QuickJS 引擎一年见闻录
编者按：本文转载自知乎专栏《前端随想录》，快来一起学习吧！
时间过得真快，转眼间 QuickJS 引擎已经发布一年了。一年来，围绕着它都发生了些什么呢？这篇文章会以一名普通社区用户的视角，聊些值得一提的见闻。内容主要包括这些：
特性更新简介
社区生态与应用案例
若干常见问题
对比总结
注意下面主要只是个人的评述，而我的水平显然是远不配和 Fabrice 相提并论的。大家如果有兴趣和时间，还是推荐直接啃第一手资料噢。
特性更新简介
自 2019 年 7 月以来，QuickJS 共发布了 14 个版本，基本以月为单位不定期地更新。除了修复邮件列表上反馈的 bug 之外，引擎也在细水长流地加入新功能，并不是个「出道即巅峰」的纯炫技作品。当然，Fabrice 这种世外高人也不是凡人随便使唤得动的，这个项目也有些「改善性需求」尚未落地，会在后面提及。
QuickJS 在引擎特性上的更新，主要可以分为下面这些部分：
新语言特性支持
配套运行时的新 API
新 C 语言 API
首先，QuickJS 相当注重对 ECMAScript 新老特性的支持，其规范支持度和兼容性，可能比很多人想象中都要高。目前它的主页介绍已经默默从「支持 ES2019」变成了「支持 ES2020」，一年来主要支持了下面这些 Stage 3 以上的新语言特性：
空值合并运算符（nullish coalescing operator）。
可选链操作符（optional chaining）。
备受争议的 class private field。
Promise 的 allSettled 与 any 方法，以及相应的 AggregateError。
Object.fromEntries
String.prototype.replaceAll 和 String.prototype.matchAll
import.meta
目前，QuickJS 的 Test262 整体用例通过率高达 96%，它在 Language Syntax 和 Standard Built-in Objects 两项里都排名第一，对历史遗留问题 Annex B 部分的支持度也高得令人发指，就标准支持度而言已经超过了 SpiderMonkey 和 JavaScriptCore，和 V8 不分上下：
除此之外，最能体现 QuickJS 特色的，还是它目前独家支持的两项 Stage 1 语言特性，一个是十进制浮点数运算的 proposal-decimal，另一个是 proposal-operator-overloading。鉴于这两项提案不少同学可能还没有听说过，这里简单介绍一下它们。
首先是 QuickJS 在 2020 年第一个版本里支持的 Decimal 提案。它想解决的是很多 JS 新手都会困惑的这个经典浮点数问题：
0.1 + 0.2 === 0.3 // false
这显然是浮点数舍入误差导致的。为此，提案支持无舍入误差的十进制浮点数运算，并且能自定义取整方式。这对应于新的 0.1m 形式字面量（类似 BigInt 的 10n），为此也引入了新的基础类型：
let x = 0.1m
x + 0.2m === 0.3m // true
typeof x // "bigdecimal"
这个特性是通过 Fabrice 以前的作品 libbf 浮点库实现的，它可以支持任意精度的浮点运算。同样在 2020 年 1 月的更新里，他在 QuickJS 主页放出了一段 JS，能把圆周率计算到小数点后 10 亿位。Decimal 提案在介绍部分引用了 Fabrice 的这段代码，怀疑 TC39 里有多少人看得懂它：
/* compute PI with a precision of 'prec' digits */
function calc_pi(prec) {
const CHUD_A = 13591409m;
const CHUD_B = 545140134m;
const CHUD_C = 640320m;
const CHUD_C3 = 10939058860032000m; /* C^3/24 */
const CHUD_DIGITS_PER_TERM = 14.18164746272548; /* log10(C/12)*3 */
