Javascript引擎工作机制描述

非原创，出处不详

Javascript从定义到执行，JS引擎在实现层做了很多初始化工作，因此在学习JS引擎工作机制之前，我们需要引入几个相关的概念：执行环境栈、全局对象、执行环境、变量对象、活动对象、作用域和作用域链等，这些概念正是JS引擎工作的核心组件。本文的目的不是孤立的为你讲解每一个概念，而是通过一个简单的demo来展开分析，全局讲解JS引擎从定义到执行的每一个细节，以及这些概念在其中所扮演的角色。

demo：

var x = 1; //定义一个全局变量 x
function A(y){      
    var x = 2;    //定义一个局部变量 x      
    function B(z){   //定义一个内部函数 B          
        console.log(x+y+z);      
    }      
    return B; //返回函数B的引用   
}   
var C = A(1); //执行A,返回B   
C(1); //执行函数B

这个demo是一个闭包，执行结果是4，下面我们将分全局初始化、执行函数A、执行函数B 三个阶段来分析JS引擎的工作机制。

一、全局初始化

JS引擎在进入一段可执行的代码时，需要完成以下三个初始化工作：

首先，创建一个全局对象(Global Object) 。
这个对象全局只存在一份，它的属性在任何地方都可以访问，它的存在伴随着应用程序的整个生命周期。全局对象在创建时，将 Math,String,Date,document等常用的JS对象作为其属性。由于这个全局对象不能通过名字直接访问，因此将另外一个属性window指向了自身，这样就可以通过 window访问这个全局对象了。

用伪代码模拟全局对象的大体结构如下：

//创建一个全局对象
var globalObject = {     
    Math:{},     
    String:{},     
    Date:{},
    document:{}, //DOM操作     
    ...     
    window:this //让window属性指向了自身 
} 

然后，JS引擎需要构建一个执行环境栈( Execution Context Stack) ，与此同时，也要创建一个全局执行环境（Execution Context）EC ，并将这个全局执行环境EC压入执行环境栈中。
执行环境栈的作用是为了保证程序能够按照正确的顺序被执行。在JavaScript中，每个函数都有自己的执行环境。当执行一个函数时，该函数的执行环境就会被推入执行环境栈的顶部并获取执行权。当这个函数执行完毕，它的执行环境又从这个栈的顶部被删除，并把执行权交还给之前执行环境。

用伪代码来模拟执行环境栈和EC的关系：

    var ECStack = []; //定义一个执行环境栈，类似于数组 
    var EC = {};   //创建一个执行空间， //ECMA-262规范并没有对EC的数据结构做明确的定义，你可以理解为在内存中分配的一块空间 
    ECStack.push(EC); //进入函数，压入执行环境 
    ECStack.pop(EC);  //函数返回后，删除执行环境 

最后，JS引擎还要创建一个与EC关联的全局变量对象(Varibale Object) VO，并把VO指向全局对象。
VO中不仅包含了全局对象的原有属性，还包括在全局定义的变量 x 和函数 A。与此同时，在定义（创建）函数A的时候，还为 A 添加了一个内部属性[[scope]]，并将[[scope]]指向了VO。
每个函数在定义的时候，都会创建一个与之关联的[[scope]]属性，[[scope]]总是指向定义函数时所在的环境。

此时的ECStack结构如下：

ECStack = [   //执行环境栈     
    EC(G) = {   //全局执行环境         
        VO(G) : { //定义全局变量对象  
            ... //包含全局对象原有的属性             
            x = 1; //定义变量 x            
            A = function(){...}; //定义函数 A             
            A[[scope]] = this; //定义A的[[scope]]，并赋值为VO本身
            C = undefined;  //定义变量 C
        }     
    }
]; 

二、 执行函数A

当执行流进入A(1) 时，JS引擎需要完成以下工作：

首先，JS引擎会创建函数A的执行环境EC，然后将EC推入执行环境栈的顶部并获取执行权。
此时执行环境栈中有两个执行环境，分别是全局执行环境和函数A执行环境，A的执行环境在栈顶，全局执行环境在栈的底部。
然后，创建函数A的作用域链(Scope Chain) 。
在Javascript中，每个执行环境都有自己的作用域链，用于标识符解析，当执行环境被创建时，它的作用域链就初始化为当前运行函数的[[scope]]属性所包含的对象。
接着，JS引擎会创建一个当前函数的活动对象(Activation Object) AO。
这里的活动对象扮演着变量对象的角色，只是在函数中的叫法不同而已（你可以认为变量对象是一个总的概念，而活动对象是它的一个分支）， AO中包含了函数的形参、arguments对象、this对象、以及局部变量和内部函数的定义。
然后，AO会被推入作用域链的顶端。
需要注意的是，在定义函数B的时候，JS引擎同样也会为函数B添加了一个[[scope]]属性，并将[[scope]]指向了定义函数B时所在的环境，定义函数B的环境就是A的活动对象AO， 而AO位于链表的前端，由于链表具有首尾相连的特点，因此函数B的scope指向了A的整个作用域链。

