摘要：類將源代碼解釋并構(gòu)建成抽象語法樹，使用類來創(chuàng)建它們，并使用類來分配內(nèi)存。類抽象語法樹的訪問者類，主要用來遍歷抽象語法樹。在該函數(shù)中，先使用類來生成抽象語法樹再使用類來生成本地代碼。

通過上一篇文章，我們知道了JavaScript引擎是執(zhí)行JavaScript代碼的程序或解釋器，了解了JavaScript引擎的基本工作原理。我們經(jīng)常聽說的JavaScript引擎就是V8引擎，這篇文章我們就來認(rèn)識一下V8引擎，我們先來看一下除了V8引擎，還有哪些JS引擎：

V8 開源
由Google開發(fā)，用C++編寫。V8 最早被開發(fā)用以嵌入到 Google 的開源瀏覽器 Chrome 中，但是 V8 是一個可以獨立的模塊，完全可以嵌入您自己的應(yīng)用，著名的 Node.js( 一個異步的服務(wù)器框架，可以在服務(wù)端使用 JavaScript 寫出高效的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器 ) 就是基于 V8 引擎的。

Rhino開源
?由Mozilla基金所管理，完全用Java開發(fā)

JavaScriptCore 開源
由蘋果公司為Safari開發(fā)

SpiderMonkey
第一個JavaScript引擎，最早用在Netscape Navigator上，現(xiàn)在用在Firefox上

KJS
KDE的引擎，最初由Harri Porten為KDE項目的Konqueror網(wǎng)頁瀏覽器所開發(fā)

Chakra(JScript9)
?Internet Explorer 瀏覽器

Chakra(JavaScript)

Microsoft Edge

Nashorn
OpenJDK開源項目的一部分，用的是Oracle Java語言和工具組

JerryScript
用于物聯(lián)網(wǎng)的輕量級引擎

在這些項目中，V8引擎因其在性能上的突出表現(xiàn)，倍受大家的關(guān)注，所以我們也以介紹V8引擎為主。V8是Google開源的高性能JavaScript引擎，用C++編寫。它用于谷歌瀏覽器，谷歌的開源瀏覽器，以及Node.js等等。

速度是V8追求的主要設(shè)計目標(biāo)之一，在一些性能測試中，V8比IE的JScript，F(xiàn)irefox中的SpiderMonkey以及Safari中的JavaScriptCore要快上數(shù)倍。相比其他的JavaScript引擎轉(zhuǎn)化成字節(jié)碼或解釋執(zhí)行，V8將其編譯成本地代碼，并且使用了如隱類型，內(nèi)聯(lián)緩存等方法來提高性能。

http://kourge.net/node/122

V8按照ECMA-262第5版中的規(guī)定實施ECMAScript，支持眾多操作系統(tǒng)，如windows、linux、android等，也支持其他硬件架構(gòu)，如IA32,X64,ARM等，具有很好的可移植和跨平臺特性。

V8工作的整個過程與Java有些類似，大致分成兩個階段：第一是編譯，第二是運行。與C++直接編譯成本地代碼不同的是，V8只有在函數(shù)調(diào)用時才會編譯成本地代碼，這樣就提高了響應(yīng)時間減少了時間開銷。

圖片來源《WebKit技術(shù)內(nèi)幕》

在V8引擎中，源代碼先通過解析器轉(zhuǎn)變成抽象語法樹，這點同JavaScriptCore引擎一樣，不同于JavaScriptCore引擎，V8引擎中并不將抽象語法樹轉(zhuǎn)變成字節(jié)碼或者其他中間表示，而是通過JIT全代碼生成器（full code generator）從抽象語法樹直接生成本地代碼，這樣做可以減少抽象語法樹到字節(jié)碼的轉(zhuǎn)換時間，提高代碼的執(zhí)行速度，但也是因為缺少了轉(zhuǎn)換為字節(jié)碼這一中間過程，也就減少了優(yōu)化中間代碼的機會。

下面來看一下V8引擎編譯JavaScript生成本地代碼使用了哪些主要類：

Script類：表示是JavaScript代碼，既包含源代碼，又包含編譯之后生成的本地代碼，所以它既是編譯入口，又是運行入口

Compiler類：編譯器類，輔助Script類來編譯生成代碼，它主要起一個協(xié)調(diào)者的作用，會調(diào)用解釋器（Parser）來生成抽象語法樹和全代碼生成器，來為抽象 語法樹生成本地代碼。

