JavaScript-V8引擎

1、瀏覽器內核-渲染引擎

渲染就是根據描述或者定義構建一個數據模型，生成圖形的過程。

瀏覽器內核就是將頁面（Html、Css、JavaScript）構建成可視化、可聽化的多媒體結果。

咱們也能夠將瀏覽器內核稱之爲"渲染引擎"，渲染引擎常常作的事情就是將Html、Css、JavaScript文本或者其餘的資源文件轉換成咱們瀏覽器網頁。

2、JavaScript引擎

2.1JavaScript引擎(JavaScript Engine)

當咱們在執行一段代碼時，真正賦予這段代碼生命的就是JavaScript引擎(JavaScript Engine)。JavaScript引擎是一個專門處理JavaScript腳本的虛擬機，通常會附帶在網頁瀏覽器之中。

JavaScript引擎有許多種:

• V8 — 開源，由 Google 開發，用 C ++ 編寫。
• Rhino — 由 Mozilla 基金會管理，開源，徹底用 Java 開發。
• SpiderMonkey — 是第一個支持 Netscape Navigator 的 JavaScript 引擎，目前正供 Firefox 使用。
• JavaScriptCore — 開源，以Nitro形式銷售，由蘋果爲Safari開發。
• KJS — KDE 的引擎，最初由 Harri Porten 爲 KDE 項目中的 Konqueror 網頁瀏覽器開發。
• Chakra (JScript9) — Internet Explorer。
• Chakra (JavaScript) — Microsoft Edge。
• Nashorn, 做爲 OpenJDK 的一部分，由 Oracle Java 語言和工具組編寫。
• JerryScript —  物聯網的輕量級引擎。

而最爲你們熟知的無疑是V8引擎，他用於Chrome瀏覽器和Node中。

JavaScript引擎從頭至尾負責整個JavaScript程序的編譯和執行過程。

2.2渲染引擎和JavaScript引擎的關係

• 渲染引擎經過調用接口來處理JavaScript的邏輯。
• JavaScript引擎經過橋接接口來訪問渲染引擎的DOM、CSSDOM等。

2.3JavaScript引擎如何工做？

JavaScript引擎主要組成部分：

• 編譯器：負責語法分析和代碼生成。
• 解析器：負責接收字碼節和解析執行字碼節。
• JIT工具：將字碼節或者抽象語法樹轉換爲本地代碼（可執行代碼）。
• 垃圾回收器和分析工具（Profiler）：負責垃圾回收和收集引擎中的信息，幫助改善引擎的性能和功效。

JavaScript本質上是一種解釋型語言，與編譯型語言不一樣的是它須要一遍執行一邊解析，而編譯型語言在執行時已經完成編譯，可直接執行，有更快的執行速度。

3、JavaScript-V8引擎的編譯和執行

3.1數據表示

• 基本數據類型：Boolean、Number、String、Null、Undefined、Symbol、BigInt（起草第二階段，可是之後在JavaScript中使用時板上釘釘的事情了）
• 對象類型（Array、Object、Date、Error等等）。 在V8中，數據表示分爲兩部分：

1. 數據的實際內容，它們是變長的，並且內容的類型也不同。
2. 數據的句柄，大小是固定的，包含指向第一部分數據的指針。

3.2句柄Handle

V8須要進行垃圾回收，並須要移動這些數據內容，若是直接使用指針的話就會出問題或者須要比較大的開銷。使用句柄就不存在這些問題，只須要修改句柄中的指針便可，使用者使用的仍是句柄，它自己沒有發生變化。

3.3內存堆和調用棧

• mory Heap(內存堆) — 內存分配地址的地方
• Call Stack(調用棧) — 代碼執行的地方

3.3編譯執行過程

編譯和執行

4、V8內存分配

4.1小內存區塊Zone類

管理一系列的小塊內存，這些小內存的生命週期相似，可使用一個Zone對象。 Zone對象先對本身申請一塊內存，而後管理和分配一些小內存。當一塊小內存被分配以後，不能被Zone回收，只能一次性回收Zone分配的全部小內存。例如：抽象語法樹的內存分配和使用，在構建以後，會生成本地代碼，而後其內存被一次性所有收回，效率很是高。

  可是有一個嚴重的缺陷，當一個過程須要不少內存，Zone將須要分配大量的內存，卻又不能及時回收，會致使內存不足狀況。   

4.2堆內存

V8使用堆來管理JavaScript使用的數據、以及生成的代碼、哈希表等。爲了更方便地實現垃圾回收，同不少虛擬機同樣，V8將堆分紅三個部分。年輕代、年老代、和大對象。

