V8引擎对JS带来的优化

Posted 2020-11-27 不作声

两类型语言

一、编译型语言：在程序执行之前必须进行专门的编译过程，如C、C++、Java等。

编译型语言有以下特点：

• 只需编译一次****就可以把源代码编译成机器语言，后边的执行无需重新编译，直接使用之前的编译结果就可以，因此执行效率比较高**。
• 程序执行效率比较高，但比较依赖编译器，因此跨平台性差一些。
• 不同平台对编译器影响很大。
  • 16位系统下int是2个字节（16位），而32位系统下int占4个字节。
  • 32位系统下long类型占4字节，而64位下long类型占8个字节。

二、解释型语言：支持动态类型，弱类型，在程序运行的时候才进行编译，而编译前需要确定变量的类型，效率比较低，对不同系统平台有较大的兼容性。

解释型语言有以下特点：

• 源代码不能直接编译成机器语言，而是先翻译成中间代码，再由解释器对中间代码进行解释运行。
• 程序不需要编译，程序在运行的时候才需要编译成机器语言，每执行一次都要编译一次。
• 运行效率一般相对比较低，依赖解释器，跨平台性好。

三、比较：

• 一般，编译型语言的运行效率比解释型语言更高，但不能一概而论。
• 编译型语言的跨平台特性比解释型语言差一些。

随着web相关技术的发展，javascript所要承担的工作也越来越多了，早就超越了“表单验证”的范畴，这就

更需要快速的解析和执行JavaScript脚本。V8引擎就是为解决这一引擎而生，在node中也是采用该引擎来解析JavaScript。

V8引擎

V8引擎使用C++开发，在运行JavaScript之前，相比其它的JavaScript的引擎转换成字节码或解释行，V8将其编译成原生机器码，并且使用了如内联缓存等方法来提高性能。有了这些功能以后，JavaScript程序在V8引擎下的运行速度媲美二进制程序。V8支持众多操作系统，如windows、Linux、android等，也支持其他硬件架构，如ARM，X64等。具有很好的可移植性和跨平台特性。

数据表示

JavaScript是一种动态类型语言，在编译时并不能准确知道变量的类型，只可以在运行时确定，这就不像C++或者Java等静态类型语言，在编译时就可以确切的知道变量的类型。在运行时计算和决定变量的类型，会严重影响语言性能，这也就是JavaScript运行效率比C++或是Java低很多的原因之一。

在C++中，源代码需要经过编译才能执行，在生成本地代码的过程中，变量的地址和类型就已经确定，运行本地代码时利用数组和位移就可以存取变量和方法的地址，不需要再进行额外的查找，几个机器指令即可完成，节省了确定类型和地址的时间。JS是无类型语言，无法在执行时就知道变量的类型和地址，所以需要确定。

JS和C++的几个区别：

• 编译确定位置。C++编译阶段确定位置偏移信息，在执行时直接存取；JS在执行阶段确定，而且执行期间可以修改对象属性。
• 偏移信息共享。C++有类型定义，执行时不能动态改变，可共享偏移信息；JS每个对象都是自描述，属性和位置偏移信息都包含在自身结构中。
• 偏移信息查找。C++查找偏移地址很简单，在编译代码阶段，对使用的某类型成员变量直接设置编译位置；JS中使用一个对象，需要通过属性名匹配才能找到相应的值，需要更多的操作。

在代码执行过程中，变量的存取是非常普遍和频繁的，通过偏移量来存取，使用少数汇编指令就能完成，如果通过属性名匹配则需要更多的汇编指令，也需要更多的内存空间。

在JS中，除了boolean，number，string，null，undefined五种基本类型，其他的数据都是对象，V8使用一种特殊的方式来表示他们，进而优化JS的内部表达问题。

在V8中，数据的内部表示由数据的实际内容和数据的句柄构成。数据的实际内容是变长的，类型也是不同的；句柄大小固定，包含指向数据的指针。这种设计可以方便V8进行垃圾回收和移动数据内容，相比于直接使用指针，使用者使用句柄，只需要修改句柄中的指针，而指针的修改对使用者是透明的。

除少数数据（如整型数据）由句柄本身存储外，其他内容限于句柄大小和变长等原因，都存储在堆中。整数直接从value中取值，然后使用一个指针指向它，可以减少内存的占用并提高访问速度。

