幾個星期前，我們開始了一系列旨在深入研究 JavaScript 及其實際工作方式的系列文章：我們認為通過了解 JavaScript 的構(gòu)建塊以及它們?nèi)绾我黄饏f(xié)作的，你將能夠編寫更好的代碼和應用程序。

本系列的第一篇文章重點介紹了引擎，運行時和調(diào)用堆棧的概述。第二篇文章將深入到 Google V8 JavaScript 引擎的內(nèi)部。我們還將提供一些關(guān)于如何編寫更好的 JavaScript 代碼的快速技巧 - 我們的 SessionStack 開發(fā)團隊在構(gòu)建產(chǎn)品時所遵循的最佳實踐。

概覽

JavaScript 引擎是執(zhí)行 JavaScript 代碼的程序或解釋器。 JavaScript 引擎可以作為標準解釋器或即時編譯器，它以某種形式將 JavaScript 編譯為字節(jié)碼。

下面是一個實現(xiàn)了 JavaScript 引擎的流行項目列表：

V8 — 開源，由 Google 開發(fā)，用 C ++ 編寫

Rhin o — 由 Mozilla 基金會管理，開源，完全用 Java 開發(fā)

SpiderMonkey — 是第一個支持 Netscape Navigator 的 JavaScript 引擎，目前正供 Firefox 使用

JavaScriptCore — 開源，由蘋果公司為 Safari 開發(fā)

KJS — KDE 的引擎，最初由 Harri Porten 為 KDE 項目中的 Konqueror 網(wǎng)頁瀏覽器開發(fā)

Chakra (JScript9) — Internet Explorer

Chakra (JavaScript) — Microsoft Edge

Nashorn , 作為 OpenJDK 的一部分，由 Oracle Java 語言和工具組編寫

JerryScript — 物聯(lián)網(wǎng)的輕量級引擎

為什么創(chuàng)建 V8 引擎？

由 Google 構(gòu)建的 V8 引擎是開源的，用 C ++ 編寫。 此引擎被用在 Google Chrome 中。 與其他引擎不同的是，V8 也被用于流行的 Node.js 中。

V8 最初是被設(shè)計用來提高網(wǎng)頁瀏覽器內(nèi)部 JavaScript 執(zhí)行的性能。為了獲得更快的速度，V8 將 JavaScript 代碼翻譯成更高效的機器代碼，而不是使用解釋器來翻譯代碼。它通過使用 JIT（Just-In-Time）編譯器（如 SpiderMonkey 或 Rhino（Mozilla）等許多現(xiàn)代 JavaScript 引擎）來將 JavaScript 代碼編譯為機器代碼。 這里的主要區(qū)別在于 V8 不生成字節(jié)碼或任何中間代碼。

V8 曾有兩個編譯器

在 V8 的 5.9 版本出來之前（今年早些時候發(fā)布），引擎使用了兩個編譯器：

full-codegen - 一個簡單而且速度非常快的編譯器，可以生成簡單且相對較慢的機器代碼。

Crankshaft - 一種更復雜（Just-In-Time）的優(yōu)化編譯器，生成高度優(yōu)化的代碼。

V8 引擎也在內(nèi)部使用多個線程：

主線程完成您期望的任務：獲取代碼，編譯并執(zhí)行它

還有一個單獨的線程用于編譯，以便主線程可以繼續(xù)執(zhí)行，而前者正在優(yōu)化代碼

一個 Profiler 線程，它會告訴運行時我們花了很多時間，讓 Crankshaft 可以優(yōu)化它們

一些線程處理垃圾收集器

當?shù)谝淮螆?zhí)行 JavaScript 代碼時，V8 利用 full-codegen 編譯器，直接將解析的 JavaScript 翻譯成機器代碼而不進行任何轉(zhuǎn)換。這使得它可以非常快速地開始執(zhí)行機器代碼。請注意，V8 不使用中間字節(jié)碼，從而不需要解釋器。

當你的代碼運行了一段時間，分析器線程已經(jīng)收集了足夠的數(shù)據(jù)來判斷哪個方法應該被優(yōu)化。

接下來，Crankshaft 從另一個線程開始優(yōu)化。它將 JavaScript 抽象語法樹轉(zhuǎn)換為被稱為 Hydrogen 的高級靜態(tài)單分配（SSA）表示，并嘗試優(yōu)化 Hydrogen 圖。大多數(shù)優(yōu)化都是在這個級別完成的。

內(nèi)聯(lián)代碼

第一個優(yōu)化是提前盡可能多地內(nèi)聯(lián)代碼。內(nèi)聯(lián)是將被調(diào)用函數(shù)的主體替換為調(diào)用站點（調(diào)用函數(shù)的代碼行）的過程。這個簡單的步驟使得下面的優(yōu)化更有意義。

