探索JavaScript是如何工作的

前言

什么是V8？JavaScript运行的背后发生了什么？

如果你是一个JS开发者或者是正在学习这门语言的学生，很大概率上你会遇到双字母词”V8”。在这篇文章中，我将会为你简述不同的JS引擎并深入探究V8引擎的工作机制。文章的第二部分涵盖了内存管理的概念，不久后将发布。

这篇文章是由Bit(GitHub)带来的。作为一个共享组件的平台，Bit帮助每个人构建模块化的JavaScript应用程序，在项目和团队之间轻松地共享组件，同时实现更好&更快的构建。试试看。

1.编程语言是如何工作的？

在开始讲解JavaScript之前，我们首先要理解任意一门编程语言的基本工作方式。电脑是由微处理器构成的，我们通过书写代码来命令这台小巧但功能强大的机器。但是微处理器能理解什么语言？它们无法理解Java，Python等语言，而只懂机器码。

用机器语言或汇编语言编写企业级代码是不可行的，因此我们需要像Java，Python这样配带一个解释器或者编译器用于将其转换为机器码的高级语言。

1.1编译器和解释器

编译器/解释器可以用它处理的语言或任何其他语言来编写。

解释器：一行一行地快速读取和翻译文件。这就是JavaScript最初的工作原理。

编译器：编译器提前运行并创建一个文件，其中包含了输入文件的机器码转换。

有两种途径可以将JavaScript代码转换为机器码。编译代码时，机器对代码开始运行前将要发生的事情有更好的理解，这将加快稍后的执行速度。不过，在这个过程之前需要花费时间。

另一方面，解释代码时，执行是立即的，因此要更快，但是缺乏优化导致它在大型应用程序下运行缓慢。

创建ECMAScript引擎的人很聪明，他们集二者之长开发了JIT(Just-in-time)编译器。JavaScript同时被编译和解释，但实际实现和顺序取决于引擎。我们将会看到V8团队采用的是什么策略。

2.从JavaScript到机器码

就JavaScript而言，有一个引擎将其转换为机器码。和其他语言类似，引擎可以用任何语言来开发，因此这样的引擎不止一个。

• V8是谷歌针对Chorme浏览器的引擎实现。
• SpiderMonkey是第一个引擎，针对网景浏览器开发，现用于驱动FireFox。
• JavaScriptCore是苹果针对Safari浏览器使用的引擎。

还有很多，如果你想知道Internet Explorer背后的引擎，查看这个维基百科页面.

2.1 ECMAScript

面对这么多的引擎，你可能会问：我可以开发自己的引擎吗？可以，只要遵循ECMAScript标准。

如果我们打算做一个翻译器，那么就必须知道这两门语言的有效字。我们已经知道机器语言中什么是有效的了，但是对于JavaScript，这是需要进行标准化的。

JavaScript的标准化工作是由Ecma国际组织负责的，相关规范被称为ECMAScript或者ES。因此，当你看到一篇文章/视频提到“ES7有什么新特性？”时，你就知道它代表的是ECMAScript标准中新增的JS特性。

3.V8引擎

3.1部分历史

谷歌针对浏览器开发了谷歌地图，而这对浏览器的处理能力提出了很高的要求。那时的JavaScript实现尚不足以快速地运行地图。谷歌想要吸引更多的用户使用这项服务，从而进行广告销售并牟利。基于这个原因，这项服务必须快速且稳定。因此谷歌自己用C++开发了V8引擎并在2008年启用，它的速度很快，或者就像一些人说的，它的速度是最快的。

3.2解析和构建树

JavaScript文件进入引擎后，解析器进行词法解析，它将代码分解成token以确定它们的含义。这些token组成了AST(抽象语法树)。

编译器在语义分析中验证语言元素和关键词的正确用法，而 ASTs 在这个过程中扮演着重要的角色。之后，ASTs 被用于生成实际的字节码或者机器码。

3.3 引擎的核心

我们之前谈到，JavaScript是由Ignition这个解释器解释的，同时由TurboFan这个JIT优化编译器进行编译。

首先，前面步骤生成的ASTs传递给解释器，该解释器迅速生成未经过优化的机器码，并且其执行是无延迟的。

Profiler在代码运行时进行观察，找出可以进行优化的地方。例如，一个‘for’循环跑了100次，但是每次迭代产生的结果都是一样的。

使用这个分析器后，任何未优化的代码都将传递给编译器以进行优化，同时生成机器码，它最终会替换掉之前由解释器生成的未优化代码中的对应部分。

随着分析器和编译器不断地更改字节码，JavaScript的执行性能逐渐提高。

3.4更多历史

在V8的5.9版本推出之前，它使用两个优化编译器和一个基线编译器。

• 基线编译器full-codegen迅速生成未优化的机器码。
• 两个优化编译器Crankshaft和TurboFan用于优化代码。

JavaScript增加了新的特性后，架构的复杂度上升，维护相同的管道对V8团队来说变得更加困难了。如果你想阅读更多相关的旧方法以及转向新管道的原因，可以访问他们的网站。

3.5放眼未来

随着更多进一步提升性能的研究的进行，V8引擎的工作机制在未来还可能发生变化。此外，随着Webassembly逐渐成形，可能会向管道添加额外步骤。

4.结论

ECMAScript引擎的实现有很多，其中以谷歌的V8最为出名。希望这篇文章的简述不仅可以帮助你理解JavaScript的工作原理，还能从大体上了解一门编程语言的工作原理。如果你想了解V8团队的未来计划或者引擎的细节，这里有一篇很不错的博客。