深入JavaScript运行原理

发布网友发布时间：2024-09-17 06:31

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热心网友时间：2024-10-04 06:39

浏览器的工作原理

大家有没有深入思考过：JavaScript代码，在浏览器中是如何被执行的？

浏览器的渲染过程

在这个执行过程中，HTML解析的时候遇到了JavaScript标签，应该怎么办呢？

会停止解析HTML，而去加载和执行JavaScript代码；

那么，JavaScript代码由谁来执行呢？

JavaScript引擎

为什么需要JavaScript引擎呢？

高级的编程语言都是需要转成最终的机器指令来执行的；事实上我们编写的JavaScript无论你交给浏览器或者Node执行，最后都是需要被CPU执行的；但是CPU只认识自己的指令集，实际上是机器语言，才能被CPU所执行；所以我们需要JavaScript引擎帮助我们将JavaScript代码翻译成CPU指令来执行；V8引擎V8引擎的原理

我们来看一下官方对V8引擎的定义：

V8是用C++编写的Google开源高性能JavaScript和WebAssembly引擎，它用于Chrome和Node.js等。

它实现ECMAScript和WebAssembly，并在Windows7或更高版本，macOS10.12+和使用x64，IA-32，ARM或MIPS处理器的Linux系统上运行。

V8可以独立运行，也可以嵌入到任何C++应用程序中

代码被解析，v8引擎内部会帮助我们创建一个对象(GlobalObject->go)

该对象所有的作用域（scope）都可以访问；

里面会包含Date、Array、String、Number、setTimeout、setInterval等等；

其中还有一个window属性指向自己；

运行代码

js引擎内部有一个执行上下文栈（ExecutionContextStack，简称ECS），它是用于执行代码的调用栈

V8引擎的架构

V8引擎本身的源码非常复杂，大概有超过100w行C++代码，通过了解它的架构，我们可以知道它是如何对JavaScript执行的：

Parse模块会将JavaScript代码转换成AST（抽象语法树），这是因为解释器并不直接认识JavaScript代码；

如果函数没有被调用，那么是不会被转换成AST的；

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

Ignition是一个解释器，会将AST转换成ByteCode（字节码）

同时会收集TurboFan优化所需要的信息（比如函数参数的类型信息，有了类型才能进行真实的运算）；

如果函数只调用一次，Ignition会执行解释执行ByteCode；

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

TurboFan是一个编译器，可以将字节码编译为CPU可以直接执行的机器码；

如果一个函数被多次调用，那么就会被标记为热点函数，那么就会经过TurboFan转换成优化的机器码，提高代码的执行性能；

但是，机器码实际上也会被还原为ByteCode，这是因为如果后续执行函数的过程中，类型发生了变化（比如sum函数原来执行的是number类型，后来执行变成了string类型），之前优化的机器码并不能正确的处理运算，就会逆向的转换成字节码；

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

V8引擎的解析图（官方）V8执行的细节

Parser就是直接将tokens转成AST树架构；

PreParser称之为预解析，为什么需要预解析呢？

这是因为并不是所有的JavaScript代码，在一开始时就会被执行。那么对所有的JavaScript代码进行解析，必然会影响网页的运行效率；

所以V8引擎就实现了LazyParsing（延迟解析）的方案，它的作用是将不必要的函数进行预解析，也就是只解析暂时需要的内容，而对函数的全量解析是在函数被调用时才会进行；