JavaScript 是一種基于原型的語言：沒有類和對象而是使用克隆創(chuàng)建的。 JavaScript 也是一種動態(tài)編程語言，這意味著屬性可以在實例化后方便地添加或從對象中移除。

大多數(shù) JavaScript 解釋器使用類似字典的結(jié)構(gòu)（基于散列函數(shù)）來存儲對象屬性值在內(nèi)存中的位置。這種結(jié)構(gòu)使得在 JavaScript 中檢索一個屬性的值比在 Java 或 C＃ 這樣的非動態(tài)編程語言中的計算量要大得多。在 Java 中，所有的對象屬性都是在編譯之前由一個固定的對象決定的，并且不能在運行時動態(tài)添加或刪除（當然，C＃的動態(tài)類型是另一個主題）。因此，屬性的值（或指向這些屬性的指針）可以作為連續(xù)的緩沖區(qū)存儲在內(nèi)存中，每個值之間有一個固定的偏移量。偏移量的長度可以很容易地根據(jù)屬性類型來確定，而在運行時屬性類型可以改變的 JavaScript 中這是不可能的。

由于使用字典查找內(nèi)存中對象屬性的位置效率非常低，因此 V8 使用了不同的方法：隱藏類。隱藏類與 Java 等語言中使用的固定對象（類）的工作方式類似，除了隱藏類是在運行時創(chuàng)建的這點區(qū)別。現(xiàn)在，讓我們看看他們實際的例子：

function Point(x, y) { this.x = x; this.y = y;}var p1 = new Point(1, 2);

一旦 “new Point（1，2）” 調(diào)用發(fā)生，V8 將創(chuàng)建一個名為 “C0” 的隱藏類。

尚未為 Point 定義屬性，因此“C0”為空。

一旦第一個語句 “this.x = x” 被執(zhí)行（在 “Point” 函數(shù)內(nèi)部），V8 將創(chuàng)建第二個隱藏的類，名為“C1”，它基于“C0”。 “C1”描述了可以找到屬性x的在內(nèi)存中的位置（相對于對象指針）。在這種情況下，“x”被存儲在0處，這意味著當在內(nèi)存中將點對象看作一段連續(xù)存儲空間時，第一個地址將對應于屬性“x”。 V8 也會用“class transition”來更新“C0”，如果一個屬性“x”被添加到一個點對象時，隱藏類應該從“C0”切換到“C1”。下面的點對象的隱藏類現(xiàn)在是“C1”。

每當一個新的屬性被添加到一個對象時，舊的隱藏類將被更新為到新的隱藏類的轉(zhuǎn)換路徑。隱藏的類轉(zhuǎn)換非常重要，因為它們允許隱藏的類在以相同方式創(chuàng)建的對象之間共享。如果兩個對象共享一個隱藏類，并將相同的屬性添加到這兩個對象，則轉(zhuǎn)換將確保兩個對象接收相同的新隱藏類和所有優(yōu)化代碼。

當語句 “this.y = y” 被執(zhí)行時，會重復同樣的過程（在 “Point” 函數(shù)內(nèi)部，“this.x = x”語句之后）。

一個名為“C2”的新隱藏類會被創(chuàng)建，如果將一個屬性 “y” 添加到一個 Point 對象（已經(jīng)包含屬性“x”），一個類轉(zhuǎn)換會添加到“C1”，則隱藏類應該更改為“C2”，點對象的隱藏類更新為“C2”。

隱藏類轉(zhuǎn)換取決于將屬性添加到對象的順序。看看下面的代碼片段：

function Point(x, y) { this.x = x; this.y = y;}var p1 = new Point(1, 2);p1.a = 5;p1.b = 6;var p2 = new Point(3, 4);p2.b = 7;p2.a = 8;

現(xiàn)在，假設(shè)對于p1和p2，將使用相同的隱藏類和轉(zhuǎn)換。那么，對于“p1”，首先添加屬性“a”，然后添加屬性“b”。然而，“p2”首先分配“b”，然后是“a”。因此，由于不同的轉(zhuǎn)換路徑，“p1”和“p2”以不同的隱藏類別結(jié)束。在這種情況下，以相同的順序初始化動態(tài)屬性好得多，以便隱藏的類可以被重用。

內(nèi)聯(lián)緩存

V8 利用另一種被稱為內(nèi)聯(lián)緩存的技術(shù)來優(yōu)化動態(tài)類型語言。內(nèi)聯(lián)緩存依賴于發(fā)生在相同類型的對象上的相同方法的重復調(diào)用的觀察上。內(nèi)嵌緩存的更多解釋可以在 這里找到 。

