JavaScript 到底是怎樣執行的？

時間 2019-11-11

標籤 javascript 到底怎樣執行欄目 JavaScript 简体版

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摘要： 理解 JS 引擎運行原理。javascript

做者：前端小智
原文：搞懂 JavaScript 引擎運行原理

Fundebug經受權轉載，版權歸原做者全部。前端

一些名詞

JS 引擎 — 一個讀取代碼並運行的引擎，沒有單一的「JS 引擎」;每一個瀏覽器都有本身的引擎，如谷歌有 V。java

做用域 — 能夠從中訪問變量的「區域」。編程

詞法做用域— 在詞法階段的做用域,換句話說，詞法做用域是由你在寫代碼時將變量和塊做用域寫在哪裏來決定的，所以當詞法分析器處理代碼時會保持做用域不變。小程序

塊做用域 — 由花括號{}建立的範圍segmentfault

做用域鏈 — 函數能夠上升到它的外部環境(詞法上)來搜索一個變量，它能夠一直向上查找，直到它到達全局做用域。微信小程序

同步 — 一次執行一件事，「同步」引擎一次只執行一行，JavaScript 是同步的。瀏覽器

異步 — 同時作多個事，JS 經過瀏覽器 API模擬異步行爲緩存

事件循環(Event Loop) - 瀏覽器 API 完成函數調用的過程，將回調函數推送到回調隊列(callback queue)，而後當堆棧爲空時，它將回調函數推送到調用堆棧。安全

堆棧 —一種數據結構，只能將元素推入並彈出頂部元素。想一想堆疊一個字形的塔樓; 你不能刪除中間塊，後進先出。

堆 — 變量存儲在內存中。

調用堆棧 — 函數調用的隊列，它實現了堆棧數據類型，這意味着一次能夠運行一個函數。調用函數將其推入堆棧並從函數返回將其彈出堆棧。

執行上下文 — 當函數放入到調用堆棧時由 JS 建立的環境。

閉包 — 當在另外一個函數內建立一個函數時，它「記住」它在之後調用時建立的環境。

垃圾收集 — 當內存中的變量被自動刪除時，由於它再也不使用，引擎要處理掉它。

變量的提高— 當變量內存沒有賦值時會被提高到全局的頂部並設置爲undefined。

this —由 JavaScript 爲每一個新的執行上下文自動建立的變量/關鍵字。

調用堆棧(Call Stack)

看看下面的代碼：

var myOtherVar = 10;

function a() {
    console.log("myVar", myVar);
    b();
}

function b() {
    console.log("myOtherVar", myOtherVar);
    c();
}

function c() {
    console.log("Hello world!");
}

a();

var myVar = 5;

有幾個點須要注意：

變量聲明的位置(一個在上，一個在下)
函數a調用下面定義的函數b, 函數 b 調用函數c

當它被執行時你指望發生什麼？是否發生錯誤，由於b在a以後聲明或者一切正常？ console.log 打印的變量又是怎麼樣？

如下是打印結果：

"myVar" undefined
"myOtherVar" 10
"Hello world!"

來分解一下上述的執行步驟。

1. 變量和函數聲明(建立階段)

第一步是在內存中爲全部變量和函數分配空間。但請注意，除了undefined以外，還沒有爲變量分配值。所以，myVar在被打印時的值是undefined，由於 JS 引擎從頂部開始逐行執行代碼。

函數與變量不同，函數能夠一次聲明和初始化，這意味着它們能夠在任何地方被調用。

因此以上代碼看起來像這樣子：

var myOtherVar = undefined
var myVar = undefined

function a() {...}
function b() {...}
function c() {...}

這些都存在於 JS 建立的全局上下文中，由於它位於全局空間中。

在全局上下文中，JS 還添加了：

全局對象(瀏覽器中是 window 對象，NodeJs 中是 global 對象)
this 指向全局對象

2. 執行

接下來，JS 引擎會逐行執行代碼。

myOtherVar = 10`在全局上下文中，`myOtherVar`被賦值爲`10

已經建立了全部函數，下一步是執行函數 a()

每次調用函數時，都會爲該函數建立一個新的上下文(重複步驟 1)，並將其放入調用堆棧。

function a() {
    console.log("myVar", myVar);
    b();
}

以下步驟：

建立新的函數上下文
a 函數裏面沒有聲明變量和函數
函數內部建立了 this 並指向全局對象(window)
接着引用了外部變量 myVar，myVar 屬於全局做用域的。
接着調用函數 b ，函數b的過程跟 a同樣，這裏不作分析。

