深刻V8引擎-默認Platform之mac篇(2)

先說結論，V8引擎初始化一個默認Platform，會建立一個線程池，而其中有個線程是用於處理相似於setTimeout的延時任務

　　另外附一些圖，包括繼承樹、關鍵屬性歸屬、純邏輯工做流程，對代碼木得興趣的看完圖能夠X掉了。

　　上一篇講了V8初始化默認Platform對象時會作三件事，其中生成空白DefaultPlatform、獲取線程池大小已經講過了，剩下線程啓動相關的內容。

　　寫以前花了10幾分鐘學了下mac下C++的線程，對API有一個初步瞭解，給一個簡單的例子，大概流程以下。

// V8源碼中設置的stack_size 在測試demo中很差使
const int stack_size = 1 * 1024 * 512;
int tmp = 0;

// 線程的任務 參數來源於建立時的第四個參數
void* add(void* number){
  tmp = tmp + *(int*)number;
  printf("tmp: %i\n", tmp);
  return nullptr;
};

int main(int argc, const char * argv[]) {
  // 建立線程對象
  pthread_t pt;
  // 建立線程屬性
  pthread_attr_t attr;
  memset(&attr, 0, sizeof(attr));
  pthread_attr_init(&attr);
  // 設置屬性的size
  pthread_attr_setstacksize(&attr, stack_size);
  // 函數參數
  int num = 5;
  int* ptr = #
  // 生成一個線程
  // 參數列表參照各個變量
  int ret = pthread_create(&pt, &attr, add, ptr);
  if(ret != 0) printf("cannot create thread");
  return 0;
}複製代碼

　　經過幾個步驟，就能夠建立一條線程來處理任務，啓動後的輸出就懶得截圖了，反正就是打印一個5。

　　有了上面的例子，能夠慢慢來看V8初始化時多線程的啓動過程，首先是入門方法。

// 3
void DefaultPlatform::EnsureBackgroundTaskRunnerInitialized() {
  // 這裏初始化DefaultPlatform的屬性 須要加鎖
  base::MutexGuard guard(&lock_);
  if (!worker_threads_task_runner_) {
    worker_threads_task_runner_ =
        // 3-2
        std::make_shared<DefaultWorkerThreadsTaskRunner>(
            thread_pool_size_, time_function_for_testing_
                                   ? time_function_for_testing_
                                  // 3-1
                                   : DefaultTimeFunction);
  }
}

// 3-1
double DefaultTimeFunction() {
  return base::TimeTicks::HighResolutionNow().ToInternalValue() /
         static_cast<double>(base::Time::kMicrosecondsPerSecond);
}複製代碼

　　if中的worker_threads_task_runner是DefaultPlatform的私有屬性，因爲初始化時默認值爲NULL，這裏作一個定義賦值。第一個參數是在第二步獲取的線程池大小，第二個參數是一個計數方法，默認引用以前Time模塊裏的東西，返回硬件時間戳，具體實現能夠看我以前寫的。

　　接下來看DefaultWorkerThreadsTaskRunner類的構造函數，接受2個參數。

// 3-2
// queue_ => DelayedTaskQueue::DelayedTaskQueue(TimeFunction time_function) : time_function_(time_function) {}
DefaultWorkerThreadsTaskRunner::DefaultWorkerThreadsTaskRunner(
    uint32_t thread_pool_size, TimeFunction time_function)
    : queue_(time_function),
      time_function_(time_function),
      thread_pool_size_(thread_pool_size) {
  for (uint32_t i = 0; i < thread_pool_size; ++i) {
    // 3-3
    thread_pool_.push_back(base::make_unique<WorkerThread>(this));
  }
}複製代碼

　　用2個參數初始化了3個屬性，而且根據size往線程池中添加線程，thread_pool_這個屬性用vector在管理，push_back至關於JS的push，當成數組來理解就好了。

　　添加的WorkerThread類是在DefaultWorkerThreadsTaskRunner裏面的一個私有內部類，繼承於Thread，單純的用來管理線程。C++的this比較簡單，沒有JS那麼多概念，就是一個指向當前對象的指針，來看一下線程類的構造函數。

// 3-3
DefaultWorkerThreadsTaskRunner::WorkerThread::WorkerThread(DefaultWorkerThreadsTaskRunner* runner)
    // 這裏調用父類構造函數
    : Thread(Options("V8 DefaultWorkerThreadsTaskRunner WorkerThread")),
    // 這裏初始化當前類屬性
      runner_(runner) {
  // 3-4
  Start();
}複製代碼

