V8引擎如何运行JS

前言

V8引擎如何编译和优化JS的

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什么是V8

官网： https://v8.dev/
V8是一个接收JavaScript代码，编译代码然后执行的C++程序，编译后的代码可以在多种操作系统多种处理器上运行。
Chrome浏览器JS的引擎是V8
Nodejs的运行环境是V8引擎
electron的底层引擎也是V8

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V8主要负责的工作

编译和执行JS代码、处理调用栈
内存的分配、垃圾的回收

早期的V8引擎是如何编译JS代码

V8引擎曾在2017年做了一次大的架构调整
追本溯源，了解一下早期的V8引擎是如何编译JS代码的
一般来说，大部分JS引擎在编译和执行代码都会用到三个重要的文件
重要组件： 解析器、解释器和编译器

1. 解析器负责将源代码解析成抽象语法树AST

解释器负责将AST解释成字节码bytecode,同时解释器也有直接解释执行bytecode的能力

2. 编译器负责编译出运行更加高效的机器代码

在V8早期5.9版本之前，V8引擎没有解释器，却有两个编译器，编译流程如下：

JS由解析器解析后，生成AST抽象语法树，然后由Full-codegen编译器直接使用AST来编译出机器代码而不进行任何中间转换，Full-codefen编译器也被称为基准编译器，因为它生成的是一个基准的未被优化的机器代码，这样做的好处是当第一次执行JS的时候，就是直接使用了高效的机器代码，因为没有中间的字节码产生，所以就不需要解释器，当代码运行一段时间后，V8引擎中的分析线程，收集了足够的数据来帮助另一个编译器Crankshaft来做代码优化，然后需要优化的源码重新解析生成AST,然后Crankshaft使用生成好的AST再生成优化后的机器代码来提升运行的效率，所以Crankshaft的编译器又被称为优化编译器。这样的设计初衷是好的，减少抽象语法树到字节码的转换时间，提高外部浏览器中JS的执行的性能，但是这样的架构设计也带来了不少的问题：

1. 生成的机器码会占用大量的内存

这对于大内存的电脑还好说，但对于早期的安卓低内存的设备，基本是不能承受的，并且有些代码仅仅执行一次，没有必要直接生成机器码

2. 缺少中间层机器码，无法实现一些优化策略，导致V8引擎性能提升缓慢

3. 之前的编译器无法很好的支持和优化JS的新语法特性

因此，V8团队为了解决这些问题，用了三年半时间开发了一套新的V8架构，V8团队称之为设计顶峰的新架构：

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新的V8架构是怎样的？

语法树的解析基本还是保持一致的；但在获得抽象语法树之后，V8引擎加入了解释器lgnition，语法树通过解释器lgnition生成了bytecode字节码，此时AST就被清除掉了，释放内存空间，生成的bytecode直接被解释器执行，同时生成的bytecode将作为基准执行模型，字节码更加简洁，生成的bytecode大小相当于等效的基准机器代码的25%到50%，在代码不断的运行过程中，解释器收集到了很多可以用来优化代码的信息，比如变量的类型，哪些函数执行的频率较高，这些信息被发送给编译器，V8引擎新的编译器TurboFan会根据这些信息和字节码，来编译出经过优化的机器代码。

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V8引擎在处理JS过程中的一些优化策略：

1.函数只声明未被调用，不会被解析生成AST，也就不会生成字节码
2.函数只被调用一次，bytecode直接被解释执行，TureboFan不会进行优化编译
3.函数被调用多次，可能会被标记为热点函数，可能会被编译成机器代码。当lgnition解释器收集的类型信息确定后，这是TurboFan则会将bytecode编译为优化后的机器代码，以提高代码的执行性能，最后执行这个函数时，就直接运行优化后的机器代码。

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所以整体来说，就是处于一个运行字节码和优化的机器代码共存的一个状态，随着JS源码不断的被执行，会有更多的源码被标记为热点代码，就会产生更多的机器代码。

逆向还原(deoptimization)

在某些情况下，优化后的机器码可能会被逆向还原称字节码，这个过程叫做deoptimization，这是因为JavaScript是一个动态语言，会导致一个lgnition收集到的信息是错误的

例如：有一个sum函数，在函数声明时，JS引擎并不知道参数x,y是什么类型，但在后面多次调用中，传入的x,y都是整型，sum函数被识别为热点函数，解释器将收集到的类型信息和该函数对应的字节码发送给编译器，于是编译器生成的优化后的机器代码中就假定了sum函数的参数x,y都是整型，之后遇到该函数的调用就直接使用运行更快的机器代码，如果此时调用sum函数传入了字符串，机器代码不知道如何处理字符串的参数，于是就需要进行deoptimization回退字节码，由解释器来解释执行。

因此我们尽量不要把一个变量的类型变来变去，对传入函数的参数的类型也是最好保持固定，否则会给V8引擎损失一定的性能

function sum(x, y) {
  return x + y
}

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新V8架构的好处

不需要一开始直接编译成机器码，而是生成了中间层的字节码，字节码的生成速度远远大于机器码的，所以网页初始化解析执行JS的时间缩短了，网页就可以更快的onload
在生成的优化机器代码时，不需要从源码重新编译，而使用字节码，并且当需要deoptimization时，只需要回归到中间层的字节码解释执行就可以了
新的架构在性能上带来了很大的提升

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参考学习视频： https://www.bilibili.com/video/BV1zV411z7RX