比如我们在一个函数outer内部定义了另外一个函数inner，那么inner函数就会进行预解析；

那么我们的JavaScript源码是如何被解析（Parse过程）的呢？

Blink将源码交给V8引擎，Stream获取到源码并且进行编码转换；

Scanner会进行词法分析（lexicalanalysis），词法分析会将代码转换成tokens；

接下来tokens会被转换成AST树，经过Parser和PreParser：

生成AST树后，会被Ignition转成字节码（bytecode），之后的过程就是代码的执行过程（后续会详细分析）。

JavaScript的执行过程1.初始化全局对象

js引擎会在执行代码之前，会在堆内存中创建一个全局对象：GlobalObject（GO）

该对象所有的作用域（scope）都可以访问；

里面会包含Date、Array、String、Number、setTimeout、setInterval等等；

其中还有一个window属性指向自己；

2.执行上下文栈（调用栈）

js引擎内部有一个执行上下文栈（ExecutionContextStack，简称ECS），它是用于执行代码的调用栈。

那么现在它要执行谁呢？执行的是全局的代码块：

全局的代码块为了执行会构建一个GlobalExecutionContext（GEC）；

GEC会被放入到ECS中执行；

GEC被放入到ECS中里面包含两部分内容：

这个过程也称之为变量的作用域提升（hoisting）

第一部分：在代码执行前，在parser转成AST的过程中，会将全局定义的变量、函数等加入到GlobalObject中，但是并不会赋值；

第二部分：在代码执行中，对变量赋值，或者执行其他的函数；

3.GEC被放入到ECS中4.GEC开始执行代码作用域提升

第二行打印num1会显示undefined

全局代码执行过程函数

这里打印name，在foo函数内部找不到name，根据变量的真实查找路径是沿着作用域链来查找的规则，就会在父级作用域里找name，这里foo的父级作用域就是全局，所以打印出来就是why

函数嵌套

在foo函数中再嵌套一个bar函数，在bar函数中打印这个name会怎么样呢？

在代码执行前（预编译），在parser转成AST的过程中，会将全局定义的变量、函数等加入到GlobalObject中，但是并不会赋值，bar函数这里保存的是内存地址0xb00,指向它所对应的内存空间

执行代码的时候，给AD里面的num：undefined等赋值，变成num：123等

执行第13行代码的时候，这里是调用了bar函数，然后它就会在函数调用栈中创建一个函数执行上下文

打印name的时候，先在AO里面找是否有name，没有-->去上层作用域找，没有-->沿着作用域链继续往上层找，找到了name='why',所以最终打印出来是'why'。

函数调用函数执行过程

打印结果：HelloGlobal

执行过程：首先，预编译{message:undefined,foo:0xa00,bar:0xb00}；然后执行代码给各项赋值{message:"HelloGlobal",foo:0xa00,bar:0xb00}；按照顺序，先执行bar(),那么就是先调用了bar(),然后这里就有个函数执行上下文，这里面的VO对象是AO，在这里面var出来的message是储存在AO里面，接下来再调用foo(),又有一个函数执行上下文，这里执行的代码是打印message，那么首先找的是foo()里面有没有message,没找到就沿着作用域链向上查找，找到了父级中有个message，所以打印出来为"HelloGlobal"

变量环境和记录

其实我们上面的讲解都是基于早期ECMA的版本规范：

在最新的ECMA的版本规范中，对于一些词汇进行了修改：

通过上面的变化我们可以知道，在最新的ECMA标准中，我们前面的变量对象VO已经有另外一个称呼了变量环境VE。

作用域提升面试题

第一题

varn=100;functionfoo(){n=200}foo()console.log(n)

输出结果：200

分析：首先预编译->{n：undefined，foo：0xa00},然后编译时对n赋值，调用foo(),这里foo函数被调用就创建了一个函数执行上下文，这里执行代码n=200，然后n在foo函数对象里面找不到，就会到上层去找，找到父级里面的n，并赋值为200，所以就相当于修改了go里面的值，所以最后打印的时候，n为200。

注意：这里要区分一下，如果是这种情况，输出的n就是100

varn=100;functionfoo(){varn=200}foo()console.log(n)

第二题

functionfoo(){console.log(n)varn=200console.log(n)}varn=100foo()

输出结果：undefined；200

分析：

第三题

varn=100functionfoo1(){console.log(n)//2、100}functionfoo2(){varn=200console.log(n)//1、200foo1()}foo2()console.log(n)//3、100

输出结果：见注释

第四题

vara=100functionfoo(){console.log(a)returnvara=100}foo()

输出结果：undefined

分析：

第五题

functionfoo(){vara=b=100//这里相对于vara=10//b=10//b这里没有定义，js会默认把他放在全局}foo()console.log(a)console.log(b)

输出结果：undefined;10

原文：https://juejin.cn/post/7099834026541711391