什么是 Google V8

前言

由 C/C++ 入门的我突然转 JS (主要是 Node.js) 感觉整个人都是懵逼的（还不是懂得太少造的o-O），差别真的感觉好大，最神奇的是 JS 竟然不用经过编译就可以运行。
期间总是能遇到 Google V8，不明觉厉，感觉有必要好好了解下，顺便好好梳理下基础知识。

静态编译与动态解释

众所周知，计算机只能理解机器语言，而我们平时编程用的通常是高级语言，所以源代码通常都要经过层层转换最终变成机器语言运行。

汇编器与编译器概念图

早期只有汇编语言没有高级语言，不同的设备有一套自己的对应不同机器语言指令集的汇编语言，也就是说，汇编语言不能在不同系统平台之间移植。同一个软件为了让不同类型的设备都能用要写好几套代码，实在太不方便了，所以后来发展出了跨平台的高级语言。

高级语言未出现时

高级语言出现后

随着计算机发展，编译器也越来越复杂，发展了很多分支，像是本地编译器、交叉编译器等，这里就不多说了。

那么源码一定要经过编译才能运行吗？

解释器的出现给出了一种不用编译就能运行的能力，也就是我一开始说的让我很不习惯的地方。

解释器

前面说的都算是先静态编译到可执行的文件，然后运行可执行的文件来执行程序，而解释器提供了一种边编译边运行的动态运行方法，而也正因为通过解释器运行的代码是边编译边运行的，所以运行的速度比静态编译的那种慢很多。

所以程序运行的方式分为静态编译和动态解释。

我从 C/C++ 跨到 JS 里，就是从静态编译跨到了动态解释里。

即时编译与虚拟机

这小节的概念了解 Java 的人应该很了解，虽然我之前接触过一点 Java 但是直到现在才算是摸清了点真面目，当然学习的过程我也没对 Java 做过多深入，毕竟主旨是 Google V8 呀！

即时编译（Just-in-time compilation）混合了编译器和解释器，在边编译边运行的过程中会将编译过的代码缓存起来，下次运行的时候运行的就是编译后的代码。

即时编译示意图

当然，虽然即时编译在运行过一次以后有了编译后的代码，再次运行时因为识别编译过的和未编译过的（即修改）代码，速度还是比静态编译的程序运行的慢。

避免二次编译也使得理论上即时编译的总体开销（编译和运行）优于静态编译和动态解释。

这里还出现了一个字节码的概念。

字节码的出现理由有点像交叉编译器（在 A 系统平台下可以产生 B 系统平台的可执行文件的编译器），在源码不能或很难编译成目标平台可执行文件时非常好用。感觉也有点像是跨平台的汇编语言，复杂度介于高级语言和低级语言之间。

在即时编译里出现的字节码是一种动态字节码转译方式，字节码也可以静态转译的，就是先编译成字节码再运行的。

字节码通常运行在一个程序虚拟机上。

字节码与虚拟机

图里的虚拟机部分也算是一个解释执行的过程。

广义的虚拟机包括一切跟任何真实机器无关的虚拟架构。
而当前虚拟机的实现主要分成三类：

• 系统虚拟机：虚拟了一个运行完整系统的操作平台。典型代表：VirtualBox。

• 程序虚拟机：为单个计算机程序的运行虚拟必要的环境。典型代表：Java 虚拟机。

• 操作系统层虚拟化：介于系统和单个程序之间，可以运行多个独立应用程序，但是又不用虚拟完整操作系统。典型代表：Docker。

Google V8

终于来到了 Google V8！

V8 是 Google 开发的开源的 JavaScript 引擎，用于 Google Chrome 及 Chromium 中。

JavaScript 引擎是一个专门处理 JavaScript 脚本的虚拟机，一般会附带在网页浏览器之中。

V8 是用 C++ 写的，使用了即时编译技术，工作模式如下图：

V8 工作模式图-来自[1]

感觉到这里已经足够说明什么是 Google V8 了，后面算是拓展阅读吧。

V8 的隐藏类（Hidden Class）

JavaScript 作为一种动态编程语言，对象上的属性（Property）可以随时增减。如果用字典类的数据结构来存储这些对象属性，访问的时候就会带来动态查找的损耗，这也是 JavaScript 比类似 Java 这种类型确定的语言慢的原因之一。

V8 用动态创建隐藏类的方式来减少这种损耗。

举个例子。

有如下简单的一段 JS 代码：

function Point(x, y) {
  this.x = x; // E1
  this.y = y; // E2
}

new Point(1, 2); //  E0

语句按 E0、E1、E2 的顺序执行。

执行 E0 的时候，创建一个隐藏类 C0，对象的类指示器指向 C0。

E0 阶段

执行 E1 的时候，在 C0 基础上新建一个隐藏类 C1（C1 知道 x 属性存的位置），并给 C0 增加一个转换指示：如果增加一个 x 属性，就变成 C1。

E1 阶段

执行 E2 的时候，在 C1 基础上新建一个隐藏类 C2（C2 知道 x 和 y 属性存位置），并给 C1 增加一个转换指示：如果增加一个 y 属性，就变成 C2。

E2 阶段

隐藏类的创建过程就是隐藏类树的创建过程，在之后遇到新建对象实例，就会先试图从已创建的树里找到对应的类，没找到的话才会新建对应的树节点。

这之后，每个对象的类指示器都指向对应的隐藏类，和 Java 里的类与对象关系差不多，JavaScript 在访问属性的时候就避免了相对漫长的查找，从而加快了速度。

从这里也可以得出一个优化代码的方式：尽量用相同的顺序实例化对象属性以最大化复用隐藏类树。

GC（垃圾回收）

V8 将内存分成：

• new-space：对象刚创建的时候分配这里的内存给对象。内存小，GC 删除的一般是这里的数据。
• old-data-space：new-space 里的一些对象经过一轮 GC 没被删除，并且这些对象内部不包含指针（纯数据），就会被移到这里。
• old-pointer-space：new-space 里的一些对象经过一轮 GC 没被删除，并且这些对象内部包含指针（指向别的对象），就会被移到这里。
• large-object-space：大小超过别的 space 大小限制的对象会被放在这里，它们有专门非配的内存，不归 GC 管。
• code-space：代码对象（包含即时编译后的指令）存放的地方。会被执行的代码不是放在这里就是放在 large-object-space 里。
• cell-space，property-cell-space，map-space：分别存放对应名字（cells、propertyCells、maps）的地方（这里我也不太懂这啥）。

GC 首先做的是分清数据对象和指针，因为跟踪指针才能知道哪些对象是不能被回收的。

V8 的 GC 有以下几个特点：

• 运行 GC 的时候停止执行程序。
• 绝大多数的 GC 只处理部分数据对象内存垃圾以最小化对应用程序的影响。
• 总是正确地知道所有的对象和指针的存储位置。这避免了将对象误认为指针导致的内存泄漏。

GC 我也没多看，也说不出个所以然来了，更多可以看A tour of V8: Garbage Collection。

参考：
图[1]来源
维基百科上的各种词条
Design Elements
A tour of V8: Garbage Collection