/* return [P, Q, G] */
function chud_bs(a, b, need_G) {
var c, P, Q, G, P1, Q1, G1, P2, Q2, G2, b1;
if (a == (b - 1n)) {
b1 = BigDecimal(b);
G = (2m * b1 - 1m) * (6m * b1 - 1m) * (6m * b1 - 5m);
P = G * (CHUD_B * b1 + CHUD_A);
if (b & 1n)
P = -P;
G = G;
Q = b1 * b1 * b1 * CHUD_C3;
} else {
c = (a + b) >> 1n;
[P1, Q1, G1] = chud_bs(a, c, true);
[P2, Q2, G2] = chud_bs(c, b, need_G);
P = P1 * Q2 + P2 * G1;
Q = Q1 * Q2;
if (need_G)
G = G1 * G2;
else
G = 0m;
}
return [P, Q, G];
}
var n, P, Q, G;
/* number of serie terms */
n = BigInt(Math.ceil(prec / CHUD_DIGITS_PER_TERM)) + 10n;
[P, Q, G] = chud_bs(0n, n, false);
Q = BigDecimal.div(Q, (P + Q * CHUD_A),
{ roundingMode: "half-even",
maximumSignificantDigits: prec });
G = (CHUD_C / 12m) * BigDecimal.sqrt(CHUD_C,
{ roundingMode: "half-even",
maximumSignificantDigits: prec });
return Q * G;
}
与此相关的引擎特性还有一个自定义的 "use math" 指令。启用后，字面量 1.0 的类型会变成 "bigfloat"（二进制表示的任意长浮点数）。目前这部分特性还是 opt-in 的，可以通过 qjs --bignum 开启。
而 QuickJS 对 BigDecimal 的实现，也与另一个运算符重载提案有着千丝万缕的联系。需要做向量和矩阵运算的同学，应该都知道运算符重载对这类代码可读性的影响。比如在 TensorFlow.js 里的这种代码：
function predict(x) {
// y = a * x ^ 3 + b * x ^ 2 + c * x + d
return tf.tidy(() => {
return a.mul(x.pow(tf.scalar(3, 'int32')))
.add(b.mul(x.square()))
.add(c.mul(x))
.add(d);
});
}
就可以写成这样：
function predict(x) {
with operators from tf.equation;
// y = a * x ^ 3 + b * x ^ 2 + c * x + d
return tf.tidy(() => {
return a * x ** tf.scalar(3, 'int32')
+ b * x.square()
+ c * x
+ d;
});
}
QuickJS 已经支持了这项 Stage 1 提案，中途还帮助修复了提案伪代码算法中的 bug。在引擎源码里用作演示而配套的 qjscalc 计算器中，就重度应用了运算符重载，这样由嵌套数组构成的矩阵可以直接加减乘除：
// 3x3 矩阵
const a = [[1, 0, 0], [0, 1, 0], [0, 0, 1]]
const b = [[1, 0, 0], [0, 1, 0], [0, 0, 1]]
a + b // [[2, 0, 0], [0, 2, 0], [0, 0, 2]]
目前 QuickJS 也应该是仅有的支持这一能力的 JS 引擎。
上面这些是 QuickJS 支持的新语言特性。接下来聊聊它在运行时部分的更新。