Parser類：將源代碼解釋并構(gòu)建成抽象語法樹，使用AstNode類來創(chuàng)建它們，并使用Zone類來分配內(nèi)存。

AstNode類：抽象語法樹節(jié)點類，是其他所有節(jié)點的基類，它包含非常多的子類，后面會針對不同的子類生成不同的本地代碼。

AstVisitor類：抽象語法樹的訪問者類，主要用來遍歷抽象語法樹。

FullCodeGenerator：AstVisitor類的子類，通過遍歷抽象語法樹來為JavaScrit生成本地代碼。

圖片來源《WebKit技術(shù)內(nèi)幕》

JavaScript代碼編譯的過程大致為：Script類調(diào)用Compiler類的Compile函數(shù)生成本地代碼。在該函數(shù)中，先使用Parser類來生成抽象語法樹；再使用FullCodeGenerator類來生成本地代碼。

圖片來源《WebKit技術(shù)內(nèi)幕》

本地代碼與具體的硬件平臺密切相關(guān)，F(xiàn)ullCodeGenerator使用多個后端來生成與平臺相匹配的本地匯編代碼。由于FullCodeGenerator通過遍歷AST來為每個節(jié)點生成相應(yīng)的匯編代碼，缺失了全局視圖，節(jié)點之間的優(yōu)化也就無從談起。

JavaScript代碼編譯之前需要構(gòu)建一個運行環(huán)境，所以JavaScript代碼編譯之前，V8引擎會構(gòu)建眾多對象并加載一些內(nèi)置的庫（如Math庫）。再次強調(diào)一下，在JavaScript源碼中，并非所有的函數(shù)都被編譯生成本地代碼，而是延時編譯，在調(diào)用時才會編譯。

由于V8缺少生成字節(jié)碼（中間表示）這一環(huán)節(jié)，缺少必要的優(yōu)化，為了性能上的考慮，V8會在生成本地代碼后，使用數(shù)據(jù)分析器（Profiler）采集一些信息，然后根據(jù)這些信息對本地代碼進行優(yōu)化，生成更高效率的本地代碼，這是一個逐步改進的過程。同時，當(dāng)發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的代碼性能并沒有提高甚至還有所降低時，V8將退回到原來的代碼。這些都是在運行階段用涉及到的技術(shù)。

現(xiàn)在我們來看一下運行階段使用到的類：

Script: 表示是JavaScript代碼，既包含源代碼，又包含編譯之后生成的本地代碼，所以它既是編譯入口，又是運行入口

Execution: 運行代碼的輔助類，包含一些重要的函數(shù)，例如call，它輔助進入和執(zhí)行Script中的本地代碼

JSFunction: 需要執(zhí)行的JavaScript函數(shù)表示類

Runtime：運行這些本地代碼的輔助類，它的功能主要是提供運行時各種各樣的輔助函數(shù)，包括但是不限于屬性訪問、類型轉(zhuǎn)換、編譯、算數(shù)、位操作、比較、正則表達(dá)式等

Heap：運行本地代碼需要使用內(nèi)存堆

MarkCompactCollector：垃圾回收機制的主要實現(xiàn)類，用來標(biāo)記（Mark）、清除（Sweep）和整理（Compact）等基本的垃圾回收過程

SweeperThread：負(fù)責(zé)垃圾回收的線程

圖片來源《WebKit技術(shù)內(nèi)幕》

首先，當(dāng)某個JavaScript函數(shù)被調(diào)用時，使用編譯階段的類和操作編譯生成本地代碼。具體的工作方式是V8查找函數(shù)是否已經(jīng)生成本地代碼，如果已經(jīng)生成，那么直接使用這個函數(shù)。否則，V8引擎會觸發(fā)生成本地代碼，這樣的工作方式可以節(jié)約時間，減少去處理那些使用不到的代碼的時間。其次，執(zhí)行編譯后的代碼為JavaScript構(gòu)建JS對象，這需要Runtime類來輔助創(chuàng)建對象，并需要從Heap類分配內(nèi)容。再次，借助Runtime類中的輔助函數(shù)來完成一些功能，如屬性訪問，類型轉(zhuǎn)換等。最后，將不用的空間進行標(biāo)記清除和垃圾回收。

圖片來源《WebKit技術(shù)內(nèi)幕》

FullCodeGenerator編譯器基于抽象語法樹直接生成本地代碼，沒有中間表示層，所以很多時候沒有經(jīng)過很好的優(yōu)化。JavaScript引擎性能之爭非常激烈，沒有經(jīng)過優(yōu)化的代碼導(dǎo)致該引擎在性能上同有特別大的突破，而其他引擎都在進度，有鑒于此，在2010年，V8引入了新的編譯器，這就是Crankshaft編譯器，它主要針對那些熱點函數(shù)進行優(yōu)化。該編譯器基于JavaScript源代碼開始分析，而不是本地代碼，同時構(gòu)建Hydtogen圖并基于此來進行優(yōu)化分析。

