Johnny's blog

v8引擎

v8引擎出现的原因

编译型语言： 在程序执行之前必须进行专门的编译过程，有如下特点：

只须编译一次就可以把源代码编译成机器语言，后面的执行无须重新编译，直接使用之前的编译结果就可以；因此其执行的效率比较高；
编译性语言代表：C、C++、Java、Pascal/Object Pascal（Delphi）；
程序执行效率比较高，但比较依赖编译器，因此跨平台性差一些；
不同平台对编译器影响较大。
    16位系统下int是2个字节（16位），而32位系统下int占4个字节（32位）；
    32位系统下long类型占4字节，而64位系统下long类型占8个字节；
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解释性语言 - 解释行语言，支持动态类型，弱类型，在程序运行的时候才进行编译，而编译前需要确定变量的类型，效率比较低，对不同系统平台有较大的兼容性.

源代码不能直接翻译成机器语言，而是先翻译成中间代码，再由解释器对中间代码进行解释运行；
    源代码—>中间代码—>机器语言
程序不需要编译，程序在运行时才翻译成机器语言，每执行一次都要翻译一次；
解释性语言代表：Python、JavaScript、Shell、Ruby、MATLAB等；
运行效率一般相对比较低，依赖解释器，跨平台性好；
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比较：

一般，编译性语言的运行效率比解释性语言更高；但是不能一概而论，部分解释性语言的解释器通过在运行时动态优化代码，甚至能使解释性语言的性能超过编译性语言；
编译性语言的跨平台特性比解释性语言差一些；
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经过以上说明，解释性语言，运行效率低，随着Web相关技术的发展，JavaScript所要承担的工作也越来越多，早就超越了“表单验证”的范畴，这就更需要快速的解析和执行JavaScript脚本。V8引擎就是为解决这一问题而生，在node中也是采用该引擎来解析JavaScript。

JavaScript引擎

JavaScript本质上是一种解释型语言，与编译型语言不同的是它需要一边执行一边解析，而编译型语言在执行时已经完成编译，可直接执行，有更快的执行速度(如上图所示)。JavaScript代码是在浏览器端解析和执行的，如果需要时间太长，会影响用户体验。那么提高JavaScript的解析速度就是当务之急。

JavaScript语言是解释型语言，为了提高性能，引入了Java虚拟机和C++编译器中的众多技术。现在JavaScript引擎的执行过程大致是:

源代码-→抽象语法树-→字节码-→JIT-→本地代码(V8引擎没有中间字节码)。

V8更加直接的将抽象语法树通过JIT技术转换成本地代码，放弃了在字节码阶段可以进行的一些性能优化，但保证了执行速度。在V8生成本地代码后，也会通过Profiler采集一些信息，来优化本地代码。虽然，少了生成字节码这一阶段的性能优化，但极大减少了转换时间。

但是在2017年4月底，v8 的 5.9 版本发布了，新增了一个 Ignition 字节码解释器，将默认启动，从此之后将与JSCore有大致相同的流程。做出这一改变的原因为：（主要动机）减轻机器码占用的内存空间，即牺牲时间换空间；提高代码的启动速度；对 v8 的代码进行重构，降低 v8 的代码复杂度

V8引擎

  • V8引擎是一个JavaScript引擎实现，最初由一些语言方面专家设计，后被谷歌收购，随后谷歌对其进行了开源。
  • V8使用C++开发，在运行JavaScript之前，相比其它的JavaScript的引擎转换成字节码或解释执行，V8将其编译成原生机器码（IA-32, x86-64, ARM, or MIPS CPUs），并且使用了如内联缓存（inline caching）等方法来提高性能。
  • 有了这些功能，JavaScript程序在V8引擎下的运行速度媲美二进制程序。
  • V8支持众多操作系统，如windows、linux、android等，也支持其他硬件架构，如IA32,X64,ARM等，具有很好的可移植和跨平台特性。

2017 年，V8 正式发布全新编译 pipeline，即用 Ignition 和 TurboFan 的组合，来编译执行代码，从 V8 5.9 版开始，早期的 Full-Codegen 和 Crankshaft 编译器不再用来执行 JavaScript。

其中，最核心的是三个模块：

  • 解析器（Parser）
  • 解释器（Ignition）
  • 优化编译器（TurboFan）

v8-module

V8 怎么执行 JavaScript 代码的

当 V8 执行 JavaScript 源码时，首先解析器会把源码解析为抽象语法树（Abstract Syntax Tree），解释器（Ignotion）再将 AST 翻译为字节码，一边解释一边执行。

