JS 之 引擎运行原理
今天跟大家分享下JS 之 引擎运行原理的知识。
1 一些名词
JS引擎 — 一个读取代码并运行的引擎，没有单一的“JS引擎”;，每个浏览器都有自己的引擎，如谷歌有V。
作用域 — 可以从中访问变量的“区域”。
词法作用域— 在词法阶段的作用域,换句话说，词法作用域是由你在写代码时将变量和块作用域写在哪里来决定的，因此当词法分析器处理代码时会保持作用域不变。
块作用域 — 由花括号{}创建的范围
作用域链 — 函数可以上升到它的外部环境(词法上)来搜索一个变量，它可以一直向上查找，直到它到达全局作用域。
同步 — 一次执行一件事， “同步”引擎一次只执行一行，JavaScript是同步的。
异步 — 同时做多个事，JS通过浏览器API模拟异步行为
事件循环(Event Loop) - 浏览器API完成函数调用的过程，将回调函数推送到回调队列(callback queue)，然后当堆栈为空时，它将回调函数推送到调用堆栈。
堆栈 —一种数据结构，只能将元素推入并弹出顶部元素。 想想堆叠一个字形的塔楼; 你不能删除中间块，后进先出。
堆 — 变量存储在内存中。
调用堆栈 — 函数调用的队列，它实现了堆栈数据类型，这意味着一次可以运行一个函数。调用函数将其推入堆栈并从函数返回将其弹出堆栈。
执行上下文 — 当函数放入到调用堆栈时由JS创建的环境。
闭包 — 当在另一个函数内创建一个函数时，它“记住”它在以后调用时创建的环境。
垃圾收集 — 当内存中的变量被自动删除时，因为它不再使用，引擎要处理掉它。
变量的提升— 当变量内存没有赋值时会被提升到全局的顶部并设置为undefined。
this —由JavaScript为每个新的执行上下文自动创建的变量/关键字。
2 调用堆栈(Call Stack)
看看下面的代码：
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
有几个点需要注意：
变量声明的位置(一个在上，一个在下)
函数a调用下面定义的函数b, 函数b调用函数c
当它被执行时你期望发生什么？ 是否发生错误，因为b在a之后声明或者一切正常？ console.log 打印的变量又是怎么样？
以下是打印结果：
"myVar" undefined
"myOtherVar" 10
"Hello world!"
来分解一下上述的执行步骤。
- 1.变量和函数声明(创建阶段)
第一步是在内存中为所有变量和函数分配空间。 但请注意，除了undefined之外，尚未为变量分配值。 因此，myVar在被打印时的值是undefined，因为JS引擎从顶部开始逐行执行代码。
函数与变量不一样，函数可以一次声明和初始化，这意味着它们可以在任何地方被调用。
所以以上代码看起来像这样子：
var myOtherVar = undefined
var myVar = undefined
function a() {...}
function b() {...}
function c() {...}
这些都存在于JS创建的全局上下文中，因为它位于全局空间中。
在全局上下文中，JS还添加了：
全局对象(浏览器中是 window 对象，NodeJs 中是 global 对象)
this 指向全局对象
- 2.执行
接下来，JS 引擎会逐行执行代码。
myOtherVar = 10在全局上下文中，myOtherVar被赋值为10
已经创建了所有函数，下一步是执行函数 a()
每次调用函数时，都会为该函数创建一个新的上下文(重复步骤1)，并将其放入调用堆栈。
function a() {
console.log('myVar', myVar)
b()
}
如下步骤：
创建新的函数上下文
a 函数里面没有声明变量和函数
函数内部创建了 this 并指向全局对象(window)
接着引用了外部变量 myVar，myVar 属于全局作用域的。
接着调用函数 b ，函数b的过程跟 a一样，这里不做分析。
下面调用堆栈的执行示意图：
创建全局上下文，全局变量和函数。
每个函数的调用，会创建一个上下文,外部环境的引用及 this。
函数执行结束后会从堆栈中弹出，并且它的执行上下文被垃圾收集回收(闭包除外)。
当调用堆栈为空时，它将从事件队列中获取事件。
3 作用域及作用域链
在前面的示例中，所有内容都是全局作用域的，这意味着我们可以从代码中的任何位置访问它。 现在，介绍下私有作用域以及如何定义作用域。
函数/词法作用域
考虑如下代码：
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()
需要注意以下几点：
全局作用域和函数内部都声明了变量
函数c现在在函数b中声明
打印结果如下：
myOtherVar: "global otherVar"
myVar: "inside B"
执行步骤：
全局创建和声明 - 创建内存中的所有函数和变量以及全局对象和 this
执行 - 它逐行读取代码，给变量赋值，并执行函数a
函数a创建一个新的上下文并被放入堆栈，在上下文中创建变量myOtherVar，然后调用函数b
函数b 也会创建一个新的上下文，同样也被放入堆栈中
5，函数b的上下文中创建了 myVar 变量，并声明函数c
上面提到每个新上下文会创建的外部引用，外部引用取决于函数在代码中声明的位置。
函数b试图打印myOtherVar，但这个变量并不存在于函数b中，函数b 就会使用它的外部引用上作用域链向上找。由于函数b是全局声明的，而不是在函数a内部声明的，所以它使用全局变量myOtherVar。
函数c执行步骤一样。由于函数c本身没有变量myVar，所以它它通过作用域链向上找，也就是函数b，因为myVar是函数b内部声明过。
下面是执行示意图：
请记住，外部引用是单向的，它不是双向关系。例如，函数b不能直接跳到函数c的上下文中并从那里获取变量。
最好将它看作一个只能在一个方向上运行的链(范围链)。
a -> global
c -> b -> global
在上面的图中，你可能注意到，函数是创建新作用域的一种方式。(除了全局作用域)然而，还有另一种方法可以创建新的作用域，就是块作用域。
块作用域
下面代码中，我们有两个变量和两个循环，在循环重新声明相同的变量，会打印什么(反正我是做错了)？
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()
打印结果：
i = 10
j = 99
第一个循环覆盖了var i，对于不知情的开发人员来说，这可能会导致bug。
第二个循环,每次迭代创建了自己作用域和变量。 这是因为它使用let关键字，它与var相同，只是let有自己的块作用域。 另一个关键字是const，它与let相同，但const常量且无法更改(指内存地址)。
