JavaScript引擎的運行原理

這篇文章主要講解了“JavaScript引擎的運行原理”，文中的講解內容簡單清晰，易于學習與理解，下面請大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學習“JavaScript引擎的運行原理”吧！

一些名詞

JS引擎 — 一個讀取代碼并運行的引擎，沒有單一的“JS引擎”;，每個瀏覽器都有自己的引擎，如谷歌有V。

作用域 — 可以從中訪問變量的“區域”。

詞法作用域— 在詞法階段的作用域,換句話說，詞法作用域是由你在寫代碼時將變量和塊作用域寫在哪里來決定的，因此當詞法分析器處理代碼時會保持作用域不變。

塊作用域 — 由花括號{}創建的范圍

作用域鏈 — 函數可以上升到它的外部環境(詞法上)來搜索一個變量，它可以一直向上查找，直到它到達全局作用域。

同步 — 一次執行一件事， “同步”引擎一次只執行一行，JavaScript是同步的。

異步 — 同時做多個事，JS通過瀏覽器API模擬異步行為

事件循環(Event Loop) - 瀏覽器API完成函數調用的過程，將回調函數推送到回調隊列(callback queue)，然后當堆棧為空時，它將回調函數推送到調用堆棧。

堆棧 —一種數據結構，只能將元素推入并彈出頂部元素。 想想堆疊一個字形的塔樓; 你不能刪除中間塊，后進先出。

堆 — 變量存儲在內存中。

調用堆棧 — 函數調用的隊列，它實現了堆棧數據類型，這意味著一次可以運行一個函數。 調用函數將其推入堆棧并從函數返回將其彈出堆棧。

執行上下文 — 當函數放入到調用堆棧時由JS創建的環境。

閉包 — 當在另一個函數內創建一個函數時，它“記住”它在以后調用時創建的環境。

垃圾收集 — 當內存中的變量被自動刪除時，因為它不再使用，引擎要處理掉它。

變量的提升— 當變量內存沒有賦值時會被提升到全局的頂部并設置為undefined。

this —由JavaScript為每個新的執行上下文自動創建的變量/關鍵字。

調用堆棧(Call Stack)

看看下面的代碼：

var myOtherVar = 10
function a() {
console.log('myVar', myVar)
b()
}
function b() {
console.log('myOtherVar', myOtherVar)
c()
}
function c() {
console.log('Hello world!')
}
a()
var myVar = 5

有幾個點需要注意：

• 變量聲明的位置(一個在上，一個在下)

• 函數a調用下面定義的函數b, 函數b調用函數c

當它被執行時你期望發生什么？ 是否發生錯誤，因為b在a之后聲明或者一切正常？ console.log 打印的變量又是怎么樣？

以下是打印結果：

"myVar" undefined
"myOtherVar" 10
"Hello world!"

來分解一下上述的執行步驟。

1. 變量和函數聲明(創建階段)

第一步是在內存中為所有變量和函數分配空間。 但請注意，除了undefined之外，尚未為變量分配值。 因此，myVar在被打印時的值是undefined，因為JS引擎從頂部開始逐行執行代碼。

函數與變量不一樣，函數可以一次聲明和初始化，這意味著它們可以在任何地方被調用。

所以以上代碼看起來像這樣子：

var myOtherVar = undefined
var myVar = undefined
function a() {...}
function b() {...}
function c() {...}

這些都存在于JS創建的全局上下文中，因為它位于全局空間中。

在全局上下文中，JS還添加了：

1. 全局對象(瀏覽器中是 window 對象，NodeJs 中是 global 對象)

2. this 指向全局對象

2. 執行

接下來，JS 引擎會逐行執行代碼。

myOtherVar = 10在全局上下文中，myOtherVar被賦值為10

已經創建了所有函數，下一步是執行函數 a()

每次調用函數時，都會為該函數創建一個新的上下文(重復步驟1)，并將其放入調用堆棧。

function a() {
console.log('myVar', myVar)
b()
}

如下步驟：

1. 創建新的函數上下文

2. a 函數里面沒有聲明變量和函數

3. 函數內部創建了 this 并指向全局對象(window)