下面調用堆棧的執行示意圖：

建立全局上下文，全局變量和函數。
每一個函數的調用，會建立一個上下文,外部環境的引用及 this。
函數執行結束後會從堆棧中彈出，而且它的執行上下文被垃圾收集回收(閉包除外)。
當調用堆棧爲空時，它將從事件隊列中獲取事件。

做用域及做用域鏈

在前面的示例中，全部內容都是全局做用域的，這意味着咱們能夠從代碼中的任何位置訪問它。如今，介紹下私有做用域以及如何定義做用域。

函數/詞法做用域

考慮以下代碼：

function a() {
    var myOtherVar = "inside A";

    b();
}

function b() {
    var myVar = "inside B";

    console.log("myOtherVar:", myOtherVar);

    function c() {
        console.log("myVar:", myVar);
    }

    c();
}

var myOtherVar = "global otherVar";
var myVar = "global myVar";
a();

須要注意如下幾點：

全局做用域和函數內部都聲明瞭變量
函數c如今在函數b中聲明

打印結果以下：

myOtherVar: "global otherVar";
myVar: "inside B";

執行步驟：

全局建立和聲明 - 建立內存中的全部函數和變量以及全局對象和 this
執行 - 它逐行讀取代碼，給變量賦值，並執行函數 a
函數 a建立一個新的上下文並被放入堆棧，在上下文中建立變量myOtherVar，而後調用函數 b
函數 b 也會建立一個新的上下文，一樣也被放入堆棧中

5，函數b 的上下文中建立了 myVar 變量，並聲明函數 c

上面提到每一個新上下文會建立的外部引用，外部引用取決於函數在代碼中聲明的位置。

函數 b試圖打印myOtherVar，但這個變量並不存在於函數 b中，函數 b 就會使用它的外部引用上做用域鏈向上找。因爲函數 b是全局聲明的，而不是在函數 a內部聲明的，因此它使用全局變量 myOtherVar。
函數 c執行步驟同樣。因爲函數 c自己沒有變量myVar，因此它它經過做用域鏈向上找，也就是函數 b，由於myVar是函數 b內部聲明過。

下面是執行示意圖：

請記住，外部引用是單向的，它不是雙向關係。例如，函數 b不能直接跳到函數 c的上下文中並從那裏獲取變量。

最好將它看做一個只能在一個方向上運行的鏈(範圍鏈)。

a -> global
c -> b -> global

在上面的圖中，你可能注意到，函數是建立新做用域的一種方式。(除了全局做用域)然而，還有另外一種方法能夠建立新的做用域，就是塊做用域。

塊做用域

下面代碼中，咱們有兩個變量和兩個循環，在循環從新聲明相同的變量，會打印什麼(反正我是作錯了)？

function loopScope() {
    var i = 50;
    var j = 99;

    for (var i = 0; i < 10; i++) {}

    console.log("i =", i);

    for (let j = 0; j < 10; j++) {}

    console.log("j =", j);
}

loopScope();

打印結果：

i = 10;
j = 99;

第一個循環覆蓋了var i，對於不知情的開發人員來講，這可能會致使 bug。

第二個循環,每次迭代建立了本身做用域和變量。這是由於它使用let關鍵字，它與var相同，只是let有本身的塊做用域。另外一個關鍵字是const，它與let相同，但const常量且沒法更改(指內存地址)。

塊做用域由大括號 {} 建立的做用域

再看一個例子：

function blockScope() {
    let a = 5;
    {
        const blockedVar = "blocked";
        var b = 11;

        a = 9000;
    }

    console.log("a =", a);
    console.log("b =", b);
    console.log("blockedVar =", blockedVar);
}

blockScope();

打印結果：

a = 9000
b = 11
ReferenceError: blockedVar is not defined

a是塊做用域，但它在函數中，而不是嵌套的，本例中使用var是同樣的。
對於塊做用域的變量，它的行爲相似於函數，注意var b能夠在外部訪問，可是const blockedVar不能。
在塊內部，從做用域鏈向上找到 a 並將let a更改成9000。

使用塊做用域可使代碼更清晰，更安全，應該儘量地使用它。

事件循環(Event Loop)

接下來看看事件循環。這是回調，事件和瀏覽器 API 工做的地方

咱們沒有過多討論的事情是堆，也叫全局內存。它是變量存儲的地方。因爲了解 JS 引擎是如何實現其數據存儲的實際用途並很少，因此咱們不在這裏討論它。

來個異步代碼：

function logMessage2() {
    console.log("Message 2");
}

console.log("Message 1");

setTimeout(logMessage2, 1000);

console.log("Message 3");

