「Node.js系列」深入淺出講解V8引擎如何執(zhí)行JavaScript代碼
看完本文可以掌握，以下幾個方面：
- JavaScript的執(zhí)行原理；
- 瀏覽器內(nèi)核的真實結(jié)構(gòu)；
- 瀏覽器渲染引擎的工作過程；
- V8引擎的工作原理；
- 瀏覽器和Node.js架構(gòu)的區(qū)別和練習(xí)；
- Node.js架構(gòu)的應(yīng)用場景和REPL；
- Node.js架構(gòu)的REPL使用；
PS：本篇文章為「Node.js系列」的第一篇，為邂逅Node.js。
之后會保持每周1~2篇的Node.js文章，歡迎大家和我一起學(xué)習(xí)大前端進階系列。
題目中說到的V8引擎，大家自然會聯(lián)想到Node.js。
我們先看一下官方對Node.js的定義：
Node.js是一個基于V8 JavaScript引擎的JavaScript運行時環(huán)境
但是這句話對于我們很多同學(xué)來說，非?；\統(tǒng)，比如先拋出這樣幾個問題：
- 什么是JavaScript運行環(huán)境？
- 為什么JavaScript需要特別的運行環(huán)境呢？
- JavaScript引擎又是什么呢？
- V8是什么？
上面這些問題，同學(xué)們理解的籠統(tǒng)沒關(guān)系，這篇文章會依次揭曉答案~
我們先來吧這些概念搞清楚，再去看Node到底是什么？為什么大前端需要它。
JavaScript無處不在
Stack Overflow的創(chuàng)立者之一的 Jeff Atwood 在前些年提出了著名的Atwood定律：
- 任何可以使用JavaScript來實現(xiàn)的應(yīng)用最終都會使用JavaScript實現(xiàn)。
在發(fā)明之處，JavaScript的目的是應(yīng)用于在瀏覽器執(zhí)行簡單的腳本任務(wù)，對瀏覽器以及其中的DOM進行各種操作，所以JavaScript的應(yīng)用場景非常受限。
但是隨著Node的出現(xiàn)，Atwood定律已經(jīng)越來越多的被證實是正確的。
但是為了可以理解Node.js是如何幫助我們做到這一點的，我們必須了解JavaScript是如何被運行的。
現(xiàn)在我們想一下，JavaScript代碼在瀏覽器中是如何被執(zhí)行的呢？
瀏覽器內(nèi)核
不同的瀏覽器有不同的內(nèi)核組成：
- Gecko：早期被Netscape和Mozilla Firefox瀏覽器使用；
- Trident：微軟開發(fā)，被IE4~IE11瀏覽器使用，但是Edge瀏覽器已經(jīng)轉(zhuǎn)向Blink；
- Webkit：蘋果基于KHTML開發(fā)、開源的，用于Safari，Google Chrome之前也在使用；
- Blink：是Webkit的一個分支，Google開發(fā)，目前應(yīng)用于Google Chrome、Edge、Opera等；
- 等等...
事實上，我們經(jīng)常說的瀏覽器內(nèi)核指的是瀏覽器的排版引擎：
排版引擎（layout engine），也稱為瀏覽器引擎（browser engine）、頁面渲染引擎（rendering engine）或樣板引擎。
介紹完瀏覽器的排版引擎之后，來介紹下瀏覽器的渲染引擎的工作過程。
渲染引擎工作的過程
瀏覽器渲染引擎的工作過程
如上圖：
- HTML和CSS經(jīng)過對應(yīng)的Parser解析之后，會形成對應(yīng)的DOM Tree和 CSS Tree；
- 它們經(jīng)過附加合成之后，會形成一個Render Tree，同時生成一個Layout布局，最終通過瀏覽器的渲染引擎幫助我們完成繪制，展現(xiàn)出平時看到的Hmtl頁面；
- 在HTML解析過程中，如果遇到了<script src='xxx'>，會停止解析HTML，而優(yōu)先去加載和執(zhí)行JavaScript代碼（此過程由JavaScript引擎完成）
因為JavaScript屬于高級語言（Python、C++、Java），所以JavaScript引擎會先把它轉(zhuǎn)換成匯編語言，再把匯編語言轉(zhuǎn)換成機器語言（二進制010101），最后被CPU所執(zhí)行。
JavaScript引擎
為什么需要JavaScript引擎呢？
- 事實上我們編寫的JavaScript無論你交給瀏覽器或者Node執(zhí)行，最后都是需要被CPU執(zhí)行的；
- 但是CPU只認識自己的指令集，實際上是機器語言，才能被CPU所執(zhí)行；