我们知道，纯粹按规范实现的 JS 引擎是不管「副作用」的，甚至连设置定时器和打 log 都不支持。作为工程项目，引擎至少需要配套某种运行时来处理 IO（比如输出跑 Test262 的结果）。在 QuickJS 里这一点实现得很清晰，直接体现在了代码文件层面：
quickjs.c对应整个引擎。quickjs-libc.c对应运行时标准库，依赖引擎。qjs.c对应可执行文件入口，依赖运行时。
所以这里讲的就是 quickjs-libc.c 文件里的更新了。它主要提供了 os 和 std 两个开箱即用的模块，一年来新特性包括这些：
os 模块
os.Workeros.execos.chdiros.realpathos.getcwdos.mkdiros.statos.lstatos.readlinkos.readdiros.utimes
std 模块
std.parseExtJSONstd.loadFilestd.strerrorstd.FILE.prototype.tellostd.popenstd.urlGet
其中，最近版本里加入的 os.Worker 除了支持 message 通信外，还支持 SharedArrayBuffer 能力。社区原有的第三方运行时里，还没有提供这种支持。
另外从今年 4 月起，QuickJS 里的 JS 对象已经支持跨 Realm 了。这意味着和 iframe 类似地，同一份脚本里的变量可以存在于不同的 JSContext 中。
最后，在引擎的 C API 方面，则有这些新增：
JS_GetRuntimeOpaqueJS_SetRuntimeOpaqueJS_NewUint32JS_SetHostPromiseRejectionTrackerJS_GetTypedArrayBufferJS_ValueToAtomJS_GetOwnPropertyNamesJS_GetOwnPropertyJS_NewPromiseCapability
现在我们可以用 C API 来新建 Promise，也可以操作 TypedArray 了。另外像 JS_NewRuntime 和 JS_Eval 这类核心 API，一年来并没有出现 breaking change。在 API 稳定性上，它并不像很多前端项目那样「拥抱变化」，这方面还是挺令人放心的。
社区生态与应用案例
上面这些内容，大家只要看看 Changelog 其实都很容易查到。但就算是这个信息，应该也是这个月才添加到了项目主页上。之前如果没有实际下载源码，官网上甚至都看不到具体的更新细节。这侧面体现出了 QuickJS 项目的另一个鲜明特点：在运营上非常「老派」。
QuickJS 的「社区」比起和广大前端开发者熟悉的「社区」，至少有这些不同：
坚持用邮件列表，没有 issue 和 bug tracker。
从来只发布 tar 打包后的纯文本源码。
没有官方 Git 仓库，即便有了也不接受 PR。
非常明显地，目前整个项目还是完全由 Fabrice 控制的。另一位合作者 Charlie Gordon（这名字是《献给阿尔吉侬的花束》的主角，可能是个假名）除了引擎刚发布时活跃过一个月，已经消失很久了。如果你反馈了一个冷门 bug，Fabrice 可能（迅速或隔好几天）回复你一句「it will be fixed in next release」。那么恭喜你，下个版本里这个 bug 一定会修掉。但具体什么时候有新版本，目测也没有人知道。另外对一些小白问题，Fabrice 也可能翻牌子秒回（我就遇到过）。
另一件可以肯定的事是，QuickJS 其实还没有「真正」开源，目前主页上只有一个非官方 GitHub 镜像。Fabrice 近期表示他自己的仓库使用 Subversion 维护，这个仓库还不打算公开。这既可以解释为什么现在 quickjs.c 里能把 5 万多行引擎代码写在同一个文件里，也可以解释为什么它不接受 PR，因为我们拿到的「源码」可能已经是通过工具生成的了。
但这些都挡不住社区的兴趣，因为目前 QuickJS 所发布的代码，实际上是相当易用且清晰可读的。只要看过源码就能发现，在不玩拉马努金式的黑魔法时，Fabrice 写的工程代码就像高中课后习题答案一样简单直接，丝毫不拖泥带水。下面列举一些有趣的社区周边项目：
