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【51CTO.com快譯】朋友，您在編譯和執(zhí)行代碼時(shí)，是否曾考慮過(guò)JavaScript背后的引擎?作為一名程序員，我建議您通過(guò)本文來(lái)了解JavaScript引擎的工作原理。這將有益于您編寫(xiě)出更加流暢且高質(zhì)量的JavaScript代碼。

什么是JavaScript引擎?

JavaScript引擎遵循的是ECMAScript標(biāo)準(zhǔn)。此類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)定義了JavaScript引擎的工作機(jī)制和所有功能。因此，JavaScript引擎是一個(gè)程序，它可以幫助您將JavaScript代碼轉(zhuǎn)換為較低級(jí)別的機(jī)器代碼。

總的說(shuō)來(lái)，諸如JavaScript和FORTRAN等高級(jí)語(yǔ)言都是從機(jī)器語(yǔ)言中抽象出來(lái)的。與C或C++相比，JavaScript的抽象程度更高。而C和C++更接近于硬件，因此運(yùn)行效率也會(huì)更高一些。

編譯(compilation)與解釋(interpretation)

編程語(yǔ)言通常通過(guò)編譯(compilation)和解釋(interpretation)來(lái)實(shí)現(xiàn)代碼的功能。其中，

• 編譯器可以被定義為協(xié)助轉(zhuǎn)換代碼的程序。它可以將由任何編程語(yǔ)言(源語(yǔ)言)所編寫(xiě)的代碼，轉(zhuǎn)換為另一種目標(biāo)語(yǔ)言的代碼。例如：將源代碼從高級(jí)編程語(yǔ)言轉(zhuǎn)換為低級(jí)編程語(yǔ)言(即機(jī)器語(yǔ)言)，來(lái)執(zhí)行既定的任務(wù)。
• 而解釋器則是通過(guò)逐行、逐條指令地分析源代碼，在無(wú)需第三方參與的情況下，直接在目標(biāo)機(jī)器上執(zhí)行相應(yīng)機(jī)器代碼。

盡管編譯和解釋是完成編程語(yǔ)言的兩個(gè)方面，但是由于使用解釋的大多數(shù)系統(tǒng)都需要由編譯器完成的翻譯工作，因此在某些情況下兩者之間是存在交集的。就JavaScript而言，其技術(shù)上的編譯，也屬于解釋類(lèi)別。也就是說(shuō)，JavaScript編譯器在運(yùn)行的時(shí)候，其執(zhí)行的就是Just-In-Time(JIT)編譯。在此，JavaScript引擎恰好可以連接到瀏覽器和Node JS之類(lèi)的Web服務(wù)器，以便用戶(hù)具有運(yùn)行時(shí)(run-time)編譯、以及執(zhí)行JavaScript代碼的權(quán)限。

JavaScript引擎剖析

ECMA腳本通過(guò)指定瀏覽器實(shí)施JavaScript的過(guò)程，以便程序在每個(gè)單一瀏覽器中都能運(yùn)行一致。當(dāng)然，每個(gè)瀏覽器都為提交過(guò)的JavaScript代碼提供了一個(gè)運(yùn)行所需的JavaScript引擎。例如：Netscape瀏覽器使用的是Spider Monkey JavaScript引擎。該引擎被定義為帶有零優(yōu)化(zero optimizations)的基本解釋器。它雖然可以運(yùn)行提交過(guò)來(lái)的JavaScript代碼，但是耗時(shí)較長(zhǎng)。

工作原理

JavaScript引擎工作的基本工作流程是：獲取JavaScript源代碼，然后使用易于CPU理解的二進(jìn)制指令(機(jī)器代碼)進(jìn)行編譯。

JavaScript引擎主要由基線編譯器組成，該編譯器以中間表示(intermediate representation，IR)的形式編譯代碼。換言之，它被字節(jié)碼所調(diào)用，然后將字節(jié)碼提供給解釋器。解釋器使用字節(jié)代碼，將代碼轉(zhuǎn)換為機(jī)器代碼，以適合在硬件上運(yùn)行。其實(shí)，這與Java的工作原理非常相似，只不過(guò)字節(jié)代碼的生成是由程序員完成的，而字節(jié)代碼則可以被普遍共享。