FullCodeGenerator是一個簡單且快的編譯器，生成未優(yōu)化的本地代碼，運行起來很慢；Crankshaft是一個相對慢的編譯器，生成高度優(yōu)化的代碼。由FullCodeGenerator生成的未優(yōu)化代碼Crankshaft優(yōu)化代碼替換，傳送門。

Crankshaft編譯器為了性能考慮，通常會做出比較樂觀和大膽的預(yù)測，那就是編譯器認(rèn)為這些代碼比較穩(wěn)定，變量類型不會發(fā)生改變，所以能夠生成高效的本地代碼。但是在實際執(zhí)行過程中，因為JavaScript弱類型語言的特性，變量類型有可能會改變，在這種情況下，V8會將該編譯器做的錯誤優(yōu)化回滾到之前的一般情況，這個過程稱為優(yōu)化回滾。

V8并不只是第一次執(zhí)行一個JavaScript函數(shù)時才編譯它；同一個JavaScript函數(shù)可以被這些JIT編譯器多次編譯。

基本流程是：

    [JavaScript函數(shù)] ->
        第一次被調(diào)用 -> Full Code -> [初級編譯后的代碼]
         足夠熱之后 -> Crankshaft(Optimizing Compiler) -> [優(yōu)化編譯后的代碼]
如果優(yōu)化的代碼需要去優(yōu)化(優(yōu)化回滾) -> deoptimize -> 回到[初級編譯后的代碼]
    ... 周而復(fù)始 ...

示例如下：

var counter = 0;
function test(x,y){
    counter ++；
    if(counter < 10000000){
        // do something
        return 123;
    }
    var unknown = new Date();
    console.log(unknown);
}

函數(shù)test被調(diào)用多次后，V8引擎可能會觸發(fā)Crankshaft編譯器來生成優(yōu)化的代碼，優(yōu)化的代碼認(rèn)為示例代碼的類型等信息都已經(jīng)被獲知，但事實上還未真正執(zhí)行到new Date()這個地方，并未獲取unknown這個變量的類型，V8只得將該部分的代碼進行回滾。優(yōu)化回滾是一個很費時的操作，所以在寫代碼的過程中，盡量不要觸發(fā)這個過程。

我們都知道JavaScript屬于動態(tài)類型語言，只有在運行時才能確定變量的類型，在運行時計算和決定類型，會帶來嚴(yán)重的性能損失，這也就導(dǎo)致了JavaScript語言的運行效率比C++或Java都要低很多。

主要體現(xiàn)在以下幾個部分：

編譯確定位置：
C++在編譯階段對象的屬性和偏移信息都計算完成；而這些信息JavaScript只有在執(zhí)行階段才可以確定

偏移信息共享：
C++屬于靜態(tài)類型語言，不能在執(zhí)行時動態(tài)改變類型，這些對象都是共享偏移信息的。訪問對象時就按編譯時的偏移量即可；JavaScript每個對象都是自描述，屬性和位置偏移信息都包含在自身的結(jié)構(gòu)中。

一個簡單的C++函數(shù):

 class Class1 {
     int x;
     int y;
 }
 int add(Class1 a, Class1 b){
     return a.x*a.y + b.x*b.y;
 }

示例代碼中的類型和對象的結(jié)構(gòu)表示,如下圖：

圖片來源《WebKit技術(shù)內(nèi)幕》

一個簡單的JavaScript函數(shù)：

function add(a,b){
    return a.x*a.y + b.x*b.y; // 這里對象a和b的類型未知
}
var a = {x:3.3,y:5.5};
var b = {x:4.4,y:6.6};

示例代碼中對象a和b的結(jié)構(gòu)表示，如下圖：

圖片來源《WebKit技術(shù)內(nèi)幕》

偏移信息查找：
C++中查找偏移地址很簡單，都是在編譯代碼時，對使用到某類型的成員變量直接設(shè)置偏移量。而對于JavaScript，使用到一個對象則需要通過屬性名匹配才能查找到對應(yīng)的值。

因為對象屬性的訪問非常普遍而且次數(shù)非常頻繁，像C++這種通過偏移量來訪問值使用少數(shù)兩個匯編指定就能完成，但是Javascript這種通過屬性名來匹配對于性能造成的影響可能會多很多倍，因為屬性名匹配需要特別長的時間，而且額外浪費很多內(nèi)存空間。