4. 接著引用了外部變量 myVar，myVar 屬于全局作用域的。

5. 接著調用函數 b ，函數b的過程跟 a一樣，這里不做分析。

下面調用堆棧的執行示意圖：

1. 創建全局上下文，全局變量和函數。

2. 每個函數的調用，會創建一個上下文,外部環境的引用及 this。

3. 函數執行結束后會從堆棧中彈出，并且它的執行上下文被垃圾收集回收(閉包除外)。

4. 當調用堆棧為空時，它將從事件隊列中獲取事件。

作用域及作用域鏈

在前面的示例中，所有內容都是全局作用域的，這意味著我們可以從代碼中的任何位置訪問它。 現在，介紹下私有作用域以及如何定義作用域。

函數/詞法作用域

考慮如下代碼：

function a() {
var myOtherVar = 'inside A'
b()
}
function b() {
var myVar = 'inside B'
console.log('myOtherVar:', myOtherVar)
function c() {
console.log('myVar:', myVar)
}
c()
}
var myOtherVar = 'global otherVar'
var myVar = 'global myVar'
a()

需要注意以下幾點：

1. 全局作用域和函數內部都聲明了變量

2. 函數c現在在函數b中聲明

打印結果如下：

myOtherVar: "global otherVar"
myVar: "inside B"

執行步驟：

1. 全局創建和聲明 - 創建內存中的所有函數和變量以及全局對象和 this

2. 執行 - 它逐行讀取代碼，給變量賦值，并執行函數a

3. 函數a創建一個新的上下文并被放入堆棧，在上下文中創建變量myOtherVar，然后調用函數b

4. 函數b 也會創建一個新的上下文，同樣也被放入堆棧中

5. 函數b的上下文中創建了 myVar 變量，并聲明函數c

上面提到每個新上下文會創建的外部引用，外部引用取決于函數在代碼中聲明的位置。

1. 函數b試圖打印myOtherVar，但這個變量并不存在于函數b中，函數b 就會使用它的外部引用上作用域鏈向上找。由于函數b是全局聲明的，而不是在函數a內部聲明的，所以它使用全局變量myOtherVar。

2. 函數c執行步驟一樣。由于函數c本身沒有變量myVar，所以它它通過作用域鏈向上找，也就是函數b，因為myVar是函數b內部聲明過。

下面是執行示意圖：

請記住，外部引用是單向的，它不是雙向關系。例如，函數b不能直接跳到函數c的上下文中并從那里獲取變量。

最好將它看作一個只能在一個方向上運行的鏈(范圍鏈)。

• a -> global

• c -> b -> global

在上面的圖中，你可能注意到，函數是創建新作用域的一種方式。(除了全局作用域)然而，還有另一種方法可以創建新的作用域，就是塊作用域。

塊作用域

下面代碼中，我們有兩個變量和兩個循環，在循環重新聲明相同的變量，會打印什么(反正我是做錯了)？

function loopScope () {
var i = 50
var j = 99
for (var i = 0; i < 10; i++) {}
console.log('i =', i)
for (let j = 0; j < 10; j++) {}
console.log('j =', j)
}
loopScope()

打印結果：

i = 10
j = 99

第一個循環覆蓋了var i，對于不知情的開發人員來說，這可能會導致bug。

第二個循環,每次迭代創建了自己作用域和變量。 這是因為它使用let關鍵字，它與var相同，只是let有自己的塊作用域。 另一個關鍵字是const，它與let相同，但const常量且無法更改(指內存地址)。

塊作用域由大括號 {} 創建的作用域

再看一個例子：

function blockScope () {
let a = 5
{
const blockedVar = 'blocked'
var b = 11
a = 9000
}
console.log('a =', a)
console.log('b =', b)
console.log('blockedVar =', blockedVar)
}
blockScope()

打印結果：

a = 9000
b = 11
ReferenceError: blockedVar is not defined

1. a是塊作用域，但它在函數中，而不是嵌套的，本例中使用var是一樣的。

2. 對于塊作用域的變量，它的行為類似于函數，注意var b可以在外部訪問，但是const blockedVar不能。

3. 在塊內部，從作用域鏈向上找到 a 并將let a更改為9000。

使用塊作用域可以使代碼更清晰，更安全，應該盡可能地使用它。

事件循環(Event Loop)

接下來看看事件循環。 這是回調，事件和瀏覽器API工作的地方

我們沒有過多討論的事情是堆，也叫全局內存。它是變量存儲的地方。由于了解JS引擎是如何實現其數據存儲的實際用途并不多，所以我們不在這里討論它。

來個異步代碼：

function logMessage2 () {
console.log('Message 2')
}
console.log('Message 1')
setTimeout(logMessage2, 1000)
console.log('Message 3')