雖然基線編譯器的使命是盡可能快地執(zhí)行代碼編譯，但是它還是會(huì)生成未經(jīng)優(yōu)化的字節(jié)碼。在解釋器中，這些字節(jié)碼會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用程序的速度變慢。為此，Mozilla Firefox瀏覽器將Spider Monkey JavaScript進(jìn)行了嵌入，以?xún)?yōu)化并提高機(jī)器代碼的效率。例如：JavaScript引擎會(huì)直觀地了解到變量的數(shù)據(jù)類(lèi)型，進(jìn)而更好地生成少量的機(jī)器代碼。

此外，JavaScript引擎還可以根據(jù)代碼的執(zhí)行情況，通過(guò)收集和分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)代碼運(yùn)行緩慢的原因，進(jìn)而給出優(yōu)化并替換的建議。

知名的JavaScript引擎

除了前面介紹過(guò)Firefox正在使用的Spider Monkey引擎，還有Internet Explorer正在使用的Chakra引擎，而Google使用的是V8引擎。雖然它們用到了不同的編譯器，但是它們所遵循的優(yōu)化結(jié)構(gòu)是相似的。

Google的V8：

由Lark Bak創(chuàng)建的The Chromium項(xiàng)目開(kāi)發(fā)了開(kāi)源的Javascript引擎。該項(xiàng)目為Google Chrome和Chromium網(wǎng)絡(luò)瀏覽器提供了開(kāi)發(fā)服務(wù)。Chrome的V8引擎幾乎是在Chrome的首個(gè)版本誕生(2008年9月2日)的同時(shí)，就應(yīng)運(yùn)而生了。V8能夠很好地兼容Node.js和MongoDB等服務(wù)器端技術(shù)。

由于V8帶有Ignition解釋器，因此它能夠通過(guò)低級(jí)字節(jié)碼完成解釋與執(zhí)行。盡管這些低級(jí)字節(jié)碼比起機(jī)器碼來(lái)說(shuō)既小又慢，但它們需要編譯的時(shí)間會(huì)更少。我們可以使用Full-Codegen編譯器，來(lái)生成未優(yōu)化的代碼。該編譯器的運(yùn)行速度比其他編譯器要快一些。JIT編譯器—Turbofan不但可以編譯代碼，并且能夠密切注意代碼是否會(huì)在整個(gè)JavaScript執(zhí)行的過(guò)程中被多次用到。也就是說(shuō)，它的垃圾收集器會(huì)觀察各種對(duì)象中不再引用到的數(shù)據(jù)。而且這種數(shù)據(jù)的收集工作是由收集器來(lái)完成的。值得一提的是，在執(zhí)行垃圾回收的周期內(nèi)，V8引擎將會(huì)自動(dòng)停止程序的運(yùn)行。

CHAKRA：

由Microsoft開(kāi)發(fā)的Chakra JavaScript引擎，被用在了Microsoft Edge Web瀏覽器中。它是Internet Explorer中Jscript引擎的一個(gè)分支。我們可以簡(jiǎn)單地理解為：Chakra提高了Internet Explorer中JavaScript的執(zhí)行質(zhì)量。由于是用新的JavaScript編譯器組成，因此Chakra可以幫助用戶(hù)將JavaScript代碼編譯成為高級(jí)機(jī)器代碼。通過(guò)提供全新的解釋器，Chakra不但能夠在傳統(tǒng)的網(wǎng)頁(yè)上執(zhí)行腳本，而且能夠改進(jìn)JavaScript的運(yùn)行時(shí)和各種庫(kù)。

SPIDER MONKEY：

由Netscape Communications的Brendan Eich使用C和C++語(yǔ)言編寫(xiě)的Spider Monkey，最終被發(fā)布成為了開(kāi)源的JavaScript引擎。目前，它被用在包括Firefox在內(nèi)的許多享有Mozilla公共許可證(2.0版)的產(chǎn)品中。它將類(lèi)型推斷(type inference)與JIT編譯器—Jaegermonkey相連接，以生成有效的代碼。

在結(jié)構(gòu)上，Spider Monkey是由一個(gè)解釋器、幾個(gè)JIT編譯器、一個(gè)反編譯器、以及一個(gè)垃圾收集器所組成。

