前言

一般來講，電腦是不能直接運行我們的javascript代碼的，它需要一個翻譯程序?qū)⑷祟惸軌蚶斫獾木幊陶Z言 JavaScript，翻譯成機器能夠理解的機器語言。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)的開源項目 V8 是當(dāng)下使用最廣泛的 JavaScript 虛擬機，全球有超過 25 億臺安卓設(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。

(資料圖片僅供參考)

什么是V8

在V8 出現(xiàn)之前，所有的 JavaScript 虛擬機所采用的都是解釋執(zhí)行的方式，這是 JavaScript 執(zhí)行速度過慢的一個主要原因。而 V8 率先引入了即時編譯(JIT)的雙輪驅(qū)動的設(shè)計，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。通俗點理解就是：V8是一個高性能的JavaScript解析執(zhí)行引擎。

對與很多開發(fā)者來說，V8就像是一個黑盒，我們將一段代碼丟給這個黑盒，它便會返回結(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)行機器代碼講起，你可以把 CPU 看成是一個非常小的運算機器，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寄存器中的數(shù)據(jù)移動到另外一個寄存器中，當(dāng)處理器執(zhí)行到這條指令的時候，便會按照指令的意思去實現(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)，也就是機器語言。

CPU 能直接識別匯編語言嗎?

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

計算機執(zhí)行高級語言的基本方式

一般來講，計算機執(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，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器代碼。通常編譯成的機器代碼是以二進(jìn)制文件形式存儲的，需要執(zhí)行這段程序的時候直接執(zhí)行二進(jìn)制文件就可以了。還可以使用虛擬機將編譯后的機器代碼保存在內(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，它們之間的實現(xiàn)方式也存在著部分差異，比如Chrome使用的是V8虛擬機，Safari使用的是JavaScript Core虛擬機，而Firefox則使用的是TraceMonkey虛擬機。

V8是如何執(zhí)行JavaScript代碼的？

作為JavaScript的主流虛擬機，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)行的啟動速度快，但是執(zhí)行速度比較慢，而編譯執(zhí)行的啟動速度慢，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，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」、「?？臻g」、「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，并不會立即執(zhí)行，因為V8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，V8還會生成相應(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和機器代碼之間的中間代碼。生成字節(jié)碼后，解釋器就會按照順序解釋執(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，那么這段代碼就會被標(biāo)記成熱點代碼。當(dāng)某段代碼被標(biāo)記成熱點代碼后，V8就會將這段代碼交給優(yōu)化編輯器，優(yōu)化編輯器會在后臺將字節(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)制機器代碼的執(zhí)行效率就會大幅提升?？偨Y(jié)

由于計算機只能識別二進(jìn)制指令，所以一般需要將高級代碼編譯成計算機能夠識別的二進(jìn)制指令才能執(zhí)行，一般有兩種方法：編譯執(zhí)行和解釋執(zhí)行。

兩種方法各有優(yōu)缺點，所以「V8采用了一種權(quán)衡策略，在啟動時采用解釋執(zhí)行的策略，但是如果某段代碼的執(zhí)行頻率超過某個值，V8就會采用優(yōu)化編譯器將其編譯成執(zhí)行效率更高的機器代碼?！?/p>

V8執(zhí)行JavaScript代碼的主要流程：

初始化執(zhí)行環(huán)境解析JavaScript代碼生成AST和作用域根據(jù)AST和作用域生成字節(jié)碼解釋執(zhí)行字節(jié)碼監(jiān)聽熱點代碼優(yōu)化熱點代碼為二進(jìn)制的機器代碼優(yōu)化生成二進(jìn)制機器代碼

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