有方法解決這一問題么？答案是肯定的。下面我們就來看一下V8引擎是如何解決這一問題的。雖然JavaScript語言沒有類型的定義，但是V8使用類和偏移位置思想，將本來需要通過字符串匹配來查找屬性值的算法改進為使用類似C++編譯器的偏移位置的機制來實現(xiàn)。這就是隱藏類（Hidden Class）。

JavaScript對象的實現(xiàn)在V8中包含3個成員，第一個是隱藏類的指針，這是V8為JavaScript對象創(chuàng)建的隱藏類。第二個指向這個對象包含的屬性值。第三個指向這個對象包含的元素。

圖片來源《WebKit技術(shù)內(nèi)幕》

隱藏類將對象劃分成不同的組，對于相同的組，也就是該組內(nèi)的對象擁有相同的屬性名和屬性值的情況，將這些屬性名和對應(yīng)的偏移位置保存在一個隱藏類中，組內(nèi)的所有對象共享該信息。同時，也可以識別屬性不同的對象。

2008年9月，V8的第一個版本隨著Chrome的第一版發(fā)布。

2010年12月，官方公布V8的名為Crankshaft的優(yōu)化編譯器，與原來的Full Compiler一起工作，聲稱較2008年版本提高50%性能。

2015年7月7日，官方公布又一個新的中為TurBoFan的優(yōu)化編譯器，主要提供ES6的新語法，以及提高性能。并表明該編譯器最終目標(biāo)是全部替代Crankshaft編譯器。

2015年7月17日，官方公布集成了TurboFan的V8版本（v4.5)

2015年8月28日，V8發(fā)布v4.6版本

2016年3月15日，V8發(fā)布v5.0版本

2016年7月18日，V8發(fā)布v5.3版本，新增名為Ignition的解析器(Interpreter)，跟原有的優(yōu)化編譯器(Crankshaft and TurboFan)進行串聯(lián)工作，提供了更加優(yōu)化的內(nèi)存使用方案，主要針對于低內(nèi)存的Android設(shè)備，并稱在未來會普及到全平臺。

2016年9月9日，V8發(fā)布v5.4版本

2016年10月24日，V8發(fā)布v5.5版本，在5.5版本中開始支持ES7異步函數(shù)，這使得編寫使用和創(chuàng)建Promise的代碼變得更加容易。

2016年12月2日，V8發(fā)布v5.6版本，從5.6版本開始，V8可以優(yōu)化整個JavaScript語言。而且，許多語言功能都是通過V8中的新優(yōu)化管道發(fā)送的。該管道使用V8的Ignition解釋器作為基準(zhǔn)，并使用V8更強大的TurboFan優(yōu)化編譯器優(yōu)化經(jīng)常執(zhí)行的方法。新的流水線激活了新的語言功能（例如ES2015和ES2016規(guī)范中的許多新功能）或Crankshaft（V8的“經(jīng)典”優(yōu)化編譯器）無法優(yōu)化某種方法（例如try-catch，with）的情況。

2017年2月6日，V8發(fā)布v5.7版本

2017年3月20日，V8發(fā)布v5.8版本

2017年4月27日，V8發(fā)布v5.9版本，V8 5.9將成為默認(rèn)啟用Ignition + Turbofan的第一個版本。一般來說，這種交換機應(yīng)該可以降低內(nèi)存消耗，并且可以更快地啟動Web應(yīng)用程序。

2017年6月9日，V8發(fā)布v6.0版本，V8 6.0引入了對SharedArrayBuffer的支持，SharedArrayBuffer是一種在JavaScript工作人員之間共享內(nèi)存并在工作人員之間同步控制流的低級機制。 SharedArrayBuffers為JavaScript提供了對共享內(nèi)存，原子和futex的訪問。 SharedArrayBuffers還解鎖了通過asm.js或WebAssembly將線程化應(yīng)用程序移植到Web的功能。

2017年8月3日，V8發(fā)布v6.1版本

2017年9月11日，V8發(fā)布v6.2版本

2017年10月25日，V8發(fā)布v6.3版本，改進了速度和內(nèi)存消耗，詳細(xì)

2017年12月19日，V8發(fā)布v6.4版本，提升了速度和優(yōu)化內(nèi)存消耗，詳細(xì)

2018年2月1日，V8發(fā)布v6.5版本，編譯速度顯著提升，詳細(xì)

2018年3月27日，V8發(fā)布v6.6版本，異步性能大幅提升，詳細(xì)