RHINO：

由Mozilla Foundation管理的Rhino JavaScript引擎，是一款完全由Java編寫(xiě)的開(kāi)源軟件。它同樣可以被使用在Mozilla Firefox中。

JavaScript運(yùn)行時(shí)

與其他編程語(yǔ)言不同的是，JavaScript是一種單線程的語(yǔ)言運(yùn)行時(shí)(language runtime)，且只能一次性執(zhí)行并完成程序代碼。由于代碼是按照順序被執(zhí)行的，因此那些需要花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間的代碼，可能會(huì)阻塞后續(xù)有待執(zhí)行的其他代碼。例如：當(dāng)您在瀏覽器(如：Google Chrome)上打開(kāi)某個(gè)網(wǎng)站時(shí)，它會(huì)調(diào)用JavaScript的一個(gè)執(zhí)行線程，用來(lái)處理諸如滾動(dòng)網(wǎng)頁(yè)，在網(wǎng)頁(yè)上打印部分內(nèi)容，偵聽(tīng)DOM事件，以及執(zhí)行某項(xiàng)操作等。然而，如果JavaScript一旦停止執(zhí)行，瀏覽器就會(huì)自動(dòng)停止所有各項(xiàng)操作。這就意味著瀏覽器在完成某項(xiàng)任務(wù)之前，并不會(huì)響應(yīng)其他的任何內(nèi)容。

根據(jù)概念，JavaScript運(yùn)行時(shí)是指JavaScript代碼所處的環(huán)境或條件。因此，當(dāng)JavaScript在Google Chrome上執(zhí)行時(shí)，JavaScript運(yùn)行時(shí)便是v8;如果在Mozilla上，它就是Spider Monkey;如果在IE上，則為Chakra。

JavaScript運(yùn)行時(shí)的API提供了一種執(zhí)行桌面與服務(wù)器端應(yīng)用的方法。由于這些API在Windows 10和任何版本的Windows操作系統(tǒng)上可用，因此Windows操作系統(tǒng)可以通過(guò)使用Chakra的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，向應(yīng)用程序添加不同的腳本功能。當(dāng)然，目標(biāo)系統(tǒng)上也需要安裝好Internet Explorer 11。

內(nèi)聯(lián)緩存(Inline Caching)

內(nèi)聯(lián)緩存的概念源于經(jīng)驗(yàn)觀察。也就是說(shuō)，通過(guò)觀察并記住以前直接在調(diào)用站點(diǎn)處那些相同方法的查詢(xún)結(jié)果，來(lái)加快運(yùn)行時(shí)方法的綁定速度，并提高查找的性能。同時(shí)，為了簡(jiǎn)化此過(guò)程，我們可以為調(diào)用站點(diǎn)分配不同的狀態(tài)。例如：將最初的站點(diǎn)分配為“未初始化(uninitialized)”狀態(tài)。那么，語(yǔ)言運(yùn)行時(shí)到達(dá)未初始化的特定調(diào)用站點(diǎn)時(shí)，將執(zhí)行動(dòng)態(tài)查找，并將結(jié)果存儲(chǔ)到調(diào)用站點(diǎn)中，同時(shí)將其狀態(tài)更改為“單態(tài)(monomorphic)”。后續(xù)，如果語(yǔ)言運(yùn)行時(shí)再次到達(dá)同一調(diào)用站點(diǎn)時(shí)，它會(huì)從現(xiàn)有的存儲(chǔ)中進(jìn)行檢索，并直接予以調(diào)用，而無(wú)需再次執(zhí)行任何其他的查找。此外，為了解決不同類(lèi)型的對(duì)象可能出現(xiàn)在同一調(diào)用站點(diǎn)的可能性，語(yǔ)言運(yùn)行時(shí)還必須在代碼中插入保護(hù)條件(guard conditions)。

至此，希望您已經(jīng)對(duì)JavaScript引擎的相關(guān)概念和工作原理有所了解。希望您能更好地將其運(yùn)用到項(xiàng)目編程中。

原文標(biāo)題：How JavaScript Engine Works?，作者：Vyom Srivastava

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