此时的ECStack结构：

ECStack = [   //执行环境栈     
    EC(A) = {   //A的执行环境         
        [scope]:VO(G), //VO是全局变量对象         
        AO(A):{ //创建函数A的活动对象             
            y:1,             
            x:2,  //定义局部变量x             
            B:function(){...}, //定义函数B             
            B[[scope]] = this, //this指代AO本身，而AO位于scopeChain的顶端，因此B[[scope]]指向整个作用域链             
            arguments:[],//平时我们在函数中访问的arguments就是AO中的arguments             
            this:window  //函数中的this指向调用者window对象         
        },         
        scopeChain: //链表初始化为A[[scope]],然后再把AO加入该作用域链的顶端,此时A的作用域链：AO(A)->VO(G)     
    },     
    EC(G) = {   //全局执行环境             
        VO(G):{ //创建全局变量对象                 
            ... //包含全局对象原有的属性                 
            x = 1;//定义变量x                 
            A = function(){...}; //定义函数A                 
            A[[scope]] = this; //定义A的scope，A[[scope]] == VO(G)
            C = undefined;
        }     
    }
]; 

三、 执行函数B

函数A被执行以后，返回了B的引用，并赋值给了变量C，执行 C(1) 就相当于执行B(1)，JS引擎需要完成以下工作：

首先，还和上面一样，创建函数B的执行环境EC，然后EC推入执行环境栈的顶部并获取执行权。
此时执行环境栈中有两个执行环境，分别是全局执行环境和函数B的执行环境，B的执行环境在栈顶，全局执行环境在栈的底部。（注意：当函数A返回后，A的执行环境就会从栈中被删除，只留下全局执行环境）
然后，创建函数B的作用域链，并初始化为函数B的[[scope]]所包含的对象，即包含了A的作用域链。
最后，创建函数B的活动对象AO，并将B的形参z, arguments对象 和 this对象作为AO的属性。

此时ECStack将会变成这样：

ECStack = [   //执行环境栈     
    EC(B) = {   //创建B的执行环境,并处于作用域链的顶端         
        [scope]:AO(A), //指向函数A的作用域链,AO(A)->VO(G)         
        AO(B) = { //创建函数B的活动对象             
            z:1,             
            arguments:[],             
            this:window         
        },         
        scopeChain: //链表初始化为B[[scope]],再将AO(B)加入链表表头，此时B的作用域链： AO(B)->AO(A)-VO(G)     
    },     
    EC(A), //A的执行环境已经从栈顶被删除,     
    EC(G) = {   //全局执行环境         
        VO:{ //定义全局变量对象             
            ... //包含全局对象原有的属性             
            x = 1; //定义变量x             
            A = function(){...}; //定义函数A             
            A[[scope]] = this; //定义A的scope，A[[scope]] == VO(G)         
        }     
    }
]; 

当函数B执行“x+y+z”时，需要对x、y、z 三个标识符进行一一解析，解析过程遵守变量查找规则：先查找自己的活动对象中是否存在该属性，如果存在，则停止查找并返回；如果不存在，继续沿着其作用域链从顶端依次查找，直到找到为止，如果整个作用域链上都未找到该变量，则返回“undefined”。从上面的分析可以看出函数B的作用域链是这样的：

AO(B)->AO(A)->VO(G)

因此，变量x会在AO(A)中被找到，而不会查找VO(G)中的x，变量y也会在AO(A)中被找到，变量z 在自身的AO(B)中就找到了。所以执行结果：2+1+1=4。

简单的总结语

了解了JS引擎的工作机制之后，我们不能只停留在理解概念的层面，而要将其作为基础工具，用以优化和改善我们在实际工作中的代码，提高执行效率，产生实际价值才是我们的真正目的。就拿变量查找机制来说，如果你的代码嵌套很深，每引用一次全局变量，JS引擎就要查找整个作用域链，比如处于作用域链的最底端window和document对象就存在这个问题，因此我们围绕这个问题可以做很多性能优化的工作，当然还有其他方面的优化，此处不再赘述，本文仅当作抛砖引玉吧！