V8引擎如何執行JavaScript代碼

V8引擎如何執行JavaScript代碼，相信很多沒有經驗的人對此束手無策，為此本文總結了問題出現的原因和解決方法，通過這篇文章希望你能解決這個問題。

題目中說到的V8引擎，大家自然會聯想到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運行時環境

但是這句話對于我們很多同學來說，非常籠統，比如先拋出這樣幾個問題：

• 什么是JavaScript運行環境？

• 為什么JavaScript需要特別的運行環境呢？

• JavaScript引擎又是什么呢？

• V8是什么？

上面這些問題，同學們理解的籠統沒關系，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來實現的應用最終都會使用JavaScript實現。

在發明之處，JavaScript的目的是應用于在瀏覽器執行簡單的腳本任務，對瀏覽器以及其中的DOM進行各種操作，所以JavaScript的應用場景非常受限。

但是隨著Node的出現，Atwood定律已經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。

現在我們想一下，JavaScript代碼在瀏覽器中是如何被執行的呢？

瀏覽器內核
不同的瀏覽器有不同的內核組成：

• Gecko：早期被Netscape和Mozilla Firefox瀏覽器使用；

• Trident：微軟開發，被IE4~IE11瀏覽器使用，但是Edge瀏覽器已經轉向Blink；

• Webkit：蘋果基于KHTML開發、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，目前應用于Google Chrome、Edge、Opera等；

• 等等...

事實上，我們經常說的瀏覽器內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經過對應的Parser解析之后，會形成對應的DOM Tree和 CSS  Tree；

• 它們經過附加合成之后，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，而優先去加載和執行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引擎會先把它轉換成匯編語言，再把匯編語言轉換成機器語言（二進制010101），最后被CPU所執行。

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執行，最后都是需要被CPU執行的；

• 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（也就是JavaScript作者）；

• Chakra：微軟開發，用于IT瀏覽器；

• JavaScriptCore：WebKit中的JavaScript引擎，Apple公司開發；

• V8：Google開發的強大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引擎和瀏覽器內核，但有的同學就該問了它們倆之間有什么聯系呢和不同呢？

下面，我以WebKit內核為例。

WebKit內核
事實上WebKit內核由兩部分組成的：

WebCore：負責HTML解析、布局、渲染等等相關的工作；
JavaScriptCore：解析、執行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系統上運行；

• 嵌入式：V8可以獨立運行，也可以嵌入到任何C ++應用程序中；

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(優化編譯器)**都是V8引擎的內置模塊

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；

• 如果函數沒有被調用，那么是不會被轉換成AST的；

• Parse的V8官方文檔：https://v8.dev/blog/scanner

• Ignition是一個解釋器，會將AST轉換成ByteCode（字節碼）；

• 同時會收集TurboFan優化所需要的信息（比如函數參數的類型信息，有了類型才能進行真實的運算）；

• 如果函數只調用一次，Ignition會執行解釋執行ByteCode；

• Ignition的V8官方文檔：https://v8.dev/blog/ignition-interpreter

• TurboFan是一個編譯器，可以將字節碼編譯為CPU可以直接執行的機器碼；

• 如果一個函數被多次調用，那么就會被標記為熱點函數，那么就會經過TurboFan轉換成優化的機器碼，提高代碼的執行性能；

• 但是，機器碼實際上也會被還原為ByteCode，這是因為如果后續執行函數的過程中，類型發生了變化（比如sum函數原來執行的是number類型，后來執行變成了string類型），之前優化的機器碼并不能正確的處理運算，就會逆向的轉換成字節碼；

• TurboFan的V8官方文檔：https://v8.dev/blog/turbofan-jit

• 上面是JavaScript代碼的執行過程，事實上V8的內存回收也是其強大的另外一個原因；

• Orinoco模塊，負責垃圾回收，將程序中不需要的內存回收；

• Orinoco的V8官方文檔：https://v8.dev/blog/trash-talk

• 關于V8引擎的垃圾內存回收機制，可以看下我之前整理的這篇文章「經典升華」V8引擎的垃圾內存回收機制

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++）

上述情況對應的是JavaScript解釋性語言的大體執行流程，但編譯性語言往往不是，比如C++，例如系統內的某些應用程序用C++編寫的，它們在執行的時候會直接轉化為機器語言（二進制格式010101），并交給CPU統一執行，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化，就是上文提到的TurboFan優化編譯器，如果一個JavaScript函數被多次調用，那么它就會經過TurboFan抓成優化后的機器碼，交由CPU執行，提高代碼的執行性能。

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運行時環境。

也就是說Node.js基于V8引擎來執行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

        來執行JavaScript代碼；

• 但是在Chrome瀏覽器中，還需要解析、渲染HTML、CSS等相關渲染引擎，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等，這些都是由瀏覽器內核幫我們完成的；

• 另外，在Node.js中我們也需要進行一些額外的操作，比如文件系統讀/寫、網絡IO、加密、壓縮解壓文件等

PS：在后面的文章我們，我會帶領大家逐步探索Node.js的世界...

瀏覽器和Node.js架構區別
簡單對比一下Node.js和瀏覽器架構的差異：

瀏覽器和Node.js架構區別

• 在Chrome瀏覽器中

• 比如發送網絡請求，中間層會調用操作系統中的網卡；

• 讀取一些本地文件，中間層會調用操作系統中的硬盤；

• 瀏覽器頁面的渲染工作，中間層會調用操作系統中的顯卡；

• 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核用來負責HTML解析、布局、渲染等等相關的工作；

• 中間層和操作系統（網卡/硬盤/顯卡...）；

• 在Node中

• V8引擎；

• 中間層（libuv）包括EventLoop等；

• 操作系統（網卡/硬盤/顯卡...）；

Node.js架構
我們來看一個單獨的Node.js的架構圖：

• 我們編寫的JavaScript代碼會經過V8引擎，再通過Node.js的Bindings（Node.js API），將任務派發到Libuv的事件循環中；

• Libuv提供了事件循環、文件系統讀寫、網絡IO、線程池等等內容；Libuv是使用C語言編寫的庫；

具體的內部代碼執行流程，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架構圖

Node.js的應用場景
Node.js的快速發展也讓企業對Node.js技術越來越重視。

那么它都有哪些實際的應用場景呢？

• 目前前端開發的庫都是以node包的形式進行管理；

• npm、yarn工具成為前端開發使用最多的工具；

• 越來越多的公司使用Node.js作為web服務器開發；

• 大量項目需要借助Node.js完成前后端渲染的同構應用；

• 很多企業在使用Electron來開發桌面應用程序；

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；

• REPL是一個簡單的、交互式的編程環境；

事實上，我們瀏覽器的console就可以看成一個REPL。

Node也給我們提供了一個REPL環境，我們可以在其中演練簡單的代碼。

瀏覽器的REPL

Node的REPL

看完上述內容，你們掌握V8引擎如何執行JavaScript代碼的方法了嗎？如果還想學到更多技能或想了解更多相關內容，歡迎關注億速云行業資訊頻道，感謝各位的閱讀！