V8工作原理
文章预览：
-
-
-
- 01 栈空间和堆空间：数据是如何存储的？
- 02 垃圾回收：垃圾数据是如何自动回收的？
-
- 2.1 调用栈中的技术是如何回收的
- 2.2 堆中的数据是如何回收的
-
- 2.2.1 新生代
- 2.2.2 老生代
- 03 编译器和解释器：V8是如何执行一段JavaScript代码的？
-
- 3.1 编译器和解释器
- 3.2 V8 执行一段代码的流程
- 3.3 即时编译技术JIT
- 3.4 JavaScript性能优化
-
-
01 栈空间和堆空间：数据是如何存储的？
JavaScript 是一种弱类型的、动态的语言。这意味着我们不需要告诉 JavaScript 引擎这个或那个变量是什么数据类型，且可以使用同一个变量保存不同类型的数据。
如图，JavaScript 一共有 8 种数据类型，它们可以分为两大类——原始类型（前7种）和引用类型（最后1种）。其中，原始类型的数据是存放在栈中，引用类型的数据是存放在堆中的。堆中的数据是通过引用和变量关联起来的。也就是说，JavaScript 的变量是没有数据类型的，值才有数据类型，变量可以随时持有任何类型的数据。
为什么一定要分“堆”和“栈”两个存储空间呢？因为 JavaScript 引擎需要用栈来维护程序执行期间上下文的状态，如果栈空间大了话，所有的数据都存放在栈空间里面，那么会影响到上下文切换的效率，进而又影响到整个程序的执行效率。所以通常情况下，栈空间都不会设置太大，主要用来存放一些原始类型的小数据。而引用类型的数据占用的空间都比较大，所以这一类数据会被存放到堆中，堆空间很大，能存放很多大的数据。
从内存模型的角度再来谈谈闭包：
function foo() {
var myName = "极客时间"
let test1 = 1
const test2 = 2
var innerBar = {
setName:function(newName){
myName = newName
},
getName:function(){
console.log(test1)
return myName
}
}
return innerBar
}
var bar = foo()
bar.setName("极客邦")
bar.getName()
console.log(bar.getName())
-
当 JavaScript 引擎执行到 foo 函数时，首先会编译，并创建一个空执行上下文。
-
在编译过程中，遇到内部函数 setName，JavaScript 引擎还要对内部函数做一次快速的词法扫描，发现该内部函数引用了 foo 函数中的 myName 变量，由于是内部函数引用了外部函数的变量，所以 JavaScript 引擎判断这是一个闭包，于是在堆空间创建换一个“closure(foo)”的对象（这是一个内部对象，JavaScript 是无法访问的），用来保存 myName 变量。
-
接着继续扫描到 getName 方法时，发现该函数内部还引用变量 test1，于是 JavaScript 引擎又将 test1 添加到“closure(foo)”对象中。这时候堆中的“closure(foo)”对象中就包含了 myName 和 test1 两个变量了。
-
由于 test2 并没有被内部函数引用，所以 test2 依然保存在调用栈中。
可以画出执行到return innerBar语句时的调用栈状态：
从上图可以清晰地看出，当执行到 foo 函数时，闭包就产生了；当 foo 函数执行结束之后，返回的 getName 和 setName 方法都引用“clourse(foo)”对象，所以即使 foo 函数退出了，“clourse(foo)”依然被其内部的 getName 和 setName 方法引用。
02 垃圾回收：垃圾数据是如何自动回收的？
垃圾数据回收分为手动回收（C/C++，由代码控制）和自动回收（JavaScript，Java等，由垃圾回收器来释放）两种策略。
2.1 调用栈中的技术是如何回收的
function foo(){
var a = 1
var b = {name:"极客邦"}
function showName(){
var c = 2
var d = {name:"极客时间"}
}
showName()
}
foo()
当一个函数执行结束之后，JavaScript 引擎通过向下移动 ESP 来销毁该函数保存在栈中的执行上下文。如图为从栈中回收 showName 执行上下文：
