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【浏览器原理-03】V8 工作原理

1、内存机制

1.1 语言类型

静态语言：使用前就需要确认变量数据类型 动态语言：运行过程中需要检查数据类型

弱类型：支持隐式类型替换 强类型：不支持隐式类型替换

Javascript是动态、弱类型语言

1.2 内存空间

JS执行过程中，主要有3种类型的内存空间

• 代码空间
• 栈空间（一般不大）
• 调用栈，存储执行上下文
• 原始类型数据
• 堆空间（很大）
• 引用类型

闭包的产生 JS引擎预扫描内部函数，判断为闭包后，在堆空间创建一个closure对象，用来保存外部变量，栈空间中保存着对闭包的引用

2、垃圾回收

垃圾回收分为手动回收和自动回收两种策略

对于JS，分别看栈和堆中的垃圾回收

• 栈：当一个函数执行结束之后，JavaScript 引擎会通过向下移动 ESP（记录当前执行状态的指针） 来销毁该函数保存在栈中的执行上下文

• 堆：主要通过副垃圾回收器（新生代）和主垃圾回收器（老生代），副垃圾回收器采用scavenge算法将区域分为对象区域和空闲区域，通过两个区域的反转让新生代区域无限使用下去。主垃圾回收器采用Mark-Sweep（Mark-Compact Incremental Marking解决不同场景下问题的算法改进）算法进行空间回收的。无论是主副垃圾回收器的策略都是标记-清除-整理三个大的步骤。另外还有新生代的晋升策略（两次未清除的），大对象直接分配在老生代。

3、编译器和解释器：V8是如何执行一段JavaScript代码的

前置概念和原理

• 编译器（Compiler）

• 解释器（Interpreter）

• 抽象语法树（AST）

• 字节码（Bytecode）

• 即时编译器（JIT）

• 编译型语言：程序执行之前，需要经过编译器的编译过程，并且编译之后会直接保留机器能读懂的二进制文件，这样每次运行程序时，都可以直接运行该二进制文件，而不需要再次重新编译了。比如 C/C++、GO 等都是编译型语言。

• 解释型语言：每次运行时都需要通过解释器对程序进行动态解释和执行。比如 Python、JavaScript 等都属于解释型语言

3、V8是如何执行一段JS代码的

• 生成抽象语法树(AST)和执行上下文
  • 分词（tokenize），词法分析
  • 解析（parse），语法分析
• 生成字节码
  • 字节码、机器码
• 执行代码

3.1 生成AST

分词（tokenize），词法分析：将一行行的源码拆解成一个个 token，即语法上不可能再分的、最小的单个字符或字符串

解析（parse），语法分析：将上一步生成的 token 数据，根据语法规则转为 AST

AST的应用非常广泛，比如Babel，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。比如Eslint也是利用了AST来检查JS语法

3.2 生成字节码

生成字节码：V8的解释器 Ignition会根据 AST 生成字节码，并解释执行字节码

其实一开始 V8 并没有字节码，而是直接将 AST 转换为机器码，由于执行机器码的效率是非常高效的，但机器码的问题在于占用内存比较大，V8团队就引入了字节码

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

3.3 执行代码

• 第一次碰到字节码，解释器Ignition会逐条解释执行
• 如果发现了热点代码（多次使用），交给编译器TurboFan 编译为机器码并保存下来，下次执行就会更加高效

字节码配合解释器和编译器的技术被称之为即时编译JIT，Java 和 Python 的虚拟机也都是基于这种技术实现的

V8执行越久，被编译成机器码的热点代码就越多，所以整体执行效率就越高 由于引入了字节码，有了弹性空间，也可以在内存和执行速度之间做调节了 相比之前的V8，将JS代码全部编译成字节码，这种模式就没有协商的空间了

4、JS性能

其实上面的策略，V8已经做得很牛逼了，对于开发者来说，基本不太需要关注底层的实现，而是将更多的精力花在单次脚本执行时间和网络下载资源上