JavaScript 引擎如何执行 JavaScript 代码?

JavaScript 引擎如何执行 JavaScript 代码?

文章目录

  • JavaScript 引擎如何执行 JavaScript 代码?
    • 一、JavaScript 代码运行的各个阶段
    • 二、编译阶段介绍:执行上下文的创建
      • 创建变量对象
      • 建立作用域链
      • 确定 this 的指向
    • 三、执行阶段

一、JavaScript 代码运行的各个阶段

JavaScript 引擎在执行 JavaScript 代码时,也会从上到下进行词法分析、语法分析、语义分析等处理,并在代码解析完成后生成 AST(抽象语法树),最终根据 AST 生成 CPU 可以执行的机器码并执行。

这个过程,我们统一描述为语法分析阶段。除了语法分析阶段,JavaScript 引擎在执行代码时还会进行其他的处理。以 V8 引擎为例,在 V8 引擎中 JavaScript 代码的运行过程主要分成三个阶段。

  1. 语法分析阶段。 该阶段会对代码进行语法分析,检查是否有语法错误(SyntaxError),如果发现语法错误,会在控制台抛出异常并终止执行。
  2. 编译阶段。 该阶段会进行执行上下文(Execution Context)的创建,包括创建变量对象、建立作用域链、确定 this 的指向等。每进入一个不同的运行环境时,V8 引擎都会创建一个新的执行上下文。
  3. 执行阶段。 将编译阶段中创建的执行上下文压入调用栈,并成为正在运行的执行上下文,代码执行结束后,将其弹出调用栈。

二、编译阶段介绍:执行上下文的创建

执行上下文的创建离不开 JavaScript 的运行环境,JavaScript 运行环境包括全局环境、函数环境和eval,其中全局环境和函数环境的创建过程如下:

第一次载入 JavaScript 代码时,首先会创建一个全局环境。全局环境位于最外层,直到应用程序退出后(例如关闭浏览器和网页)才会被销毁。

每个函数都有自己的运行环境,当函数被调用时,则会进入该函数的运行环境。当该环境中的代码被全部执行完毕后,该环境会被销毁。不同的函数运行环境不一样,即使是同一个函数,在被多次调用时也会创建多个不同的函数环境。

在不同的运行环境中,变量和函数可访问的其他数据范围不同,环境的行为(比如创建和销毁)也有所区别。而每进入一个不同的运行环境时,JavaScript 都会创建一个新的执行上下文,该过程包括:

  • 建立作用域链(Scope Chain);
  • 创建变量对象(Variable Object,简称 VO);
  • 确定 this 的指向。

创建变量对象

什么是变量对象呢?每个执行上下文都会有一个关联的变量对象,该对象上会保存这个上下文中定义的所有变量和函数。

而在浏览器中,全局环境的变量对象是window对象,因此所有的全局变量和函数都是作为window对象的属性和方法创建的。相应的,在 Node 中全局环境的变量对象则是global对象。

创建变量对象将会创建arguments对象(仅函数环境下),同时会检查当前上下文的函数声明和变量声明。

对于变量声明:此时会给变量分配内存,并将其初始化为undefined(该过程只进行定义声明,执行阶段才执行赋值语句)。

对于函数声明:此时会在内存里创建函数对象,并且直接初始化为该函数对象。

上述变量声明和函数声明的处理过程,便是我们常说的变量提升和函数提升,其中函数声明提升会优先于变量声明提升。因为变量提升容易带来变量在预期外被覆盖掉的问题,同时还可能导致本应该被销毁的变量没有被销毁等情况。因此 ES6 中引入了let和const关键字,从而使 JavaScript 也拥有了块级作用域。

在各类编程语言中,作用域分为静态作用域和动态作用域。JavaScript 采用的是词法作用域(Lexical Scoping),也就是静态作用域。词法作用域中的变量,在编译过程中会产生一个确定的作用域(而不是在执行过程中)。

词法作用域中的变量,在编译过程中会产生一个确定的作用域,这个作用域即当前的执行上下文,在 ES5 后我们使用词法环境(Lexical Environment)替代作用域来描述该执行上下文。因此,词法环境可理解为我们常说的作用域,同样也指当前的执行上下文(注意,是当前的执行上下文)。

在 JavaScript 中,词法环境又分为词法环境(Lexical Environment)和变量环境(Variable Environment)两种,其中:

变量环境用来记录var/function等变量声明;

词法环境是用来记录let/const/class等变量声明。

也就是说,创建变量过程中会进行函数提升和变量提升,JavaScript 会通过词法环境来记录函数和变量声明。通过使用两个词法环境(而不是一个)分别记录不同的变量声明内容,JavaScript 实现了支持块级作用域的同时,不影响原有的变量声明和函数声明

这就是创建变量的过程,它属于执行上下文创建中的一环


建立作用域链

作用域就是词法环境,而词法环境由两个成员组成。

  • 环境记录(Environment Record):用于记录自身词法环境中的变量对象。

  • 外部词法环境引用(Outer Lexical Environment):记录外层词法环境的引用。

通过外部词法环境的引用,作用域可以层层拓展,建立起从里到外延伸的一条作用域链。当某个变量无法在自身词法环境记录中找到时,可以根据外部词法环境引用向外层进行寻找,直到最外层的词法环境中外部词法环境引用为null,这便是作用域链的变量查询。


确定 this 的指向

JavaScript 引擎如何执行 JavaScript 代码?_第1张图片

  • 在全局环境中,this指向全局对象(在浏览器中为window)
  • 在函数内部,this的值取决于函数被调用的方式
  • 函数作为对象的方法被调用,this指向调用这个方法的对象
  • 函数用作构造函数时(使用new关键字),它的this被绑定到正在构造的新对象
  • 在类的构造函数中,this是一个常规对象,类中所有非静态的方法都会被添加到this的原型中
  • 在箭头函数中,this指向它被创建时的环境
  • 使用apply、call、bind等方式调用:根据 API 不同,可切换函数执行的上下文环境,即this绑定的对象

三、执行阶段

编译阶段会进行变量对象(VO)的创建,该过程会进行函数声明和变量声明,这时候变量的值被初始化为 undefined。

在代码进入执行阶段之后,JavaScript 会对变量进行赋值,此时变量对象会转为活动对象(Active Object,简称 AO),转换后的活动对象才可被访问,这就是 VO -> AO 的过程。

举例:

function foo(a) {

  var b = 2;

  function c() {}

  var d = function() {};

}


foo(1);

在执行foo(1)时,首先进入定义期,此时:

  • 参数变量a的值为1
  • 变量bd初始化为undefined
  • 函数c创建函数并初始化
AO = {

  arguments: {

    0: 1,

    length: 1

  },

  a: 1,

  b: undefined,

  c: reference to function c(){},

  d: undefined

}

进入执行期之后,会执行赋值语句进行赋值,此时变量bd会被赋值为 2 和函数表达式:

AO = {

   arguments: {

    0: 1,

    length: 1

  },

  a: 1,

  b: 2,

  c: reference to function c(){},

  d: reference to FunctionExpression "d"

}

这就是 VO -> AO 过程。

  • 在定义期(编译阶段):该对象值仍为undefined,且处于不可访问的状态。
  • 进入执行期(执行阶段):VO 被激活,其中变量属性会进行赋值。

实际上在执行的时候,除了 VO 被激活,活动对象还会添加函数执行时传入的参数和arguments这个特殊对象,因此 AO 和 VO 的关系可以用以下关系来表达:

AO = VO + function parameters + arguments

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