- 所以我們需要JavaScript引擎幫助我們將JavaScript代碼翻譯成CPU指令來執(zhí)行；
比較常見的JavaScript引擎有哪些呢？
- SpiderMonkey：第一款JavaScript引擎，由Brendan Eich開發(fā)（也就是JavaScript作者）；
- Chakra：微軟開發(fā)，用于IT瀏覽器；
- JavaScriptCore：WebKit中的JavaScript引擎，Apple公司開發(fā)；
- V8：Google開發(fā)的強大JavaScript引擎，也幫助Chrome從眾多瀏覽器中脫穎而出；
上面我們介紹了JavaScript引擎和瀏覽器內(nèi)核，但有的同學(xué)就該問了它們倆之間有什么聯(lián)系呢和不同呢？
下面，我以WebKit內(nèi)核為例。
WebKit內(nèi)核
事實上WebKit內(nèi)核由兩部分組成的：
WebCore：負責(zé)HTML解析、布局、渲染等等相關(guān)的工作；
JavaScriptCore：解析、執(zhí)行JavaScript代碼（JavaScript引擎的工作）。
另外一個強大的JavaScript引擎就是V8引擎。
V8引擎
我們來看一下官方對V8引擎的定義：
- 支持語言：V8是用C ++編寫的Google開源高性能JavaScript和WebAssembly引擎，它用于Chrome和Node.js等；
（譯：V8可以運行JavaScript和WebAssembly引擎編譯的匯編語言等）
- 跨平臺：它實現(xiàn)ECMAScript和WebAssembly，并在Windows 7或更高版本，macOS 10.12+和使用x64，IA-32，
ARM或MIPS處理器的Linux系統(tǒng)上運行；
- 嵌入式：V8可以獨立運行，也可以嵌入到任何C ++應(yīng)用程序中；
V8引擎的工作原理
圖解V8引擎的工作原理
圖解V8引擎的工作原理
其中的**Parse(解析器)、lgnition(解釋器)、TurboFan(優(yōu)化編譯器)**都是V8引擎的內(nèi)置模塊
假如有這樣一段JavaScript源代碼：
- console.log("hello world");
- function sum(num1, num2) {
- return num1 + num2;
- }
- Parse模塊會將JavaScript代碼轉(zhuǎn)換成AST（抽象語法樹），這是因為解釋器并不直接認識JavaScript代碼；
- 如果函數(shù)沒有被調(diào)用，那么是不會被轉(zhuǎn)換成AST的；
- Parse的V8官方文檔：https://v8.dev/blog/scanner
- Ignition是一個解釋器，會將AST轉(zhuǎn)換成ByteCode（字節(jié)碼）；
- 同時會收集TurboFan優(yōu)化所需要的信息（比如函數(shù)參數(shù)的類型信息，有了類型才能進行真實的運算）；
- 如果函數(shù)只調(diào)用一次，Ignition會執(zhí)行解釋執(zhí)行ByteCode；
- Ignition的V8官方文檔：https://v8.dev/blog/ignition-interpreter
- TurboFan是一個編譯器，可以將字節(jié)碼編譯為CPU可以直接執(zhí)行的機器碼；
- 如果一個函數(shù)被多次調(diào)用，那么就會被標(biāo)記為熱點函數(shù)，那么就會經(jīng)過TurboFan轉(zhuǎn)換成優(yōu)化的機器碼，提高代碼的執(zhí)行性能；
- 但是，機器碼實際上也會被還原為ByteCode，這是因為如果后續(xù)執(zhí)行函數(shù)的過程中，類型發(fā)生了變化（比如sum函數(shù)原來執(zhí)行的是number類型，后來執(zhí)行變成了string類型），之前優(yōu)化的機器碼并不能正確的處理運算，就會逆向的轉(zhuǎn)換成字節(jié)碼；
- TurboFan的V8官方文檔：https://v8.dev/blog/turbofan-jit
- 上面是JavaScript代碼的執(zhí)行過程，事實上V8的內(nèi)存回收也是其強大的另外一個原因；
- Orinoco模塊，負責(zé)垃圾回收，將程序中不需要的內(nèi)存回收；
- Orinoco的V8官方文檔：https://v8.dev/blog/trash-talk
- 關(guān)于V8引擎的垃圾內(nèi)存回收機制，可以看下我之前整理的這篇文章「經(jīng)典升華」V8引擎的垃圾內(nèi)存回收機制
編程語言會大體分為兩大類：
