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朋友，您在編譯和執(zhí)行代碼時，是否曾考慮過JavaScript背后的引擎?作為一名程序員，我建議您通過本文來了解JavaScript引擎的工作原理。這將有益于您編寫出更加流暢且高質(zhì)量的JavaScript代碼。
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什么是JavaScript引擎?
JavaScript引擎遵循的是ECMAScript標(biāo)準(zhǔn)。此類標(biāo)準(zhǔn)定義了JavaScript引擎的工作機(jī)制和所有功能。因此，JavaScript引擎是一個程序，它可以幫助您將JavaScript代碼轉(zhuǎn)換為較低級別的機(jī)器代碼。
總的說來，諸如JavaScript和FORTRAN等高級語言都是從機(jī)器語言中抽象出來的。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)行效率也會更高一些。
編譯(compilation)與解釋(interpretation)
編程語言通常通過編譯(compilation)和解釋(interpretation)來實(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言(源語言)所編寫的代碼，轉(zhuǎn)換為另一種目標(biāo)語言的代碼。例如：將源代碼從高級編程語言轉(zhuǎn)換為低級編程語言(即機(jī)器語言)，來執(zhí)行既定的任務(wù)。
- 而解釋器則是通過逐行、逐條指令地分析源代碼，在無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言的兩個方面，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，也屬于解釋類別。也就是說，JavaScript編譯器在運(yùn)行的時候，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之類的Web服務(wù)器，以便用戶具有運(yùn)行時(run-time)編譯、以及執(zhí)行JavaScript代碼的權(quán)限。
JavaScript引擎剖析
ECMA腳本通過指定瀏覽器實(shí)施JavaScript的過程，以便程序在每個單一瀏覽器中都能運(yùn)行一致。當(dāng)然，每個瀏覽器都為提交過的JavaScript代碼提供了一個運(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)行提交過來的JavaScript代碼，但是耗時較長。
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，以優(yōu)化并提高機(jī)器代碼的效率。例如：JavaScript引擎會直觀地了解到變量的數(shù)據(jù)類型，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)目開發(fā)了開源的Javascript引擎。該項(xiàng)目為Google Chrome和Chromium網(wǎng)絡(luò)瀏覽器提供了開發(fā)服務(wù)。Chrome的V8引擎幾乎是在Chrome的首個版本誕生(2008年9月2日)的同時，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，因此它能夠通過低級字節(jié)碼完成解釋與執(zhí)行。盡管這些低級字節(jié)碼比起機(jī)器碼來說既小又慢，但它們需要編譯的時間會更少。我們可以使用Full-Codegen編譯器，來生成未優(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在整個JavaScript執(zhí)行的過程中被多次用到。也就是說，它的垃圾收集器會觀察各種對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引擎將會自動停止程序的運(yùn)行。
CHAKRA：
由Microsoft開發(fā)的Chakra JavaScript引擎，被用在了Microsoft Edge Web瀏覽器中。它是Internet Explorer中Jscript引擎的一個分支。我們可以簡單地理解為：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可以幫助用戶將JavaScript代碼編譯成為高級機(jī)器代碼。通過提供全新的解釋器，Chakra不但能夠在傳統(tǒng)的網(wǎng)頁上執(zhí)行腳本，而且能夠改進(jìn)JavaScript的運(yùn)行時和各種庫。
SPIDER MONKEY：
由Netscape Communications的Brendan Eich使用C和C++語言編寫的Spider Monkey，最終被發(fā)布成為了開源的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是由一個解釋器、幾個JIT編譯器、一個反編譯器、以及一個垃圾收集器所組成。
RHINO：
由Mozilla Foundation管理的Rhino JavaScript引擎，是一款完全由Java編寫的開源軟件。它同樣可以被使用在Mozilla Firefox中。
JavaScript運(yùn)行時
與其他編程語言不同的是，JavaScript是一種單線程的語言運(yùn)行時(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)較長時間的代碼，可能會阻塞后續(xù)有待執(zhí)行的其他代碼。例如：當(dāng)您在瀏覽器(如：Google Chrome)上打開某個網(wǎng)站時，它會調(diào)用JavaScript的一個執(zhí)行線程，用來處理諸如滾動網(wǎng)頁，在網(wǎng)頁上打印部分內(nèi)容，偵聽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，瀏覽器就會自動停止所有各項(xiàng)操作。這就意味著瀏覽器在完成某項(xiàng)任務(wù)之前，并不會響應(yīng)其他的任何內(nèi)容。
根據(jù)概念，JavaScript運(yùn)行時是指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，JavaScript運(yùn)行時便是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，通過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結(jié)果，來加快運(yùn)行時方法的綁定速度，并提高查找的性能。同時，為了簡化此過程，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，語言運(yùn)行時到達(dá)未初始化的特定調(diào)用站點(diǎn)時，將執(zhí)行動態(tài)查找，并將結(jié)果存儲到調(diào)用站點(diǎn)中，同時將其狀態(tài)更改為“單態(tài)(monomorphic)”。后續(xù)，如果語言運(yùn)行時再次到達(dá)同一調(diào)用站點(diǎn)時，它會從現(xiàn)有的存儲中進(jìn)行檢索，并直接予以調(diào)用，而無需再次執(zhí)行任何其他的查找。此外，為了解決不同類型的對象可能出現(xiàn)在同一調(diào)用站點(diǎn)的可能性，語言運(yùn)行時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。
分享名稱：詳解JavaScript引擎的相關(guān)概念和工作原理
本文來源：http://www.dlmjj.cn/article/dpihpsg.html