上述代碼主要是將一些 message 打印到控制檯。利用setTimeout函數來延遲一條消息。咱們知道 js 是同步，來看看輸出結果

Message 1
Message 3
Message 2

打印 Message 1
調用 setTimeout
打印 Message 3
打印 Message 2

它記錄消息 3

稍後，它會記錄消息 2

setTimeout是一個 API，和大多數瀏覽器 API 同樣，當它被調用時，它會向瀏覽器發送一些數據和回調。咱們這邊是延遲一秒打印 Message 2。

調用完setTimeout 後，咱們的代碼繼續運行，沒有暫停，打印 Message 3 並執行一些必須先執行的操做。

瀏覽器等待一秒鐘，它就會將數據傳遞給咱們的回調函數並將其添加到事件/回調隊列中( event/callback queue)。而後停留在隊列中，只有當**調用堆棧(call stack)**爲空時纔會被壓入堆棧。

代碼示例

要熟悉 JS 引擎，最好的方法就是使用它，再來些有意義的例子。

簡單的閉包

這個例子中有一個返回函數的函數，並在返回的函數中使用外部的變量，這稱爲閉包。

function exponent(x) {
    return function(y) {
        //和math.pow() 或者x的y次方是同樣的
        return y ** x;
    };
}

const square = exponent(2);

console.log(square(2), square(3)); // 4, 9

console.log(exponent(3)(2)); // 8

塊代碼

咱們使用無限循環將將調用堆棧塞滿，會發生什麼，回調隊列被會阻塞，由於只能在調用堆棧爲空時添加回調隊列。

function blockingCode() {
    const startTime = new Date().getSeconds();

    // 延遲函數250毫秒
    setTimeout(function() {
        const calledAt = new Date().getSeconds();
        const diff = calledAt - startTime;

        // 打印調用此函數所需的時間
        console.log(`Callback called after: ${diff} seconds`);
    }, 250);

    // 用循環阻塞堆棧2秒鐘
    while (true) {
        const currentTime = new Date().getSeconds();

        // 2 秒後退出
        if (currentTime - startTime >= 2) break;
    }
}

blockingCode(); // 'Callback called after: 2 seconds'

咱們試圖在250毫秒以後調用一個函數,但由於咱們的循環阻塞了堆棧所花了兩秒鐘，因此回調函數實際是兩秒後纔會執行，這是 JavaScript 應用程序中的常見錯誤。

setTimeout不能保證在設置的時間以後調用函數。相反，更好的描述是，在至少通過這段時間以後調用這個函數。

延遲函數

當 setTimeout 的設置爲 0，狀況是怎麼樣？

function defer() {
    setTimeout(() => console.log("timeout with 0 delay!"), 0);
    console.log("after timeout");
    console.log("last log");
}

defer();

你可能指望它被當即調用，可是，事實並不是如此。

執行結果：

after timeout
last log
timeout with 0 delay!

它會當即被推到回調隊列，但它仍然會等待調用堆棧爲空纔會執行。

用閉包來緩存

Memoization是緩存函數調用結果的過程。

例如，有一個添加兩個數字的函數add。調用add（1,2）返回3，當再次使用相同的參數add（1,2）調用它，此次不是從新計算，而是記住 1 + 2是3的結果並直接返回對應的結果。 Memoization能夠提升代碼運行速度，是一個很好的工具。

咱們可使用閉包實現一個簡單的memoize函數。

// 緩存函數，接收一個函數
const memoize = func => {
    // 緩存對象
    // keys 是 arguments, values are results
    const cache = {};

    // 返回一個新的函數
    // it remembers the cache object & func (closure)
    // ...args is any number of arguments
    return (...args) => {
        // 將參數轉換爲字符串，以便咱們能夠存儲它
        const argStr = JSON.stringify(args);

        // 若是已經存，則打印
        console.log("cache", cache, !!cache[argStr]);

        cache[argStr] = cache[argStr] || func(...args);

        return cache[argStr];
    };
};

const add = memoize((a, b) => a + b);

console.log("first add call: ", add(1, 2));

console.log("second add call", add(1, 2));

執行結果：

cache {} false
first add call:  3
cache { '[1,2]': 3 } true
second add call 3

第一次 add 方法，緩存對象是空的，它調用咱們的傳入函數來獲取值3.而後它將args/value鍵值對存儲在緩存對象中。

在第二次調用中，緩存中已經有了，查找到並返回值。

對於add函數來講，有無緩存看起來可有可無，甚至效率更低，可是對於一些複雜的計算，它能夠節省不少時間。這個示例並非一個完美的緩存示例，而是閉包的實際應用。

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