JavaScript对象在V8中的实现包含三部分：隐藏类指针，V8为JS对象创建的隐藏类；属性值指针，指向该对象的属性值；元素值指针，指向该对象的属性。

工作过程

在V8引擎中，JavaScript相关代码并非是一下完成编译的，而是在某些代码需要执行时才会进行编译，这就提高了响应时间，减少了时间开销。源代码先被解析成抽象语法树（AST），然后使用解释器或者编译器转换为Bytecode或者Machine code这种本地可执行代码。

编译阶段

JavaScript代码的编译过程：

1、Script类调用Compiler类的Compile函数为其生成本地代码；

2、Compile函数先试用Parser类生成AST，在使用FullCodeGenerator类生成本地代码；

3、本地代码与具体的硬件平台密切相关，FullCodeGenerator使用多个后端来生成与平台相匹配的本地汇编语言。

4、由于FullCodeGenerator通过遍历AST来为每个节点生成相应的汇编代码，缺失了全局视图，节点之间 优化也就无从谈起。

在执行编译之前，V8会构建众多的全局对象并加载一些内置的库来构建一个运行环境。而且在JavaScript源代码中，并非所有的函数都被编译成本地代码，而是延迟编译，在调用时才会编译。

运行阶段

为了性能提升，V8在生成本地代码后，使用数据分析器（profiler）采集一些信息，然后根据这些数据将本地代码进行优化，生成更高效的本地代码，这是一个逐步改进的过程。当发现优化后的代码还不如未优化的代码，V8会退回到原来的代码，也就是优化回滚。

运行阶段过程描述：

1、先根据需要编译和生成这些本地代码；

2、在V8中，函数是一个基本单位，当某个JS函数被调用时，V8会查找该函数是否已生成本地代码，如果已经生成，则直接调用该函数。否则，就生成该函数的本地代码。

3、执行编译后的代码为JavaScript构建JS对象，这需要Runtime类来辅助创建对象，并需要从Heap类分配内存。

4、借助Runtime类中的辅助函数来完成一些功能，如属性访问等。最后，将不用的空间进行标记清除和垃圾回收。

优化回滚

V8中有一个Ignition字节码编辑器，TurBoFan和Ignition结合起来共同完成JavaScript的编译，消除了CranShaft这个旧的编辑器，并让新的Ignition直接从字节码来优化代码，并当需要反优化的时候就直接反优化到字节码，而不需要考虑到JS源码。

隐藏类

V8借用了类和偏移位置的思想，将本来通过属性名匹配来访问属性值的方法进行了改进，使用类似C++编译器的偏移位置机制来实现，这就是隐藏类。

隐藏类将对象划分成不同的组，对于组内对象拥有相同的属性名和属性值的情况，将这些组的属性名和对应的偏移位置保存在一个隐藏类中，组内所有对象共享该信息，同时也可以识别属性不同的对象。

内嵌缓存

正常访问对象属性的过程：首先获取隐藏类的地址，然后根据属性名查找偏移值，然后计算该属性的地址。如果将之前查询的结果缓存起来，可以供再次访问，这就是内嵌缓存。

内嵌内存的思路是，将初次查找的隐藏类和偏移值保存起来，当下次查找的时候，先比较当前对象是否为之前的隐藏类，如果是直接使用之前的缓存结果，减少再次查表的时间。但是如果一个对象有多个属性，缓存失误的概率就会提高，因为属性的类型变化后，对象的隐藏类也会变化，与之前的缓存不一致，需要重新使用之前的方法查找哈希表。

快照

V8引入了快照机制，将内置的对象和函数加载之后的内存保存并序列化。序列化以后的结果很容易反序列化，经过快照机制的启动时间可以缩减几毫秒。快照机制也可以将一些开发者认为需要的JS文件序列化来减少处理事件。

总结

随着V8引擎的发展，我们可以在编程中注意一些问题来做到性能优化：

• 类型。一个函数应该使用比较少的数据类型；对于数组，应尽量存放相同类型的数据，这样就可以通过偏移位置来访问。
• 数据表示。简单类型的数据直接保存在句柄中，可以减少寻址时间和内存占用，如果可以使用整数表示的，尽量不要使用浮点数。
• 内存。对不再使用的对象设置为null或使用delete方法来删除。设置为null可以做到手动垃圾回收，使用delete会引发额外操作。
• 优化回滚。在执行多次后，不要出现修改对象类型的语句，尽量不要触发优化回滚，否则会大幅度降低代码的性能。
• 新机制。使用JS引擎或者渲染引擎提供的新机制和新接口提高性能。