摘要：引擎可以用標(biāo)準(zhǔn)解釋器或即時(shí)編譯器來實(shí)現(xiàn)，即時(shí)編譯器以某種形式將代碼編譯為字節(jié)碼。這里的主要區(qū)別在于不生成字節(jié)碼或任何中間代碼。請(qǐng)注意，不使用中間字節(jié)碼表示法，不需要解釋器。這允許在正常執(zhí)行期間非常短的暫停。

本系列的第一篇文章重點(diǎn)介紹了引擎，運(yùn)行時(shí)和調(diào)用棧的概述。第二篇文章將深入V8的JavaScript引擎的內(nèi)部。我們還會(huì)提供一些關(guān)于如何編寫更好的JavaScript代碼的技巧。

JavaScript引擎是執(zhí)行JavaScript代碼的程序或解釋器。JavaScript引擎可以用標(biāo)準(zhǔn)解釋器（interpreter）或即時(shí)編譯器（just-in-time compiler）來實(shí)現(xiàn)，即時(shí)編譯器以某種形式將JavaScript代碼編譯為字節(jié)碼。

流行的JavaScript引擎：

V8：開源，Google開發(fā)，C++，Chrome瀏覽器

Rhino：開源，Mozilla開發(fā)，Java

SpiderMonkey：第一個(gè)JavaScript引擎，網(wǎng)景瀏覽器（之前）和Firefox（現(xiàn)在）

JavaScriptCore：開源，蘋果Safari瀏覽器

Chakra（JSscript9）：Internet Explorer瀏覽器

Chakra（JavaScript）：Microsoft Edge瀏覽器

V8引擎是由Google構(gòu)建的，用C++開發(fā)并且開源，與其它的引擎不同的是，V8還是Node.js的運(yùn)行時(shí)環(huán)境。

V8最初設(shè)計(jì)用于提高瀏覽器內(nèi)部JavaScript執(zhí)行的性能。為了獲得速度，V8將JavaScript代碼轉(zhuǎn)換為更高效的機(jī)器代碼（machine code），而不是使用解釋器。它通過實(shí)現(xiàn)JIT（Just-In-Time）編譯器（如SpiderMonkey或Rhino，等許多現(xiàn)代JavaScript引擎）將JavaScript代碼編譯為機(jī)器代碼。這里的主要區(qū)別在于V8不生成字節(jié)碼或任何中間代碼。

在V8引擎的v5.9版本出來之前，V8有兩個(gè)編譯器：
full-codegen：一個(gè)簡單而且速度非?？斓木幾g器，可以生成簡單且相對(duì)較慢的機(jī)器代碼。
Crankshaft：一種更復(fù)雜（Just-In-Time）的優(yōu)化編譯器，可以生成高度優(yōu)化的代碼。

V8引擎還在內(nèi)部使用多個(gè)線程：

主線程完成預(yù)定的任務(wù)：獲取你的代碼，編譯它然后執(zhí)行它

一個(gè)多帶帶的線程用于編譯，當(dāng)這個(gè)多帶帶的線程優(yōu)化代碼時(shí)，主線程可以繼續(xù)執(zhí)行

一個(gè)Profiler線程，它會(huì)告訴運(yùn)行時(shí)我們花了很多時(shí)間，使得Crankshaft能夠優(yōu)化它們

一些線程處理垃圾處理器掃描

當(dāng)?shù)谝淮螆?zhí)行JavaScript代碼時(shí)，V8利用full-codegen，直接將解析的JavaScript翻譯成機(jī)器代碼而無需任何轉(zhuǎn)換。這使它可以非?？焖俚亻_始執(zhí)行機(jī)器代碼。請(qǐng)注意，V8不使用中間字節(jié)碼表示法，不需要解釋器。

當(dāng)您的代碼運(yùn)行一段時(shí)間后，Profiler線程已經(jīng)收集了足夠的數(shù)據(jù)以確定哪種方法應(yīng)該進(jìn)行優(yōu)化。

接下來，Crankshaft優(yōu)化從另一個(gè)線程開始。它將JavaScript抽象語法樹翻譯為稱為Hydrogen的高級(jí)靜態(tài)單分配（SSA）表示，并嘗試優(yōu)化該hydrogen圖。大多數(shù)優(yōu)化都是在這個(gè)級(jí)別完成的。