txiki.js 运行时基于 libuv 提供了类似 Node.js 的能力，作者是 libuv 的核心开发者。
vscode-quickjs-debug 提供了非官方的 VSCode 调试器支持，需要与作者 fork 出的定制版 QuickJS 配合使用。Fabrice 曾经对此表示会考虑加入调试器协议，可惜现在还没有进一步进展。
quickjs-emscripten 可以在浏览器里基于编译到 WASM 的 QuickJS 建立 VM 沙盒，执行不可控的外部 JS 代码。
unity-jsb 支持在 Unity 游戏引擎里使用 JS，这时运算符重载特性相当重要。
GodotExplorer/ECMAScript 支持在 Godot 游戏引擎里使用 JS。顺带一提，它是由知乎用户 @Geequlim开发的。
flutter_js 支持在 Flutter 环境里执行 JS，它在安卓上会使用 QuickJS。不过注意这时实际的开发语言还是 Dart。
qjs-wasi 支持基于新的 WASI 标准，把
qjs可执行文件直接编译到浏览器里执行。fast-vue-ssr 刚刚推出，配合 Rust 上的高性能 Warp HTTP 框架来做 Vue 的 SSR。作者认为这种手法在多线程使用时，能兼备低资源消耗与高吞吐量。
quickjs-zh 提供了 QuickJS 文档的中文翻译。
目前社区也已经实现引擎到各大主流语言的 binding 了：
Java
C++
C#
Rust
Go
Pascal
Python
而对于移动端开发者，也有将引擎移植到 iOS 和 Android 平台的示例项目供参考。另外引擎也可以通过 Chrome Labs 搞的 jsvu 这个 nvm 式的 version updater 来升级。
既然都贴了这么多链接，就顺便再列一些我之前写的相关文章吧。对我自己来说，很多计算机知识是在拿 QuickJS 尝试实现 idea 的路上才搞清楚的，因此也特别感谢这个项目。这里再分享一下：
从 JS 引擎到 JS 运行时（上）
从 JS 引擎到 JS 运行时（下）
将前端技术栈移植到掌上游戏机
将 React 渲染到嵌入式液晶屏
上面列的这些都是纯技术项目，有没有一些面向最终用户的产品呢？目前已知的案例还比较少，但都不是「为了用而用」，可以说是找到了 QuickJS 与具体使用场景的契合性的。
首先，著名的 Web 设计工具 Figma 在邮件列表讨论（这里）中，表示他们已经将 QuickJS 编译到了 WASM，作为其 Web 编辑器的 JS 插件运行时了。这封邮件中反馈的 bug 与当时 QuickJS 的 eval 行为无法被 shadow 掉有关，对于沙盒来说这显然属于需要屏蔽的能力。
然后，Fabrice 自己其实默默地基于 QuickJS 做了个很不错的产品，也就是在线科学计算器 numcalc.com，支持任意精度的复数、超越函数、泰勒级数和矩阵运算等能力，相当强大。这个项目的原理，其实就是把修改后的 qjs 命令行 REPL 环境完全搬到了浏览器里，有些更像是在展示极致的个人技术力：
展示 libbf 支持任意精度的浮点数运算。
展示 QuickJS 独家支持运算符重载提案。
展示 QuickJS 可以编译到 WASM。
说来也巧，这和
@立党 最近在知乎上炒得很热的 Hedgedog Lab 有些异曲同工。不过其中一个是（自己徒手写出 JS 引擎、浮点运算库和 REPL 终端）把圆周率算到 10 亿位，另一个则是（基于社区的 transpiler、gpu.js 和 monaco 编辑器）把矩阵运算移到 GPU 做加速，可以（强行）说各有所长吧。论技术力对比的话 Fabrice 之高山仰止自不必多言，但这件事本身倒是很有趣，适合编个震惊体新闻：
《震惊！天津相声演员与编程奇才争相开发在线 JS 计算器，最大输家竟是 Matlab！》
补充一下，我司（厦门稿定科技）内部搭建的移动端 Hybrid 框架里也用到了 QuickJS，用于渲染富 Canvas 式的应用。相应项目目前还处于开发阶段，等后面实际落地后，应该会有更多进一步的分享。我们团队也有 HC 开放，欢迎感兴趣的小伙伴投递噢。
常见问题