　　這裏同時調用了父類構造函數並初始化自己的屬性，runner就是上面那個對象自己。這個構造函數長得比較奇怪，其中Options類是Thread的內部類，有一個接受一個類型爲字符串的構造函數，而Thread的構造函數只接受Options類型，因此會這樣，代碼以下。

class Thread {
 public:
  // Opaque data type for thread-local storage keys.
  using LocalStorageKey = int32_t;

  class Options {
   public:
    Options() : name_("v8:<unknown>"), stack_size_(0) {}
    explicit Options(const char* name, int stack_size = 0)
        : name_(name), stack_size_(stack_size) {}
    // ...
  };

  // Create new thread.
  explicit Thread(const Options& options);
  // ...
}複製代碼

　　能夠簡單理解這裏給線程取了一個名字，在給Options命名的同時，其實也給Thread命名了，以下。

Thread::Thread(const Options& options)
    : data_(new PlatformData),
      stack_size_(options.stack_size()),
      start_semaphore_(nullptr) {
  if (stack_size_ > 0 && static_cast<size_t>(stack_size_) < PTHREAD_STACK_MIN) {
    stack_size_ = PTHREAD_STACK_MIN;
  }
  set_name(options.name());
}

class Thread {
  // The thread name length is limited to 16 based on Linux's implementation of
  // prctl().
  static const int kMaxThreadNameLength = 16;
  char name_[kMaxThreadNameLength];
}

void Thread::set_name(const char* name) {
  // 這裏的長度被限制在16之內
  strncpy(name_, name, sizeof(name_));
  name_[sizeof(name_) - 1] = '\0';
}複製代碼

　　看註釋說，因爲Linux的prctl方法限制了長度，因此這裏的name也最多隻能保存16位，並且C++的字符串的最後一位還要留給結束符，因此理論上傳入Options的超長字符串 "V8 DefaultWorkerThreadsTaskRunner WorkerThread"只有前15位做爲Thread的name保存下來了，也就是"V8 Defaultworke"，很是戲劇性的把r給砍掉了。。。

　　初始化完成後，會調用Start方法啓動線程，這個方法並不須要子類實現，而是基類已經定義好了，保留關鍵代碼以下。

// 3-4
void Thread::Start() {
  int result;
  // 線程對象
  pthread_attr_t attr;
  memset(&attr, 0, sizeof(attr));
  // 初始化線程對象
  result = pthread_attr_init(&attr);
  size_t stack_size = stack_size_;
  if (stack_size == 0) {
    stack_size = 1 * 1024 * 1024;
  }
  if (stack_size > 0) {
    // 設置線程對象屬性
    result = pthread_attr_setstacksize(&attr, stack_size);
  }
  {
    // 建立一個新線程
    // 3-5
    result = pthread_create(&data_->thread_, &attr, ThreadEntry, this);
  }
  // 摧毀線程對象
  result = pthread_attr_destroy(&attr);
}複製代碼

　　參照一下文章開始的demo，能夠看出去掉了合法性檢測和宏以後，在初始化和啓動線程基本上V8的形式是同樣的。

　　簡單總結一下，V8初始化了一個DefaultPlatform類，計算了一下可用線程池大小，生成了幾條線程弄進線程池，而每條線程的任務就是那個ThreadEntry，這篇所有寫完算了。

　　這個方法賊麻煩。

// 3-5
static void* ThreadEntry(void* arg) {
  Thread* thread = reinterpret_cast<Thread*>(arg);
  // We take the lock here to make sure that pthread_create finished first since
  // we don't know which thread will run first (the original thread or the new
  // one).
  { MutexGuard lock_guard(&thread->data()->thread_creation_mutex_); }
  // 3-6
  SetThreadName(thread->name());
  // 3-7
  thread->NotifyStartedAndRun();
  return nullptr;
}複製代碼

　　因爲線程任務的參數定義與返回值都是void*，這裏直接作一個強轉。隨後會加一個線程鎖，由於這幾個線程在初始化的時候並不須要同時執行這個任務。執行的第一個方法雖然從名字來看只是簡單的給線程設置名字，可是內容卻不簡單。　　