第一次優(yōu)化是提前盡可能多地嵌入代碼。 內(nèi)聯(lián)是將被調(diào)用函數(shù)的主體替換為調(diào)用網(wǎng)站（調(diào)用該函數(shù)的代碼行）的過程。 這個(gè)簡單的步驟可以讓以下優(yōu)化變得更有意義。

JavaScript是一種基于原型的語言：沒有類，對(duì)象的創(chuàng)建是通過克隆實(shí)現(xiàn)的。JavaScript也是一種動(dòng)態(tài)編程語言，它意味著屬性可以在實(shí)例化后輕松添加或從對(duì)象中移除。

大多數(shù)JavaScript解釋器使用字典式結(jié)構(gòu)（基于哈希函數(shù)）來存儲(chǔ)對(duì)象屬性值在內(nèi)存中的位置。這種結(jié)構(gòu)使得檢索JavaScript中的屬性的值比在Java或C＃等非動(dòng)態(tài)編程語言中的計(jì)算更昂貴。在Java中，所有對(duì)象屬性都是在編譯之前由固定的對(duì)象布局確定的，并且不能在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)添加或刪除（當(dāng)然，C＃的動(dòng)態(tài)類型是另一個(gè)主題）。因此，屬性的值（或指向這些屬性的指針）可以作為連續(xù)緩沖區(qū)存儲(chǔ)在內(nèi)存中，每個(gè)值之間都有一個(gè)固定偏移量。偏移量的長度可以根據(jù)屬性類型輕松確定，但在運(yùn)行時(shí)可以更改屬性類型的JavaScript中不可行。

由于使用字典查找內(nèi)存中對(duì)象屬性的位置效率非常低，因此V8使用不同的方法：隱藏類。隱藏類的工作方式與Java等語言中使用的固定對(duì)象布局（類）類似，除了它們是在運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建的?，F(xiàn)在，讓我們看看他們實(shí)際的樣子：

function Point(x, y) {
    this.x = x;
    this.y = y;
}
var p1 = new Point(1, 2);

當(dāng)“new Point(1, 2)”被執(zhí)行時(shí)， V8引擎會(huì)創(chuàng)建一個(gè)名為C0的隱藏類。

由于Point還未定義任何屬性，因此“C0”為空。

一旦執(zhí)行了第一條語句“this.x = x”（在“Point”函數(shù)內(nèi)部），V8將創(chuàng)建第二個(gè)隱藏類“C1”，它基于“C0”?！癈1”描述了可以找到屬性x的存儲(chǔ)器中的位置（相對(duì)于對(duì)象指針）。在這種情況下，“x”存儲(chǔ)在偏移量0處，這意味著在內(nèi)存中將點(diǎn)對(duì)象視為連續(xù)緩沖區(qū)時(shí)，第一個(gè)偏移量將對(duì)應(yīng)于屬性“x”。 V8還將用“類別轉(zhuǎn)換”更新“C0”，該類別轉(zhuǎn)換指出如果將屬性“x”添加到點(diǎn)對(duì)象，隱藏類應(yīng)從“C0”切換到“C1”。 下面的點(diǎn)對(duì)象的隱藏類現(xiàn)在是“C1”。

每次將新屬性添加到對(duì)象時(shí)，舊的隱藏類都會(huì)使用到新隱藏類的轉(zhuǎn)換路徑進(jìn)行更新。隱藏類轉(zhuǎn)換非常重要，因?yàn)樗鼈冊(cè)试S隱藏類在以相同方式創(chuàng)建的對(duì)象之間共享。如果兩個(gè)對(duì)象共享一個(gè)隱藏類并向它們添加了相同的屬性，則轉(zhuǎn)換將確保兩個(gè)對(duì)象都接收到相同的新隱藏類以及隨附的所有優(yōu)化代碼。

當(dāng)執(zhí)行語句“this.y = y”（同樣，在“this.x = x”語句之后的Point函數(shù)內(nèi)部）時(shí)，將重復(fù)此過程。

創(chuàng)建一個(gè)名為“C2”的新隱藏類，將類轉(zhuǎn)換添加到“C1”，指出如果將屬性“y”添加到Point對(duì)象（已包含屬性“x”），則隱藏類應(yīng)更改為 “C2”，點(diǎn)對(duì)象的隱藏類更新為“C2”。