5、V8的垃圾回收機制

5.1新生代Scavenge（清除）算法

主要採用Cheney（人名）算法。一種採用複製的方式實現的垃圾回收算法。   

一、將新生代堆內存分一爲二，每一部分空間稱爲semispace。其中一個處於使用之中的稱爲from空間，另外一個處於閒置稱爲to空間。

二、當咱們分配對象時，先是在From空間中進行分配。

三、垃圾回收時，檢查from空間內的存活對象，一是否經歷過清除回收，二to空間是否已經使用了25%（保證新分配有足夠的空間）。 

四、將這些存活對象複製到to空間中。非存活對象佔用的空間將會被釋放。

五、完成複製後，from空間與to空間角色發生對換。

   注：實際使用的堆內存是新生代中的兩個semispace空間大小，和老生代所用內存大小之和。

  如何判斷對象是否存活呢？做用域？是一套存儲和查詢變量的規則。這套規則決定了內存裏對象可否訪問。

  特色：清除算法是典型的犧牲空間換取時間的算法，沒法大規模地應用到全部回收中，卻很是適合應用在新生代生命週期短的變量。

5.2Mark-Sweep老生代標記清除

一、 標記階段遍歷堆中的全部對象，並標記活着的對象

二、 清除階段，只清除沒有被標記的對象。

  最大的問題是，在進行一次標記清除以後會出現不連續的狀態。這種內存碎片會對後續的內存分配形成問題。極可能須要分配一個大對象時，全部的碎片空間都沒法完成，就會提早觸發垃圾回收，而此次全量回收是沒必要要的。

5.3Mark-Compact老生代標記整理

  在標記清除的基礎上發展而來，在整理的過程當中

一、 將活着的對象往一段移動

二、 移動完成後，直接清理掉邊界外的內存

5.4Incremental Marking增量標記

  垃圾回收的過程都須要將應用邏輯暫停下來。爲了下降全量回收帶來的停頓時間，在標記階段，將本來一口氣要完成的動做改成增量標記。垃圾回收與應用邏輯交替執行到標記階段完成。最大停頓時間較少的1/6左右.

  後續還引入了延遲清理與增量整理，讓清理和整理動做也變成增量式的。

6、Javascript的V8引擎爲何快

• 針對上下文的Snapshot技術

什麼是上下文（Contexts）？實際是JS應用程序的運行環境，避免應用程序的修改相互影響，例如一個頁面js修改內置對象方法toString，不該該影響到另外頁面。chrome瀏覽器每一個process只有一個V8引擎實例，瀏覽器中的每一個窗口、iframe都對應一個上下文。

• Built-in的js代碼

利用JS自表達內置對象、方法，如上面代碼實現Math.min方法，從而V8在實現代碼轉譯時只需注重基本操做，以%符號開頭的函數來自V8運行時函數。

• 創建AST（Abstract SyntaxTree）時內存的管理。

V8在創建AST後，對其進行彙編生成動態機器語言，因此AST在code generated後須要回收；針對AST創建過程當中多結點內存申請和一次性回收的特色，V8使用了內存段鏈表管理，並結合scopelock模式，實現少數申請（Segment，8KB~1MB）、屢次分配AST結點、一次回收各個Segment的管理方式，既能避免內存碎片，又能夠避免遍歷AST結點逐個回收內存

• CompileCache避免相同代碼重複編譯

對於一段JS代碼，在開始進行詞法分析前，會從編譯緩存區CompilationCache查找該段代碼是否已經被編譯過，若是是，則直接取出編譯過的機器代碼，並返回，這樣下降CPU的使用率，換來內存空間必定的佔用；若是一個頁面中重複加載ＪＳ文件，這方法的提速是很明顯的；這種作法應該有平衡對比過。

• 屬性的快速訪問

V8沒有像其它JS Engine使用詞典結構或紅黑樹實現的map來管理屬性，而是在每一個對象附加一個指針，指向hidden class（若是第一次建立該類型對象，則新建hidden class）；當對象每添加一個屬性時，將新建一個class（記錄了每一個屬性的位移/位置），而原來的class指向新class，即創建起一個hidden class的轉換鏈表。

• Heap堆內存管理

• Inline caching減小函數調用開銷

函數綁定發生在運行時，因此沒法經過method tables定位函數入口；經過該技術能夠記錄函數入口，避免重複查找。

• 一次性編譯生成機器語言

通常JS engine會在AST生成後，將之編譯爲中間語言（bytecode）,在執行時候再解析這些bytecode；Java 也一樣編譯爲這些bytecode，再採用VM（實現跨平臺）做爲解釋器，爲了提升效能，Java採用混雜方式，把無關平臺、經常使用的代碼編譯爲機器代碼。V8則是一次性把AST編譯爲機器語言。從assembler相關文件頭的Copyright能夠看出，這些不一樣平臺（ia32, arm）下的編譯器，原型來自Sun Microsystems。

參考：juejin.im/post/5d7f86…

參考：www.cxymsg.com/guide/mecha…

參考：blog.csdn.net/xinghuowuzh…