- 解釋型語言：運行效率相對較低（比如JavaScript）
- 編譯型語言：運行效率相對較高（比如C++）
上述情況對應(yīng)的是JavaScript解釋性語言的大體執(zhí)行流程，但編譯性語言往往不是，比如C++，例如系統(tǒng)內(nèi)的某些應(yīng)用程序用C++編寫的，它們在執(zhí)行的時候會直接轉(zhuǎn)化為機器語言（二進制格式010101），并交給CPU統(tǒng)一執(zhí)行，這樣的運行效率自然相對較高了些。
但V8也對解釋性的編程語言做了一個優(yōu)化，就是上文提到的TurboFan優(yōu)化編譯器，如果一個JavaScript函數(shù)被多次調(diào)用，那么它就會經(jīng)過TurboFan抓成優(yōu)化后的機器碼，交由CPU執(zhí)行，提高代碼的執(zhí)行性能。
回顧：Node.js是什么
回顧：官方對Node.js的定義：
Node.js是一個基于V8 JavaScript引擎的JavaScript運行時環(huán)境。
也就是說Node.js基于V8引擎來執(zhí)行JavaScript的代碼，但是不僅僅只有V8引擎：
- 前面我們了解到V8可以嵌入到任何C ++應(yīng)用程序中，無論是Chrome還是Node.js，事實上都是嵌入了V8引擎
來執(zhí)行JavaScript代碼；
- 但是在Chrome瀏覽器中，還需要解析、渲染HTML、CSS等相關(guān)渲染引擎，另外還需要提供支持瀏覽器操作
的API、瀏覽器自己的事件循環(huán)等，這些都是由瀏覽器內(nèi)核幫我們完成的；
- 另外，在Node.js中我們也需要進行一些額外的操作，比如文件系統(tǒng)讀/寫、網(wǎng)絡(luò)IO、加密、壓縮解壓文件等
PS：在后面的文章我們，我會帶領(lǐng)大家逐步探索Node.js的世界...
瀏覽器和Node.js架構(gòu)區(qū)別
簡單對比一下Node.js和瀏覽器架構(gòu)的差異：
瀏覽器和Node.js架構(gòu)區(qū)別
- 在Chrome瀏覽器中
- 比如發(fā)送網(wǎng)絡(luò)請求，中間層會調(diào)用操作系統(tǒng)中的網(wǎng)卡；
- 讀取一些本地文件，中間層會調(diào)用操作系統(tǒng)中的硬盤；
- 瀏覽器頁面的渲染工作，中間層會調(diào)用操作系統(tǒng)中的顯卡；
- 等等...
- V8引擎只是其中的一小部分，用來輔助JavaScript代碼的運行；
- 還有一些瀏覽器的內(nèi)核用來負責(zé)HTML解析、布局、渲染等等相關(guān)的工作；
- 中間層和操作系統(tǒng)（網(wǎng)卡/硬盤/顯卡...）；
- 在Node中
- V8引擎；
- 中間層（libuv）包括EventLoop等；
- 操作系統(tǒng)（網(wǎng)卡/硬盤/顯卡...）；
Node.js架構(gòu)
我們來看一個單獨的Node.js的架構(gòu)圖：
- 我們編寫的JavaScript代碼會經(jīng)過V8引擎，再通過Node.js的Bindings（Node.js API），將任務(wù)派發(fā)到Libuv的事件循環(huán)中；
- Libuv提供了事件循環(huán)、文件系統(tǒng)讀寫、網(wǎng)絡(luò)IO、線程池等等內(nèi)容；Libuv是使用C語言編寫的庫；
具體的內(nèi)部代碼執(zhí)行流程，我會在后面的文章中專門講解Node.js中的事件隊列機制和異步IO的原理；
Node.js架構(gòu)圖
Node.js的應(yīng)用場景
Node.js的快速發(fā)展也讓企業(yè)對Node.js技術(shù)越來越重視。
那么它都有哪些實際的應(yīng)用場景呢？
- 目前前端開發(fā)的庫都是以node包的形式進行管理；
- npm、yarn工具成為前端開發(fā)使用最多的工具；
- 越來越多的公司使用Node.js作為web服務(wù)器開發(fā)；
- 大量項目需要借助Node.js完成前后端渲染的同構(gòu)應(yīng)用；
- 很多企業(yè)在使用Electron來開發(fā)桌面應(yīng)用程序；
Node.js的REPL
什么是REPL呢？感覺挺高大上
- REPL是Read-Eval-Print Loop的簡稱，翻譯為 “讀取-求值-輸出”循環(huán)；
- REPL是一個簡單的、交互式的編程環(huán)境；
事實上，我們?yōu)g覽器的console就可以看成一個REPL。
Node也給我們提供了一個REPL環(huán)境，我們可以在其中演練簡單的代碼。
瀏覽器的REPL
Node的REPL
