V8是怎么执行JS代码的

Posted 2022-04-04 hfhan_872914334

1、V8的演进历史

2008年V8发布第一个版本，当时的V8架构比较激进，直接将js代码编译为机器码并执行，所以执行速度很快，但是只有Codegen一个编译器，所以对代码的优化很有限。

2010年V8发布了Crankshaft编译器，js代码会先被Full-Codegen编译器编译，如果后续改代码块会被多次执行，则会用Crankshaft编译器重新编译，生成更优化的代码，之后就使用优化后的代码来执行，进而提升性能。

Crankshaft编译器对代码的优化有限，所以2015年V8中加入了TurboFan编译器，此时V8依旧是直接将源码编译为机器码执行，这种架构存在一个核心问题，内存消耗特别大（通常一个几KB的文件，转换为机器码可能就是几十MB，这会小号巨大的内存空间）。

2016年V8加入了Ignition编译器，重新引入字节码，旨在减少内存使用。

2017年V8正式发布全新编译pipeline，它使用Ignition和TurboFan的组合来编译执行代码，从这(V8的5.9版本)开始，早期的Full-Codegen和Crankshaft编译器不再用来执行js，在最新的架构中，最核心的模块有三个：解析器(Parser)、解释器(Ignition)、优化编译器(TurboFan)。

当V8执行js源码时，首先，解析器会把源码解析为抽象语法树(Abstract Syntax Tree)，解释器再将AST翻译为字节码，一边解释一边执行，在此过程中，解释器会记录特定代码片段的运行次数，如果运行次数超过了某个阈值，该段代码就被标记为热代码(hot code)，并将运行信息反馈给优化编译器(TureboFan)，优化编译器根据反馈信息，优化并编译字节码，最终生成优化后的机器码，这样，当该段代码再次被执行时，解释器就直接使用优化后的机器码执行，不用再次解释，从而大大提高了代码运行效率，这种在运行时编译代码的技术叫即时编译(JIT)。

2、V8的解析器

将js源码解析为AST，此过程会经过词法分析、语法分析，通过预解析提高执行效率。

词法分析：将js源码解析为一个个最小单元的token。

在V8中，Scanner负责接收Unicode字符流，并将其解析为tokens提供给解析器使用。

**语法分析：**根据语法规则，将tokens组成一个具有前台层级的抽象语法树，在这个过程中，如果源码不符合语法规范，解析过程就会终止，并抛出语法错误。

对于一份js源码，如果所有源码都要经过解析才能执行，那必然会面临三个问题：1、一次性解析所有代码，代码执行时间变长，2、内存消耗增加，因为解析完的AST以及根据AST编译后的字节码都会存放在内存中，3、占用磁盘空间，编译后的代码会缓存在磁盘上。

因此，现在主流的浏览器都会进行延迟解析，在解析过程中，对于不是立即执行的函数，只进行预解析(Pre Parser)，只有当函数调用时才对函数进行全量解析。进行预解析时，只验证函数的语法是否有效，解析函数声明，确定函数作用域，不生成AST。实现预解析的就是Pre-Parser解析器。

3、V8的解释器

Js源码转换为CPU可识别的机器码，需要消耗巨大的内存，V8为了解决内存内存占用问题引入了字节码。字节码是对机器码的抽象，语法与汇编有些类似，可以把它看做一个一个的指令。

解析器Ignition根据AST生成字节码并执行。

这个过程中会收集反馈信息，交给TurboFan进行优化编译。TurboFan根据Ignition收集的反馈信息，将字节码编译为优化后的机器码，后续Ignition有优化后的机器码代替字节码执行。

4、V8的优化编译器

Ignition解释器在执行字节码时，依旧需要将字节码转换为机器码，因为CPU只能识别机器码，虽然多了一层字节码的转换，看起来效率低了，但是相比于机器码，基于字节码可以更方便的进行性能优化，其中最主要的优化就是使用TurboFan编译器编译热点代码。Ignitio解释器在解释执行的过程中，会标记重复执行的热点代码，这些被标记的代码，会被TurboFan编译器编译生成效率更高的机器码。

TurboFan在工作的时候主要用到了两个算法，一个内联，一个是逃逸分析。

内联就是对嵌套函数进行内联分析，如下图左侧代码，如果不经优化，直接编译该段代码，则会生成两个函数的机器码，但为了进一步提升性能，TurboFan就会对这两个函数进行内联，然后在编译，如下提中间代码，更进一步，由于函数内部变量的值都是确定的，所以函数还可以进一步优化，如下图右侧代码。最终生成的机器码相比优化前少了非常多，执行效率自然也就高了。通过内联，可以降低复杂度，消除冗余代码，合并常量，并且，内联技术通常也是逃逸分析的基础。


逃逸分析是分析对象的生命周期是否仅限于当前函数，如果对象是在函数内部定义的，且对象只作用于函数内部，比如对象没有被返回，也没有传递或者给其他函数调用，此时，这个对象会被认为是”未逃逸”的。在编译优化时，会使用标量替换掉未逃逸的对象，以减少对象定义，从而减少从内存中访问对象属性，提升了执行效率的同时，还减少了内存的使用。

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