分享一篇可视化的JS引擎执行流程

前言

这是一篇不错译文，我强烈推荐的原因在于:

在用动图的形式生动形象的讲述了JavaScript引擎基本原理。

图片制作并非本人，如有侵权，会删除。

接触了前端这么久以来，你每天跟JS打交道，你肯定也和我一样认为JavaScript很酷。但机器怎么能真正理解你写的代码呢？

由上面的思考点,才引出此文:

带你了解一下JavaScript引擎的基本原理，看看它是如何处理我们对人类友好的JS代码，并将其转化为机器所能理解的东西。

作为JavaScript的开发者，清楚明白它的过程，绝对是一件好事情。

基本概念

在这之前，我们得了解一些JS引擎的基础知识。

什么是JS引擎，它帮我们做了什么事情呢？

我们都知道，我们写得代码，经过处理，交给CPU，它是不认识的，无法去执行。而CPU认识的是自己的指令集，指令集对应的是汇编代码。我们不可能去编写这些指令集，于是乎，它出现了:

JavaScirpt引擎可以将JS代码编译为不同CPU(Intel, ARM以及MIPS等)对应的汇编代码，这样我们才不要去翻阅每个CPU的指令集手册。

当然了，编译代码不是它的唯一功能，比如代码的执行，分配内存，垃圾回收机制都是它工作的。

对它有了一个大致的认识，那我们常见的JS引擎有哪些呢？我发现，最知名的肯定是V8，至于一些其他的，感兴趣的可以去查一查资料，

比如还有:

• SpiderMonkey (Mozilla)
• JavaScriptCore (Apple)
• Chakra (Microsoft)
• IOT：duktape、JerryScript

V8的内容太多了，篇幅有限，后续再出一篇文章聊一聊。

太出名了，所以这篇文章介绍的知识主要基于 Node.js 和基于 Chromium 的浏览器所用的 V8 引擎。

主要流程图

细节很多，所以主要分析的是主要的流程，如图:

从图上，我们可以总结一下几个点:

• 生成抽象语法树

• 词法分析

• 语法分析

• 生成字节码

• 执行代码

• 即时编译

• 内联缓存

• ---

生成抽象语法树

HTML解析器遇到了一个带有源的脚本标签。这个源的代码会从网络、缓存或已安装的服务工作者那里加载。响应是请求的脚本作为字节流，由字节流解码器来处理。字节流解码器对正在下载的字节流进行解码。

进行解码

词法分析

生成抽象语法树的 第一个阶段是分词（tokenize），又叫词法分析。

字节流解码器会先从代码字节流中创建 令牌 （token）。

注：令牌可以理解为语法上不可能再分的，最小的单个字符或字符串)。

例如，0066解码为f，0075解码为u，006e解码为n，0063解码为c，0074解码为t，0069解码为i，006f解码为o，006e解码为n，接着后面是一个空格。然后你会发现，他们组合起来就是 function。

这是JavaScript中的一个保留关键字。

一个令牌被创建，并被发送到解析器（parser）。其余的字节流也是如此,具体如下图:

词法分析

语法分析

第二个阶段是解析（parse），也叫语法分析。

该引擎使用两个解析器：预解析器和解析器。为了减少加载网站的时间，该引擎试图避免解析那些不需要立即使用的代码。

预解析器处理以后可能会用到的代码，而解析器则处理立即需要的代码!

如果某个函数只有在用户点击某个按钮后才会被调用，那么就没有必要为了加载网站而立即编译这段代码了。

如果用户最终点击了按钮，需要那段代码，它就会被送到解析器中。

解析器根据它从字节流解码器收到的标记创建节点。通过这些节点，它创建了一个抽象语法树或AST，如图:

语法分析

值得思考的是，AST到底是什么呢？(到底是怎么样的一个数据结构呢,babel里面是不是也有这些概念呢)

接下来，是解释器的时间了，解释器浏览AST，并根据AST包含的信息生成字节代码。一旦字节码被完全生成，AST就会被删除，从而清除内存空间。最后，我们有了一个机器可以工作的东西。

---

生成字节码

刚刚我们提到，解释器浏览AST，并根据AST包含的信息生成字节代码，那么它的过程是怎么样的呢？

大致上，你可以这么理解:

AST交给解释器（interpreter），遍历整个AST，就会生成字节码。当字节码生成后，AST 便会被删除以节省内存空间。最终我们得到了更贴近 机器码 的 字节码。

这里的 字节码 是介于 AST 和 机器码 之间的一种代码，它还是需要通过 解释器 将其转换为 机器码 后才能执行

那我们通过一个图来看看它的过程吧:

生成字节码

---

代码执行

我们有了字节码后，就可以进入执行阶段了。

即时编译

虽然字节码的速度很快，但它还可以更快。当这个字节码运行时，信息就会被生成。

它可以检测到某些行为是否经常发生，以及被使用的数据类型。也许你一直在调用一个函数几十次：是时候优化它了，这样它的运行速度会更快 。字节代码，连同生成的类型反馈，被发送到优化编译器。优化编译器接收字节码和类型反馈，并从中生成高度优化的机器代码。

这种技术也被称为 即时编译（JIT：Just In Time），而上面所说的 优化编译器 也叫 JIT 编译器。

具体的话，可以参考下面的图:

及时编译

内联缓存

JavaScript是一种动态类型的语言，这意味着数据的类型可以不断变化。如果JavaScript引擎每次都要检查某个值的数据类型，那就会非常慢。

处于上诉所说，引擎有了一种叫做内联缓存 （inline caching） 的技术。

具体流程是这样子的:

为了减少解释代码的时间，优化的机器代码只处理引擎在运行字节码时曾经见过的情况。如果我们反复使用某段代码，反复返回相同的数据类型，那么优化后的机器代码可以简单地重复使用，以加快速度。

然而，由于JavaScript是动态类型的，可能会发生同一段代码突然返回不同类型的数据。如果发生这种情况，机器代码就会被取消优化，引擎就会退回到解释生成的字节码。假设某个函数被调用了100次，到目前为止总是返回相同的值。它将假设在你第101次调用它时，它也会返回这个值。

假设我们有以下函数sum，（到目前为止）每次都是以数值作为参数来调用,如图:

如果这是真的，就不需要动态查找，它可以重新使用优化后的机器代码。否则，如果假设不正确，它就会恢复到原来的字节码，而不是优化后的机器码。例如，下一次我们调用它时，我们传递一个字符串而不是一个数字。由于JavaScript是动态类型的，我们可以这样做而不会有任何错误!

如图:

这意味着数字2将被强制变成一个字符串，而函数将返回字符串 "12"。它回到执行解释的字节码并更新类型反馈。

---

总结

篇幅不多，但或多或少对你有帮助，让你对JS引擎的执行流程有了解。

参考链接

[1] Celebrating 10 years of V8: https://v8.dev/blog/10-years

[2] Launching Ignition and TurboFan: https://v8.dev/blog/launching-ignition-and-turbofan

[3] Understanding V8’s Bytecode: https://medium.com/dailyjs/understanding-v8s-bytecode-317d46c94775

[4] An Introduction to Speculative Optimization in V8: https://benediktmeurer.de/2017/12/13/an-introduction-to-speculative-optimization-in-v8/

[5] JavaScript Visualized: the JavaScript Engine: https://dev.to/lydiahallie/javascript-visualized-the-javascript-engine-4cdf

[6] The V8 JavaScript Engine: https://nodejs.dev/learn/the-v8-javascript-engine