在此过程中，解释器会记特定代码片段的运行次数，如果代码运行次数超过某个阈值，那么该段代码就被标记为热代码（hot code），并将运行信息反馈给优化编译器（TurboFan）。

优化编译器根据反馈信息，优化并编译字节码，最终生成优化后的机器码，这样当该段代码再次执行时，解释器就直接使用优化机器码执行，不用再次解释，大大提高了代码运行效率。

这种在运行时编译代码的技术也被称为 JIT（即时编译），通过JIT可以极大提升 JavaScript 代码的执行性能。

解析器如何把源码转换成 AST

要让 V8 执行我们编写的源码，就要将源码转换成 V8 能理解的格式。

V8 会先把源码解析为一个抽象语法树（AST），这是用来表示源码的树形结构的对象，这个过程称为解析（Parsing），主要由 V8 的 Parser 模块实现。然后， V8 的解释器会把 AST 编译为字节码，一边解释一边执行。

解析和编译过程的性能非常重要，因为 V8 只有等编译完成后才能运行代码。

v8-work 整个解析过程可分为两部分。

  1. 词法分析：将字符流转换为 tokens，字符流就是我们编写的一行行代码，token 是指语法上不能再分割的最小单位，可能是单个字符，也可能是字符串，图中的 Scanner 就是 V8 的词法分析器。
  2. 语法分析：根据语法规则，将 tokens 组成一个有嵌套层级的抽象语法结构树，这个树就是 AST，在此过程中，如果源码不符合语法规范，解析过程就会终止，并抛出语法错误。图中的 Parser 和 Pre-Parser 都是 V8 的语法分析器。

V8 执行 JavaScript 的原理总结

  1. 解析器将 JavaScript 源码解析为 AST，解析过程分为词法分析和语法分析，V8 通过预解析提升解析效率；
  2. 解释器 Ignition 根据 AST 生成字节码并执行。这个过程中会收集执行反馈信息，交给 TurboFan 进行优化编译；
  3. TurboFan 根据 Ignition 收集的反馈信息，将字节码编译为优化后的机器码，后续 Ignition 用优化机器码代替字节码执行，进而提升性能。

V8 VS JavaScriptCore

JavaScriptCore引擎是WebKit中默认的JavaScript引擎，也是苹果开源的一个项目，应用较为广泛。最初，性能不是很好，从2008年开始了一系列的优化，重新实现了编译器和字节码解释器，使得引擎的性能有较大的提升。随后内嵌缓存、基于正则表达式的JIT、简单的JIT及字节码解释器等技术引入进来，JavaScriptCore引擎也在不断的迭代和发展。

V8引擎自诞生之日起就以性能优化作为目标，引入了众多新技术，极大了带动了整个业界JavaScript引擎性能的快速发展。总的来说，V8引擎较为激进，青睐可以提高性能的新技术，而JavaScriptCore引擎较为稳健，渐进式的改变着自己的性能。

JavaScriptCore 的大致流程为：源代码-→抽象语法树-→字节码-→JIT-→本地代码。JavaScriptCore与V8有一些不同之处，其中最大的不同就是新增了字节码的中间表示，并加入了多层JIT编译器（如：简单JIT编译器、DFG JIT编译器、LLVM等）优化性能，不停的对本地代码进行优化。

还有就是在数据表示方面，V8在不同的机器上使用与机器位数相匹配的数据表示，而在JavaScriptCore中句柄都是使用64位表示，其可以表示更大范围的数字，所以即使在32位机器上，浮点类型同样可以保存在句柄中，不再需要访问堆中的数据，当也会占用更多的空间。

注意项

结合上面对于V8引擎的介绍，我们在编程中应注意：

  • 类型。对于函数，JavaScript是一种动态类型语言，JavaScriptCore和V8都使用隐藏类和内嵌缓存来提高性能，为了保证缓存命中率，一个函数应该使用较少的数据类型；对于数组，应尽量存放相同类型的数据，这样就可以通过偏移位置来访问。
  • 数据表示。简单类型数据（如整型）直接保存在句柄中，可以减少寻址时间和内存占用，如果可以使用整数表示的，尽量不要用浮点类型。
  • 内存。虽然JavaScript语言会自己进行垃圾回收，但我们也应尽量做到及时回收不用的内存，对不再使用的对象设置为null或使用delete方法来删除(使用delete方法删除会触发隐藏类新建，需要更多的额外操作)。
  • 优化回滚。在执行多次之后，不要出现修改对象类型的语句，尽量不要触发优化回滚，否则会大幅度降低代码的性能。
  • 新机制。使用JavaScript引擎或者渲染引擎提供的新机制和新接口提高性能。