接下來將討論內(nèi)聯(lián)緩存的一般概念（如果您沒有時間通過上面的深入了解）。

它是怎樣工作的？ V8 維護一個在最近的方法調(diào)用中作為參數(shù)傳遞的對象類型的緩存，并使用這些信息來預測將來作為參數(shù)傳遞的對象的類型。如果V8能夠很好地假定傳遞給方法的對象類型，那么它可以繞過如何訪問對象的屬性的過程，而是將之前查找到的信息用于對象的隱藏類。

那么隱藏類和內(nèi)聯(lián)緩存的概念如何相關(guān)呢？無論何時在特定對象上調(diào)用方法時，V8 引擎都必須執(zhí)行對該對象的隱藏類的查找，以確定訪問特定屬性的偏移量。在同一個隱藏類的兩次成功的調(diào)用之后，V8 省略了隱藏類的查找，并簡單地將該屬性的偏移量添加到對象指針本身。對于該方法的所有下一次調(diào)用，V8 引擎都假定隱藏的類沒有更改，并使用從以前的查找存儲的偏移量直接跳轉(zhuǎn)到特定屬性的內(nèi)存地址。這大大提高了執(zhí)行速度。

內(nèi)聯(lián)緩存也是為什么相同類型的對象可以共享隱藏類非常重要的原因。如果你創(chuàng)建了兩個相同類型的對象和不同的隱藏類（就像我們之前的例子中那樣），V8 將不能使用內(nèi)聯(lián)緩存，因為即使兩個對象是相同的類型，它們相應的隱藏類為其屬性分配不同的偏移量。

這兩個對象基本相同，但“a”和“b”屬性的創(chuàng)建順序不同。

編譯成機器碼

一旦 Hydrogen 圖被優(yōu)化，Crankshaft 將其降低到稱為 Lithium 的較低級表示。大部分的 Lithium 實現(xiàn)都是特定于架構(gòu)的。寄存器分配往往發(fā)生在這個級別。

最后，Lithium 被編譯成機器碼。然后就是 OSR ：on-stack replacement（堆棧替換）。在我們開始編譯和優(yōu)化一個明確的長期運行的方法之前，我們可能會運行堆棧替換。 V8 不只是緩慢執(zhí)行堆棧替換，并再次開始優(yōu)化。相反，它會轉(zhuǎn)換我們擁有的所有上下文（堆棧，寄存器），以便在執(zhí)行過程中切換到優(yōu)化版本上。這是一個非常復雜的任務，考慮到除了其他優(yōu)化之外，V8 最初還將代碼內(nèi)聯(lián)。 V8 不是唯一能夠做到的引擎。

有一種叫做去優(yōu)化的保護措施來做出相反的變換，并且在假設(shè)引擎優(yōu)化無效的情況下，還原回非優(yōu)化的代碼。

垃圾收集

對于垃圾收集，V8 采用了傳統(tǒng)的分代式掃描方式來清理老一代。標記階段應該停止 JavaScript 的執(zhí)行。為了控制 GC 成本并使執(zhí)行更加穩(wěn)定，V8 使用了漸進式標記：而不是走遍整個堆內(nèi)容，試圖標記每一個可能的對象。它只走一部分堆內(nèi)容，然后恢復正常執(zhí)行。下一個 GC 將從先前堆走過的地方繼續(xù)執(zhí)行。這允許在正常執(zhí)行期間非常短的暫停。如前所述，掃描階段由不同的線程處理。

Ignition 和 TurboFan

隨著 2017 年早些時候 V8 5.9 的發(fā)布，一個新的執(zhí)行管道被引入。這個新的管道在實際的 JavaScript 應用程序中實現(xiàn)了更大的性能改進和顯著的內(nèi)存節(jié)省。

新的執(zhí)行流程是建立在 Ignition （ V8 的解釋器）和 TurboFan （ V8 的最新優(yōu)化編譯器）之上的。

你可以查看 V8 團隊關(guān)于 這個 話題的博客文章。

自從 V8 5.9 版本問世以來，由于 V8 團隊一直努力跟上新的 JavaScript 語言特性以及這些特性所需要的優(yōu)化，V8 團隊已經(jīng)不再使用 full-codegen 和 Crankshaft（自 2010 年以來為 V8 技術(shù)所服務）。

這意味著 V8 整體上將有更簡單和更易維護的架構(gòu)。

在 Web 和 Node.js 性能上的提升

來自：https://www.oschina.net/translate/how-does-javascript-actually-work-part-2