隱藏類轉(zhuǎn)換取決于將屬性添加到對(duì)象的順序。 看看下面的代碼片段：

function Point(x, y) {
    this.x = x;
    this.y = y;
}

var p1 = new Point(1, 2);
p1.a = 5;
p1.b = 6;

var p2 = new Point(3, 5);
p2.b = 7;
p2.a = 8; 

現(xiàn)在，您可能認(rèn)為對(duì)于p1和p2，將使用相同的隱藏類和轉(zhuǎn)換。事實(shí)上卻不是。對(duì)于“p1”，首先添加屬性“a”，然后添加屬性“b”。然而，對(duì)于“p2”，首先分配“b”，然后是“a”。 因此，由于不同的轉(zhuǎn)換路徑，“p1”和“p2”以不同的隱藏類結(jié)束。在這種情況下，以相同順序初始化動(dòng)態(tài)屬性好得多，以便隱藏的類可以重用。

V8利用另一種技術(shù)來優(yōu)化稱為內(nèi)聯(lián)緩存的動(dòng)態(tài)類型化語言。內(nèi)聯(lián)緩存依賴于觀察到對(duì)相同方法的重復(fù)調(diào)用傾向于發(fā)生在相同類型的對(duì)象上。在這里可以找到關(guān)于內(nèi)聯(lián)緩存的深入解釋。

我們將討論內(nèi)聯(lián)緩存的一般概念（如果您沒有時(shí)間通過??上面的深入解釋）。

那么它是怎樣工作的？ V8維護(hù)一個(gè)對(duì)象類型的緩存，這些對(duì)象在最近的方法調(diào)用中作為參數(shù)傳遞，并使用這些信息來預(yù)測(cè)將來作為參數(shù)傳遞的對(duì)象的類型。如果V8能夠?qū)鬟f給方法的對(duì)象的類型做出很好的假設(shè)，那么它可以繞過確定如何訪問對(duì)象屬性的過程，而是使用以前查找存儲(chǔ)的信息到對(duì)象的隱藏課程。

那么隱藏類和內(nèi)聯(lián)緩存的概念如何相關(guān)？無論何時(shí)在特定對(duì)象上調(diào)用方法，V8引擎都必須執(zhí)行對(duì)該對(duì)象的隱藏類的查找，以確定訪問特定屬性的偏移量。在相同隱藏類的兩次成功調(diào)用之后，V8省略了隱藏類查找，并簡單地將該屬性的偏移量添加到對(duì)象指針本身。對(duì)于該方法的所有未來調(diào)用，V8引擎都假定隱藏的類沒有更改，并使用從以前的查找存儲(chǔ)的偏移量直接跳轉(zhuǎn)到特定屬性的內(nèi)存地址。這大大提高了執(zhí)行速度。

內(nèi)聯(lián)緩存也是為什么相同類型的對(duì)象共享隱藏類非常重要的原因。如果您創(chuàng)建兩個(gè)具有相同類型和不同隱藏類的對(duì)象（就像我們之前的示例中那樣），V8將無法使用內(nèi)聯(lián)緩存，因?yàn)榧词惯@兩個(gè)對(duì)象的類型相同，它們對(duì)應(yīng)的隱藏類為其屬性分配不同的偏移量。

一旦Hydrogen圖被優(yōu)化，Crankshaft將其降低到稱為Lithium的較低級(jí)表示。大部分的Lithium實(shí)施都是特定于架構(gòu)的。寄存器分配發(fā)生在這個(gè)級(jí)別。

最終，Lithium被編譯成機(jī)器碼。然后發(fā)生其他事情，稱為OSR：堆棧替換。在我們開始編譯和優(yōu)化那些耗時(shí)較長的方法之前，我們可能會(huì)運(yùn)行它。V8不會(huì)忘記它剛剛緩慢執(zhí)行的內(nèi)容，以再次優(yōu)化版本開始。相反，它會(huì)轉(zhuǎn)換我們擁有的所有上下文（堆棧，寄存器），以便我們可以在執(zhí)行過程中切換到優(yōu)化版本。這是一項(xiàng)非常復(fù)雜的任務(wù)，考慮到除了其他優(yōu)化之外，V8最初還是將代碼內(nèi)聯(lián)。 V8不是唯一能夠做到的引擎。

