavaScript編譯器在運行的時候，其執行的就是Just-In-Time(JIT)編譯。在此，JavaScript引擎恰好可以連接到瀏覽器和Node JS之類的Web服務器，以便用戶具有運行時(run-time)編譯、以及執行JavaScript代碼的權限。

JavaScript引擎剖析

ECMA腳本通過指定瀏覽器實施JavaScript的過程，以便程序在每個單一瀏覽器中都能運行一致。當然，每個瀏覽器都為提交過的JavaScript代碼提供了一個運行所需的JavaScript引擎。例如：Netscape瀏覽器使用的是Spider Monkey JavaScript引擎。該引擎被定義為帶有零優化(zero optimizations)的基本解釋器。它雖然可以運行提交過來的JavaScript代碼，但是耗時較長。

工作原理

JavaScript引擎工作的基本工作流程是：獲取JavaScript源代碼，然后使用易于CPU理解的二進制指令(機器代碼)進行編譯。

JavaScript引擎主要由基線編譯器組成，該編譯器以中間表示(intermediate representation，IR)的形式編譯代碼。換言之，它被字節碼所調用，然后將字節碼提供給解釋器。解釋器使用字節代碼，將代碼轉換為機器代碼，以適合在硬件上運行。其實，這與Java的工作原理非常相似，只不過字節代碼的生成是由程序員完成的，而字節代碼則可以被普遍共享。

雖然基線編譯器的使命是盡可能快地執行代碼編譯，但是它還是會生成未經優化的字節碼。在解釋器中，這些字節碼會導致應用程序的速度變慢。為此，Mozilla Firefox瀏覽器將Spider Monkey JavaScript進行了嵌入，以優化并提高機器代碼的效率。例如：JavaScript引擎會直觀地了解到變量的數據類型，進而更好地生成少量的機器代碼。

此外，JavaScript引擎還可以根據代碼的執行情況，通過收集和分析數據，發現代碼運行緩慢的原因，進而給出優化并替換的建議。

知名的JavaScript引擎

除了前面介紹過Firefox正在使用的Spider Monkey引擎，還有Internet Explorer正在使用的Chakra引擎，而Google使用的是V8引擎。雖然它們用到了不同的編譯器，但是它們所遵循的優化結構是相似的。

Google的V8：

由Lark Bak創建的The Chromium項目開發了開源的Javascript引擎。該項目為Google Chrome和Chromium網絡瀏覽器提供了開發服務。Chrome的V8引擎幾乎是在Chrome的首個版本誕生(2008年9月2日)的同時，就應運而生了。V8能夠很好地兼容Node.js和MongoDB等服務器端技術。

由于V8帶有Ignition解釋器，因此它能夠通過低級字節碼完成解釋與執行。盡管這些低級字節碼比起機器碼來說既小又慢，但它們需要編譯的時間會更少。我們可以使用Full-Codegen編譯器，來生成未優化的代碼。該編譯器的運行速度比其他編譯器要快一些。JIT編譯器—Turbofan不但可以編譯代碼，并且能夠密切注意代碼是否會在整個JavaScript執行的過程中被多次用到。也就是說，它的垃圾收集器會觀察各種對象中不再引用到的數據。而且這種數據的收集工作是由收集器來完成的。值得一提的是，在執行垃圾回收的周期內，V8引擎將會自動停止程序的運行。

CHAKRA：

由Microsoft開發的Chakra JavaScript引擎，被用在了Microsoft Edge Web瀏覽器中。它是Internet Explorer中Jscript引擎的一個分支。我們可以簡單地理解為：Chakra提高了Internet Explorer中JavaScript的執行質量。由于是用新的JavaScript編譯器組成，因此Chakra可以幫助用戶將JavaScript代碼編譯成為高級機器代碼。通過提供全新的解釋器，Chakra不但能夠在傳統的網頁上執行腳本，而且能夠改進JavaScript的運行時和各種庫。

SPIDER MONKEY：

由Netscape Communications的Brendan Eich使用C和C++語言編寫的Spider Monkey，最終被發布成為了開源的JavaScript引擎。目前，它被用在包括Firefox在內的許多享有Mozilla公共許可證(2.0版)的產品中。它將類型推斷(type inference)與JIT編譯器—Jaegermonkey相連接，以生成有效的代碼。

在結構上，Spider Monkey是由一個解釋器、幾個JIT編譯器、一個反編譯器、以及一個垃圾收集器所組成。

RHINO：

由Mozilla Foundation管理的Rhino JavaScript引擎，是一款完全由Java編寫的開源軟件。它同樣可以被使用在Mozilla Firefox中。

JavaScript運行時

與其他編程語言不同的是，JavaScript是一種單線程的語言運行時(language runtime)，且只能一次性執行并完成程序代碼。由于代碼是按照順序被執行的，因此那些需要花費較長時間的代碼，可能會阻塞后續有待執行的其他代碼。例如：當您在瀏覽器(如：Google Chrome)上打開某個網站時，它會調用JavaScript的一個執行線程，用來處理諸如滾動網頁，在網頁上打印部分內容，偵聽DOM事件，以及執行某項操作等。然而，如果JavaScript一旦停止執行，瀏覽器就會自動停止所有各項操作。這就意味著瀏覽器在完成某項任務之前，并不會響應其他的任何內容。

根據概念，JavaScript運行時是指JavaScript代碼所處的環境或條件。因此，當JavaScript在Google Chrome上執行時，JavaScript運行時便是v8;如果在Mozilla上，它就是Spider Monkey;如果在IE上，則為Chakra。

JavaScript運行時的API提供了一種執行桌面與服務器端應用的方法。由于這些API在Windows 10和任何版本的Windows操作系統上可用，因此Windows操作系統可以通過使用Chakra的相關標準，向應用程序添加不同的腳本功能。當然，目標系統上也需要安裝好Internet Explorer 11。

內聯緩存(Inline Caching)

內聯緩存的概念源于經驗觀察。也就是說，通過觀察并記住以前直接在調用站點處那些相同方法的查詢結果，來加快運行時方法的綁定速度，并提高查找的性能。同時，為了簡化此過程，我們可以為調用站點分配不同的狀態。例如：將最初的站點分配為“未初始化(uninitialized)”狀態。那么，語言運行時到達未初始化的特定調用站點時，將執行動態查找，并將結果存儲到調用站點中，同時將其狀態更改為“單態(monomorphic)”。后續，如果語言運行時再次到達同一調用站點時，它會從現有的存儲中進行檢索，并直接予以調用，而無需再次執行任何其他的查找。此外，為了解決不同類型的對象可能出現在同一調用站點的可能性，語言運行時還必須在代碼中插入保護條件(guard conditions)。

至此，希望您已經對JavaScript引擎的相關概念和工作原理有所了解。希望您能更好地將其運用到項目編程中。

原文標題：How JavaScript Engine Works?，作者：Vyom Srivastava

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