V8是如何執(zhí)行JavaScript代碼的？

作者：前端 2023-06-05 16:38:51

一般來講，電腦是不能直接運(yùn)行我們的javascript代碼的，它需要一個(gè)翻譯程序?qū)⑷祟惸軌蚶斫獾木幊陶Z言 JavaScript，翻譯成機(jī)器能夠理解的機(jī)器語言。

前言

一般來講，電腦是不能直接運(yùn)行我們的javascript代碼的，它需要一個(gè)翻譯程序?qū)⑷祟惸軌蚶斫獾木幊陶Z言 JavaScript，翻譯成機(jī)器能夠理解的機(jī)器語言。目前市面上有很多種 JavaScript 引擎，諸如 SpiderMonkey、V8、JavaScriptCore 等。而由谷歌開發(fā)的開源項(xiàng)目 V8 是當(dāng)下使用最廣泛的 JavaScript 虛擬機(jī)，全球有超過 25 億臺(tái)安卓設(shè)備，而這些設(shè)備中都使用了 Chrome 瀏覽器，所以我們寫的 JavaScript 應(yīng)用，大都跑在 V8 上。

什么是V8

在V8 出現(xiàn)之前，所有的 JavaScript 虛擬機(jī)所采用的都是解釋執(zhí)行的方式，這是 JavaScript 執(zhí)行速度過慢的一個(gè)主要原因。而 V8 率先引入了即時(shí)編譯(JIT)的雙輪驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)，這是一種權(quán)衡策略，混合編譯執(zhí)行和解釋執(zhí)行這兩種手段，給 JavaScript 的執(zhí)行速度帶來了極大的提升。通俗點(diǎn)理解就是：V8是一個(gè)高性能的JavaScript解析執(zhí)行引擎。

對與很多開發(fā)者來說，V8就像是一個(gè)黑盒，我們將一段代碼丟給這個(gè)黑盒，它便會(huì)返回結(jié)果，我們只知道「V8 的主要職責(zé)是用來編譯執(zhí)行 JavaScript 代碼的」，并沒有深入了解過它的工作原理。

下面我們就來深入了解一下V8到底是如何執(zhí)行JavaScript代碼的。

為什么需要編譯這一過程？

我們先從 CPU 是怎么執(zhí)行機(jī)器代碼講起，你可以把 CPU 看成是一個(gè)非常小的運(yùn)算機(jī)器，我們可以通過二進(jìn)制的指令和 CPU 進(jìn)行溝通，比如我們給 CPU 發(fā)出“1000100111011000”的二進(jìn)制指令，這條指令的意思是將一個(gè)寄存器中的數(shù)據(jù)移動(dòng)到另外一個(gè)寄存器中，當(dāng)處理器執(zhí)行到這條指令的時(shí)候，便會(huì)按照指令的意思去實(shí)現(xiàn)相關(guān)的操作。為了能夠完成復(fù)雜的任務(wù)，工程師們?yōu)? CPU 提供了一大堆指令，來實(shí)現(xiàn)各種功能，我們就把這一大堆指令稱為指令集(Instructions)，也就是機(jī)器語言。

CPU 能直接識(shí)別匯編語言嗎?

顯然是不行的，如果你使用匯編編寫了一段程序，你還需要一個(gè)匯編編譯器，其作用是將匯編代碼編程成機(jī)器代碼

計(jì)算機(jī)執(zhí)行高級語言的基本方式

一般來講，計(jì)算機(jī)執(zhí)行高級語言的方式有以下兩種：

解釋執(zhí)行

改方式需要先將輸入的源代碼通過解析器編譯成中間代碼，之后直接使用解釋器解釋執(zhí)行中間代碼，然后直接輸出結(jié)果。

編譯執(zhí)行

采用這種方式時(shí)，也需要先將源代碼轉(zhuǎn)換為中間代碼，然后我們的編譯器再將中間代碼編譯成機(jī)器代碼。通常編譯成的機(jī)器代碼是以二進(jìn)制文件形式存儲(chǔ)的，需要執(zhí)行這段程序的時(shí)候直接執(zhí)行二進(jìn)制文件就可以了。還可以使用虛擬機(jī)將編譯后的機(jī)器代碼保存在內(nèi)存中，然后直接執(zhí)行內(nèi)存中的二進(jìn)制代碼。

即便是JavaScript一門語言，也有好幾種流行的虛擬機(jī)，它們之間的實(shí)現(xiàn)方式也存在著部分差異，比如Chrome使用的是V8虛擬機(jī)，Safari使用的是JavaScript Core虛擬機(jī)，而Firefox則使用的是TraceMonkey虛擬機(jī)。

V8是如何執(zhí)行JavaScript代碼的？

作為JavaScript的主流虛擬機(jī)，V8是如何編譯執(zhí)行JavaScript代碼的呢?它采用的是我們上面介紹的解釋執(zhí)行、編譯執(zhí)行中的哪一種呢?

解釋執(zhí)行的啟動(dòng)速度快，但是執(zhí)行速度比較慢，而編譯執(zhí)行的啟動(dòng)速度慢，但是執(zhí)行速度比較快，所以為了權(quán)衡兩種方法各自的優(yōu)缺點(diǎn)，V8采用的是兩種方法結(jié)合的方式進(jìn)行編譯執(zhí)行JavaScript代碼。

V8執(zhí)行JavaScript代碼流程圖

從這張圖的左側(cè)部分我們可以看出，V8在啟動(dòng)執(zhí)行JavaScript代碼之前，它需要初始化好執(zhí)行環(huán)境，這些環(huán)境包括：「堆空間」、「棧空間」、「全局執(zhí)行上下文」、「全局作用域」、「循環(huán)系統(tǒng)??」、「內(nèi)置函數(shù)」等，這些內(nèi)容都是在JavaScript執(zhí)行過程中需要使用到的。
在初始化完執(zhí)行環(huán)境后，就可以向V8提交需要執(zhí)行的JavaScript代碼了。
V8在接收到JavaScript代碼后，并不會(huì)立即執(zhí)行，因?yàn)閂8并不能直接理解JavaScript代碼的含義，這對于它來說只不過就是一段字符串而已。它需要將代碼結(jié)構(gòu)化生成抽象語法樹(AST)，在生成抽象語法樹的同時(shí)，V8還會(huì)生成相應(yīng)的作用域。
有了AST和作用域后，就可以生成字節(jié)碼了，字節(jié)碼是介于AST和機(jī)器代碼之間的中間代碼。
生成字節(jié)碼后，解釋器就會(huì)按照順序解釋執(zhí)行字節(jié)碼，并輸出執(zhí)行結(jié)果。
解釋器在執(zhí)行字節(jié)碼的過程中，如果發(fā)現(xiàn)某段代碼被多次重復(fù)執(zhí)行，那么這段代碼就會(huì)被標(biāo)記成熱點(diǎn)代碼。
當(dāng)某段代碼被標(biāo)記成熱點(diǎn)代碼后，V8就會(huì)將這段代碼交給優(yōu)化編輯器，優(yōu)化編輯器會(huì)在后臺(tái)將字節(jié)碼編譯為二進(jìn)制代碼，然后再對編譯后的二進(jìn)制代碼進(jìn)行優(yōu)化操作，優(yōu)化后的二進(jìn)制機(jī)器代碼的執(zhí)行效率就會(huì)大幅提升。