有一種叫做去最佳化的保護(hù)措施可以做出相反的轉(zhuǎn)變，并在引擎的假設(shè)不再成立的情況下恢復(fù)到非優(yōu)化的代碼。

對(duì)于垃圾收集，V8采用了傳統(tǒng)的標(biāo)記清除方式來清理老一代。標(biāo)記階段應(yīng)該停止JavaScript執(zhí)行。為了控制GC成本并使執(zhí)行更加穩(wěn)定，V8使用增量標(biāo)記：不是遍歷整個(gè)堆，而是試圖標(biāo)記每個(gè)可能的對(duì)象，它只走過堆的一部分，然后恢復(fù)正常執(zhí)行。下一個(gè)GC停止將從先前堆走過的地方繼續(xù)。這允許在正常執(zhí)行期間非常短的暫停。如前所述，掃描階段由多帶帶的線程處理。

隨著2017年早些時(shí)候發(fā)布V8 5.9，引入了新的執(zhí)行流程。這個(gè)新的管道在實(shí)際的JavaScript應(yīng)用程序中實(shí)現(xiàn)了更大的性能改進(jìn)和顯著的內(nèi)存節(jié)省。

新的執(zhí)行流程建立在Ignition，V8的解釋器和TurboFan，V8的最新優(yōu)化編譯器之上。

您可以查看V8團(tuán)隊(duì)關(guān)于此主題的博客文章。

自從V8.5版本問世以來，V8團(tuán)隊(duì)一直在努力跟上新的JavaScript語言特性，而V8團(tuán)隊(duì)已經(jīng)不再使用V8版本的full-codegen和Crankshaft（自2010年以來服務(wù)于V8的技術(shù)）。這些功能需要進(jìn)行優(yōu)化。

這意味著整體V8將有更簡單和更可維護(hù)的架構(gòu)。

這些改進(jìn)僅僅是一個(gè)開始。 新的Ignition和TurboFan管道為進(jìn)一步優(yōu)化鋪平了道路，這將在未來幾年提升JavaScript性能并縮小V8在Chrome和Node.js中的占用空間。

最后，這里有一些關(guān)于如何編寫優(yōu)化的，更好的JavaScript的技巧和竅門。 您可以輕松地從上述內(nèi)容中獲取這些內(nèi)容，但是，為了方便起見，以下是摘要：

對(duì)象屬性的順序：始終以相同的順序?qū)嵗瘜?duì)象屬性，以便可以共享隱藏類和隨后優(yōu)化的代碼。

動(dòng)態(tài)屬性：在實(shí)例化之后向?qū)ο筇砑訉傩詫?qiáng)制隱藏類更改，并減慢為先前隱藏類優(yōu)化的所有方法。相反，在其構(gòu)造函數(shù)中分配所有對(duì)象的屬性。

方法：重復(fù)執(zhí)行相同方法的代碼將比僅執(zhí)行一次（由于內(nèi)聯(lián)緩存）執(zhí)行許多不同方法的代碼運(yùn)行得更快。

數(shù)組：避免稀疏數(shù)組，其中的鍵不是增量數(shù)字。稀疏數(shù)組中沒有每個(gè)元素都是哈希表。這種陣列中的元素訪問費(fèi)用較高。另外，盡量避免預(yù)分配大型數(shù)組。隨著你的成長，成長會(huì)更好。最后，不要?jiǎng)h除數(shù)組中的元素。它使密鑰稀疏。

標(biāo)記值：V8用32位來表示對(duì)象和數(shù)字。由于它的31位，它使用1個(gè)bit來知道它是一個(gè)對(duì)象（flag = 1）還是一個(gè)稱為SMI（SMall Integer）的整數(shù)（flag = 0）。然后，如果數(shù)字值大于31位，V8會(huì)將該數(shù)字框起來，將其變成雙精度值并創(chuàng)建一個(gè)新對(duì)象以將該數(shù)字放入其中。嘗試盡可能使用31位有符號(hào)數(shù)字以避免將昂貴的裝箱操作轉(zhuǎn)換為JS對(duì)象。