　　傳入SetThreadName方法的參數是以前那個被截斷的字符串，看一下這個方法。

// 3-6
static void SetThreadName(const char* name) {
  // pthread_setname_np is only available in 10.6 or later, so test
  // for it at runtime.
  int (*dynamic_pthread_setname_np)(const char*);
  // 讀取動態連接庫
  *reinterpret_cast<void**>(&dynamic_pthread_setname_np) =
    dlsym(RTLD_DEFAULT, "pthread_setname_np");
  if (dynamic_pthread_setname_np == nullptr) return;

  // Mac OS X does not expose the length limit of the name, so hardcode it.
  static const int kMaxNameLength = 63;
  // 從讀取到的方法處理name
  dynamic_pthread_setname_np(name);
}複製代碼

　　裏面用了一個很玄的api的叫dlsym，官方解釋以下。

The function dlsym() takes a "handle" of a dynamic library returned by dlopen() and the null-terminated symbol name, returning the address where that symbol is loaded into memory.

　　大概就是根據句柄讀取一個動態連接庫，名字就是那個字符串，返回其在內存中的地址，因此這塊的調試全是機器碼，根本看不懂，最後返回的一個函數。

　　知道這是個函數就好了，至於怎麼設置線程名字我也不太想知道。

　　第二步的方法名就是運行線程的任務，調用鏈比較長，會來回在幾個類之間穿梭，調用各自屬性的方法。

// 3-7
void NotifyStartedAndRun() {
  if (start_semaphore_) start_semaphore_->Signal();
  // 3-8
  Run();
}

// 3-8
void DefaultWorkerThreadsTaskRunner::WorkerThread::Run() {
  runner_->single_worker_thread_id_.store(base::OS::GetCurrentThreadId(), std::memory_order_relaxed);
  // 3-9
  while (std::unique_ptr<Task> task = runner_->GetNext()) {
    // 每個task會實現本身的run函數
    task->Run();
  }
}

// 3-9
std::unique_ptr<Task> DefaultWorkerThreadsTaskRunner::GetNext() {
  // 3-10
  return queue_.GetNext();
}複製代碼

　　不理清楚，這個地方真的很麻煩，繞得很，能夠看頂部的繼承圖。總之，最後調用的是DefaultWorkerThreadsTaskRunner類上一個類型爲DelayedTaskQueue類的GetNext方法，返回類型是Task類，V8只是簡單定義了一個基類，實際運行時的因此task都須要繼承這個類並實現其Run方法以便線程執行。

　　最後的最後，GetNext的邏輯其實能夠參考libuv的邏輯，機制都大同小異，方法的源碼以下。

// 3-10
std::unique_ptr<Task> DelayedTaskQueue::GetNext() {
  base::MutexGuard guard(&lock_);
  for (;;) {
    /** * 這一片內容徹底能夠參考libuv事件輪詢的前兩步 * 一、從DelayQueue隊列中依次取出超過指定時間的task * 二、將全部超時的task放到task_queue_隊列中 * 三、從task_queue_中將task依次取出並返回 * 四、外部會調用task的Run方法並重復調用該函數 */
    double now = MonotonicallyIncreasingTime();
    std::unique_ptr<Task> task = PopTaskFromDelayedQueue(now);
    while (task) {
      task_queue_.push(std::move(task));
      task = PopTaskFromDelayedQueue(now);
    }
    if (!task_queue_.empty()) {
      std::unique_ptr<Task> result = std::move(task_queue_.front());
      task_queue_.pop();
      return result;
    }

    if (terminated_) {
      queues_condition_var_.NotifyAll();
      return nullptr;
    }
    /** * 一、當task_queue_隊列沒有task須要處理 可是delay_task_queue_有待處理task * 這裏會計算當前隊列中延遲task中最近的觸發時間 等待對應的時間再次觸發 * 二、當兩個隊列都沒有須要的事件 * 線程會直接休眠等待喚醒 */
    if (task_queue_.empty() && !delayed_task_queue_.empty()) {
      double wait_in_seconds = delayed_task_queue_.begin()->first - now;
      base::TimeDelta wait_delta = base::TimeDelta::FromMicroseconds(base::TimeConstants::kMicrosecondsPerSecond * wait_in_seconds);

      bool notified = queues_condition_var_.WaitFor(&lock_, wait_delta);
      USE(notified);
    } else {
      queues_condition_var_.Wait(&lock_);
    }
  }
}複製代碼

　　哎……V8引擎不過如此。