Javascript是如何工做的：V8引擎的內核Ignition和TurboFan

文章翻譯自V8團隊系列博客中Launching Ignition and TurboFan

今天我懷着無比激動的心情宣佈V8執行Javascript的管道5.9版將會與Chrome的M59同步。最新版的執行管道將會爲Javascript帶來顯著的性能和內存佔用的優化。關於更多性能優化數據咱們會在文末有大量的論述，首先讓咱們認識下Ignition和TurboFan。

新的管道是由V8的解釋器(Ignition)和V8編譯器(TurboFan)組成。這些技術對於在這些年一直專一V8博客的開發者並不感到陌生，可是V8引擎切換新的管道體系卻有着里程碑的意義。

Ignition和TurboFan第一次用來執行Javascript是從V8 5.9開始的。這也意味着自2010後一直服務V8引擎的Full-codegen和Crankshaft將不在使用。它們不能知足Javascript每一年推陳出新變化趨勢和優化這些新特性的需求。咱們也將計劃將它們徹底從V8技術體系中清除，V8引擎將會朝着愈來愈簡單、易控制方向發展。

漫長的旅途

V8引擎團隊在優化真實生產環境下Javascript的性能和評估Full-codegen、Crankshaft的優劣作了大量細緻的工做。融合Ignition和TurboFan的開發工做已經進行了三年半，這將是咱們在將來繼續優化執行Javascript性能的基礎。

TurboFan在2013發起初只是爲了彌補Crankshaft僅僅能夠優化Javascript一部分語言的短板。例如，它並無經過結構化的異常處理來設計代碼，即代碼塊並無經過try、catch、finally等關鍵字劃分。另外因爲爲每個新的特性Cranksshaft都將要作九套不一樣的框架代碼適應不一樣的平臺，所以在適配新的Javascript語言特性也很困難。還有Crankshaft框架代碼的設計也限制優化機器碼的擴展。儘管V8引擎團隊爲每一套芯片架構維護超過一萬行代碼，Crankshaft也不過爲Javascript擠出一點點性能。

TurboFan在起初設計的時不只是爲了適配ES5標準的特性，同時也是爲了優化ES2015及之後的規範的新語言特性。在TurboFan經過清楚區分高質量和低質量優化編譯的分層編譯器，實如今不修改架構代碼的狀況下優化新的語言特性。同時因爲在TurboFan增長明確的指令選擇編譯階段，能夠爲每一個支持的平臺編寫少得多的體系結構代碼。在這個新的階段中，體系結構代碼只須要編寫一次，並且不多須要更改。這些變化爲V8提供了更容易維護和可擴展的優化編譯器。

Ignition設計之初是爲了減小移動設備的內存佔用。之前經過Full-codegen基準編譯器生成的代碼幾乎要佔用Chrome瀏覽器三分之一的堆內存。這樣爲應用的實際數據留下的內存空間就不多。當在限制RAM的Android設備上啓用Chrome M53的Ignition時，未優化的基準Javascript代碼在ARM64的移動設備上的內存佔用降低了九倍。

後來V8團隊利用Ignition和TurboFan合做生成並優化的機器碼而不是像Crankshaft重複編譯源代碼，來提升V8性能。Ignition的字節碼爲V8引擎提供了一種更簡潔、更少錯誤的基準執行模型，大大簡化V8的自適應優化的去優化機制這一關鍵特性。最終，因爲產生字節碼的速度要遠遠快於產生Full-codegen的基準編譯代碼，激活Ignition一般能夠改善代碼的啓動速度和網頁的加載速度。

從總體架構上Ignition與TurboFan在一塊兒配合工做有許多的好處。例如，不須要在手工編寫高效的程序集處理Ignition生成的字節碼，而是使用TurboFan中間件來處理，並讓TurboFan爲V8所支持的平臺進行優化和生成最終的執行代碼。

運行表現

拋開歷史，讓咱們看看真實生產環境下新管道技術的表現。

V8團隊過去一直在使用Telemetry-Catapult做爲測試性能的框架。在上一篇文章中咱們已經討論關於經過真實生產環境的測試數據驅動性能優化的重要性和如何使用WebPageReplay與Telemetry結合採集測試。

雖然Speedometer是一個綜合標準，咱們以前也沒發現其它綜合測試標準能夠比它更準確描述現代Javascript在真實環境中性能。在管道技術切換到Ignition和TurboFan後，Speedometer的綜合指標在不一樣的平臺略微有些差別，可是總體上提升了5-10%。

與此同時Ignition和TurboFan也減小了V8總體的內存佔用。在M59版的Chrome瀏覽器中，新的管道技術能夠爲桌面端和移動端減小5-10%不等的內存佔用。Ignition內存佔用的減小最總致使V8總體內存佔用的優化，這一方面我在以前的文章中有所涉獵。

這些性能上的改善都只是開始，Ignition和TurboFan組成的新的管道技術爲執行Javascript的性能優化普平了道路，V8的內存不管在Chrome仍是在Node.js都將會大幅下降。咱們期待與你分享這些改進。