这里整理了一些现在使用 QuickJS 时，可能比较容易遇到的问题：
目前引擎缺少官方支持的调试器，断点调试还是个问题（
debugger语句会被忽略）。社区版本里虽然支持了调试器，但只有试验性实现，无法保证稳定性。QuickJS 虽然支持在不同线程依次操作 JSRuntime（注意不是并行 eval），但这种操作会导致一个 stack overflow 报错，具体绕过方法在邮件列表里有详细介绍。
原生模块名要以
.so结尾，否则 JS 代码虽然也可以正常完成模块解析并运行，但编译成字节码时会报错。ESM 目前支持的都是相对路径，且模块名要显式以
.js结尾。移动端字节码要在 PC 端以相同版本的 QuickJS 编译，否则会出问题。
鉴于引擎基于引用计数做 GC，因此在用 C API 操作 JS 对象时，要手动以
JS_DupValue和JS_FreeValue平衡引用计数，否则是无法通过退出 JSRuntime 时的 asset 检查的。一些特殊语法的性能可能有问题。例如如果把 for 循环里的
100000换成10e6，会慢 20 倍以上。在这方面，源码目录里的 TODO 文件列出了很多还没做的优化，可供参考。为引擎开发原生 API 时，需要手动检测并抛出
JS_EXCEPTION异常，否则调试时可能完全没有 JS 的错误堆栈信息，会很懵逼。目前引擎也还缺少 Profiler 工具，不过源码中有一些 micro benchmark 用例。其中可以用内置 API 拿到纳秒精度的时间，测试结果较为稳定。
对比总结
评价 QuickJS 时一定要牢记一点，那就是这毕竟是个没有 JIT 的引擎，虽然比其他嵌入式 JS 引擎快很多，但性能仍然远不能和 V8 这种复杂得多的引擎相提并论。有了 JIT 后，理想条件下能实现 20 倍以上的性能提升（Google 的钱可没白烧啊）。作为解释器，QuickJS 的性能和 CPython 或无 JIT 的 Lua 在同一级。基于它解释执行的 JS 代码，在移动端比起等价的 C++ 慢个上百倍都是完全有可能的。虽然对于 IO 密集的普通应用来说这也不是不能接受，但这方面我们也踩到过一些坑，有机会再单独写文章讨论。
相比 V8，更适合与 QuickJS 对比的 JS 引擎应该是 Hermes。这时不难发现 QuickJS 在同等性能下，实现了更高的规范支持度和更轻的量级（经过 @黄玄补充，Hermes 的体积没有 QuickJS 主页 benchmark 里写的 27M 那么夸张，应该在 1M 左右。但相比之下 QuickJS 只有 210KB），也同样支持编译到内部字节码格式来优化加载速度与代码体积。对于 Hermes 所适用的 Hybrid 应用场景，它应该也是个有力的候选项。
某种程度上说，带和不带 JIT 的 JS 引擎，区别就像手枪和重机枪一样大。这方面基于 Web 技术栈开发超轻量 GUI 应用的框架 Sciter 很有发言权。它的作者在 HN 上讨论 QuickJS 时，表示过在这种场景下有两条路：
依赖 JIT 黑魔法实现高性能。
自己将性能敏感部分用原生语言实现，保持 JS 的「胶水」特色。
Sciter 就选择了后面这条，从而在体积和可嵌入性上做到了远超 Electron 的表现。这方面的专家是
@龙泉寺扫地僧，这里就不班门弄斧了。
在个人理解里，目前的 QuickJS 在如下场景里都很有潜力：
支撑移动端的 Hybrid UI，如 Hermes 之于 React Native。
嵌入式硬件的上层应用开发，类似 Static TypeScript。
Web 低代码平台的沙箱，如 Figma 的插件系统。
游戏引擎内的脚本子系统。
计算机基础知识的学习。
闲着无聊想折腾（划掉）。
总之，一年来的 QuickJS 保持着进步，默默地在 small but complete 的方向上几乎做到了极致。它仍然具有鲜明的个人特色，毕竟寻常的项目不配出现在 Fabrice 的主页上。这位编程界超级英雄的风采，我们还能欣赏多久呢？应该把这个引擎当作一件玩具，还是一件武器呢？
这都不好说，不过现在尝鲜显然还不算太迟。
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