上述代碼主要是將一些 message 打印到控制臺。 利用setTimeout函數來延遲一條消息。 我們知道js是同步，來看看輸出結果

Message 1
Message 3
Message 2

1. 打印 Message 1

2. 調用 setTimeout

3. 打印 Message 3

4. 打印 Message 2

它記錄消息3

稍后，它會記錄消息2

setTimeout是一個 API，和大多數瀏覽器 API一樣，當它被調用時，它會向瀏覽器發送一些數據和回調。我們這邊是延遲一秒打印 Message 2。

調用完setTimeout 后，我們的代碼繼續運行，沒有暫停，打印 Message 3 并執行一些必須先執行的操作。
瀏覽器等待一秒鐘，它就會將數據傳遞給我們的回調函數并將其添加到事件/回調隊列中( event/callback queue)。 然后停留在

隊列中，只有當**調用堆棧(call stack)**為空時才會被壓入堆棧。

代碼示例

要熟悉JS引擎，最好的方法就是使用它，再來些有意義的例子。

簡單的閉包

這個例子中 有一個返回函數的函數，并在返回的函數中使用外部的變量， 這稱為閉包。

function exponent (x) {
return function (y) {
//和math.pow() 或者x的y次方是一樣的
return y ** x
}
}
const square = exponent(2)
console.log(square(2), square(3)) // 4, 9
console.log(exponent(3)(2)) // 8

塊代碼

我們使用無限循環將將調用堆棧塞滿，會發生什么，回調隊列被會阻塞，因為只能在調用堆棧為空時添加回調隊列。

function blockingCode() {
const startTime = new Date().getSeconds()
// 延遲函數250毫秒
setTimeout(function() {
const calledAt = new Date().getSeconds()
const diff = calledAt - startTime
// 打印調用此函數所需的時間
console.log(`Callback called after: ${diff} seconds`)
}, 250)
// 用循環阻塞堆棧2秒鐘
while(true) {
const currentTime = new Date().getSeconds()
// 2 秒后退出
if(currentTime - startTime >= 2) break
}
}
blockingCode() // 'Callback called after: 2 seconds'

我們試圖在250毫秒之后調用一個函數,但因為我們的循環阻塞了堆棧所花了兩秒鐘，所以回調函數實際是兩秒后才會執行，這是JavaScript應用程序中的常見錯誤。

setTimeout不能保證在設置的時間之后調用函數。相反，更好的描述是，在至少經過這段時間之后調用這個函數。

延遲函數

當 setTimeout 的設置為0，情況是怎么樣？

function defer () {
setTimeout(() => console.log('timeout with 0 delay!'), 0)
console.log('after timeout')
console.log('last log')
}
defer()

你可能期望它被立即調用，但是，事實并非如此。

執行結果：

after timeout
last log
timeout with 0 delay!

它會立即被推到回調隊列，但它仍然會等待調用堆棧為空才會執行。

用閉包來緩存

Memoization是緩存函數調用結果的過程。

例如，有一個添加兩個數字的函數add。調用add（1,2）返回3，當再次使用相同的參數add（1,2）調用它，這次不是重新計算，而是記住1 + 2是3的結果并直接返回對應的結果。 Memoization可以提高代碼運行速度，是一個很好的工具。
我們可以使用閉包實現一個簡單的memoize函數。

// 緩存函數，接收一個函數
const memoize = (func) => {
// 緩存對象
// keys 是 arguments, values are results
const cache = {}
// 返回一個新的函數
// it remembers the cache object & func (closure)
// ...args is any number of arguments
return (...args) => {
// 將參數轉換為字符串，以便我們可以存儲它
const argStr = JSON.stringify(args)
// 如果已經存，則打印
console.log('cache', cache, !!cache[argStr])
cache[argStr] = cache[argStr] || func(...args)
return cache[argStr]
}
}
const add = memoize((a, b) => a + b)
console.log('first add call: ', add(1, 2))
console.log('second add call', add(1, 2))

執行結果：

cache {} false
first add call: 3
cache { '[1,2]': 3 } true
second add call 3

第一次 add 方法，緩存對象是空的，它調用我們的傳入函數來獲取值3.然后它將args/value鍵值對存儲在緩存對象中。
在第二次調用中，緩存中已經有了，查找到并返回值。

對于add函數來說，有無緩存看起來無關緊要，甚至效率更低，但是對于一些復雜的計算，它可以節省很多時間。這個示例并不是一個完美的緩存示例，而是閉包的實際應用。

感謝各位的閱讀，以上就是“JavaScript引擎的運行原理”的內容了，經過本文的學習后，相信大家對JavaScript引擎的運行原理這一問題有了更深刻的體會，具體使用情況還需要大家實踐驗證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關知識點的文章，歡迎關注！