块作用域由大括号 {} 创建的作用域
再看一个例子：
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()
打印结果：
a = 9000
b = 11
ReferenceError: blockedVar is not defined
a是块作用域，但它在函数中，而不是嵌套的，本例中使用var是一样的。
对于块作用域的变量，它的行为类似于函数，注意var b可以在外部访问，但是const blockedVar不能。
在块内部，从作用域链向上找到 a 并将let a更改为9000。
使用块作用域可以使代码更清晰，更安全，应该尽可能地使用它。
4 事件循环(Event Loop)
接下来看看事件循环。 这是回调，事件和浏览器API工作的地方
我们没有过多讨论的事情是堆，也叫全局内存。它是变量存储的地方。由于了解JS引擎是如何实现其数据存储的实际用途并不多，所以我们不在这里讨论它。
来个异步代码：
function logMessage2 () {
console.log('Message 2')
}
console.log('Message 1')
setTimeout(logMessage2, 1000)
console.log('Message 3')
上述代码主要是将一些 message 打印到控制台。 利用setTimeout函数来延迟一条消息。我们知道js是同步，来看看输出结果
Message 1
Message 3
Message 2
打印 Message 1
调用 setTimeout
打印 Message 3
打印 Message 2
它记录消息3
稍后，它会记录消息2
setTimeout是一个 API，和大多数浏览器 API一样，当它被调用时，它会向浏览器发送一些数据和回调。我们这边是延迟一秒打印 Message 2。
调用完setTimeout 后，我们的代码继续运行，没有暂停，打印 Message 3 并执行一些必须先执行的操作。
浏览器等待一秒钟，它就会将数据传递给我们的回调函数并将其添加到事件/回调队列中( event/callback queue)。 然后停留在队列中，只有当调用堆栈(call stack)为空时才会被压入堆栈。
5 代码示例
要熟悉JS引擎，最好的方法就是使用它，再来些有意义的例子。
简单的闭包
这个例子中 有一个返回函数的函数，并在返回的函数中使用外部的变量， 这称为闭包。
function exponent (x) {
return function (y) {
//和math.pow() 或者x的y次方是一样的
return y ** x
}
}
const square = exponent(2)
console.log(square(2), square(3)) // 4, 9
console.log(exponent(3)(2)) // 8
块代码
我们使用无限循环将将调用堆栈塞满，会发生什么，回调队列被会阻塞，因为只能在调用堆栈为空时添加回调队列。
function blockingCode() {
const startTime = new Date().getSeconds()
// 延迟函数250毫秒
setTimeout(function() {
const calledAt = new Date().getSeconds()
const diff = calledAt - startTime
// 打印调用此函数所需的时间
console.log(`Callback called after: ${diff} seconds`)
}, 250)
// 用循环阻塞堆栈2秒钟
while(true) {
const currentTime = new Date().getSeconds()
// 2 秒后退出
if(currentTime - startTime >= 2) break
}
}
blockingCode() // 'Callback called after: 2 seconds'
我们试图在250毫秒之后调用一个函数,但因为我们的循环阻塞了堆栈所花了两秒钟，所以回调函数实际是两秒后才会执行，这是JavaScript应用程序中的常见错误。
setTimeout不能保证在设置的时间之后调用函数。相反，更好的描述是，在至少经过这段时间之后调用这个函数。
延迟函数
当 setTimeout 的设置为0，情况是怎么样？
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调用，但是，事实并非如此。
执行结果：
after timeout
last log
timeout with 0 delay!
它会立即被推到回调队列，但它仍然会等待调用堆栈为空才会执行。
用闭包来缓存
Memoization是缓存函数调用结果的过程。
例如，有一个添加两个数字的函数add。调用add（1,2）返回3，当再次使用相同的参数add（1,2）调用它，这次不是重新计算，而是记住1 + 2是3的结果并直接返回对应的结果。 Memoization可以提高代码运行速度，是一个很好的工具。
我们可以使用闭包实现一个简单的memoize函数。
// 缓存函数，接收一个函数
const memoize = (func) => {
// 缓存对象
// keys 是 arguments, values are results
const cache = {}
// 返回一个新的函数
// it remembers the cache object & func (closure)
// ...args is any number of arguments
return (...args) => {
// 将参数转换为字符串，以便我们可以存储它
const argStr = JSON.stringify(args)
// 如果已经存，则打印
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))
执行结果：
cache {} false
first add call: 3
cache { '[1,2]': 3 } true
second add call 3
第一次 add 方法，缓存对象是空的，它调用我们的传入函数来获取值3.然后它将args/value键值对存储在缓存对象中。
在第二次调用中，缓存中已经有了，查找到并返回值。
对于add函数来说，有无缓存看起来无关紧要，甚至效率更低，但是对于一些复杂的计算，它可以节省很多时间。这个示例并不是一个完美的缓存示例，而是闭包的实际应用。
关于JS 之引擎运行原理，你学会了多少？欢迎在留言区评论！