从图中可以看出，当 showName 函数执行结束之后，ESP 向下移动到 foo 函数的执行上下文中，上面 showName 的执行上下文虽然保存在栈内存中，但是已经是无效内存了。比如当 foo 函数再次调用另外一个函数时，这块内容会被直接覆盖掉，用来存放另外一个函数的执行上下文。
2.2 堆中的数据是如何回收的
在 V8 中会把堆分为新生代和老生代两个区域，新生代中存放的是生存时间短的对象，老生代中存放的生存时间久的对象。副垃圾回收器，主要负责新生代的垃圾回收。主垃圾回收器，主要负责老生代的垃圾回收。不论什么类型的垃圾回收器，它们都有一套共同的执行流程：标记空间中活动对象和非活动对象->回收非活动对象所占据的内存->内存整理(频繁回收对象后，内存中会存在大量不连续空间，即内存碎片)
2.2.1 新生代
算法：Scavenge 算法
原理：
1、把新生代空间对半划分为两个区域，一半是对象区域，一半是空闲区域。
2、新加入的对象都会存放到对象区域，当对象区域快被写满时，就需要执行一次垃圾清理操作。
3、先对对象区域中的垃圾做标记，标记完成之后，把这些存活的对象复制到空闲区域中
4、完成复制后，对象区域与空闲区域进行角色翻转，也就是原来的对象区域变成空闲区域，原来的空闲区域变成了对象区域。
对象晋升策略：经过两次垃圾回收依然还存活的对象，会被移动到老生区中。
2.2.2 老生代
（1）算法：标记 - 清除（Mark-Sweep）算法
原理：
1、标记：标记阶段就是从一组根元素开始，递归遍历这组根元素，在这个遍历过程中，能到达的元素称为活动对象（比如某块数据被一个变量b引用了，那么这块数据会被标记为活动对象），没有到达的元素就可以判断为垃圾数据。
2、清除：将垃圾数据进行清除。
碎片：对一块内存多次执行标记 - 清除算法后，会产生大量不连续的内存碎片。而碎片过多会导致大对象无法分配到足够的连续内存。
（2）算法：标记 - 整理（Mark-Compact）算法
标记过程仍然与标记 - 清除算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。
（3）优化算法：增量标记（Incremental Marking）算法
原理：
1、为了降低老生代的垃圾回收而造成的卡顿
2、V8把一个完整的垃圾回收任务拆分为很多小的任务
3、让垃圾回收标记和 JavaScript 应用逻辑交替进行
03 编译器和解释器：V8是如何执行一段JavaScript代码的？
3.1 编译器和解释器
3.2 V8 执行一段代码的流程
（1）生成抽象语法树（AST）和执行上下文
执行上下文主要是代码在执行过程中的环境信息，而AST可以看成是代码结构化的表示。AST的生成过程，先分词（词法分析），再解析（语法分析）。
补充：AST是一种非常重要的数据结构，有着广泛的应用。如Babel （可以将 ES6 代码转为 ES5 代码）的工作原理就是先将 ES6 源码转换为 AST，然后再将 ES6 语法的 AST 转换为 ES5 语法的 AST，最后利用 ES5 的 AST 生成 JavaScript 源代码；ESLint （检查 JavaScript 编写规范的插件）的检测流程也是需要将源码转换为 AST，然后再利用 AST 来检查代码规范化的问题。
（2）生成字节码（解释器）
字节码就是介于 AST 和机器码之间的一种代码。但是与特定类型的机器码无关，字节码需要通过解释器将其转换为机器码后才能执行。
（3）执行代码
解释器 Ignition 除了负责生成字节码之外，它还有另外一个作用，就是解释执行字节码。通常，如果有一段第一次执行的字节码，解释器 Ignition 会逐条解释执行。在 Ignition 执行字节码的过程中，如果发现有热点代码（HotSpot），比如一段代码被重复执行多次，这种就称为热点代码，那么后台的编译器 TurboFan 就会把该段热点的字节码编译为高效的机器码，然后当再次执行这段被优化的代码时，只需要执行编译后的机器码就可以了，这样就大大提升了代码的执行效率。
补充：Ignition->点火器，TurboFan->螺旋增压，寓意着代码启动时通过点火器慢慢发动，一旦启动，涡轮增压介入，其执行效率随着执行时间越来越高。
3.3 即时编译技术JIT
3.4 JavaScript性能优化
对于优化 JavaScript 执行效率，应该将优化的中心聚焦在单次脚本的执行时间和脚本的网络下载上，主要关注以下三点内容：
（1）提升单次脚本的执行速度，避免 JavaScript 的长任务霸占主线程，这样可以使得页面快速响应交互；
（2）避免大的内联脚本，因为在解析 HTML 的过程中，解析和编译也会占用主线程；
（3）减少 JavaScript 文件的容量，因为更小的文件会提升下载速度，并且占用更低的内存。