浏览器原理之V8引擎

V8 之 what & why & when?

**waht：**V8

是一个由

Google

开源的采用

C++

编写的高性能

JavaScript

和

WebAssembly

引擎，应用在

Chrome

和

Node.js

等中。它实现了

ECMAScript

和

WebAssembly

，运行在

Windows 7

及以上、

macOS 10.12+

以及使用

x64、IA-32、ARM

或

MIPS

处理器的

Linux

系统上。

V8

可以独立运行，也可以嵌入到任何

C++

应用程序中。

when：V8最初是由

Lars Bak

团队开发的，以汽车的

V8

发动机（有八个气缸的V型发动机）进行命名，预示着这将是一款性能极高的

JavaScript

引擎，在

2008年9月2号

同

chrome

一同开源发布。

why：

JavaScript

代码最终要在机器中被执行，需要经过一系列的处理，将高级语言转换成二进制码指令，机器才可以识别和执行。而转换过程由

V8 负责完成

。

V8的组成部分

V8

的内部有很多模块，其中最重要的4个如下：

• Parser: 解析器，负责将源代码解析成AST；
• Ignition: 解释器，负责将AST转换成字节码并执行，同时会标记热点代码；
• TurboFan: 编译器，负责将热点代码编译成机器码并执行；
• Orinoco: 垃圾回收器，负责进行内存空间回收；

以下是 **

V8 

中这几个重要模块的具体工作流程图**。接下来我们除垃圾回收器 **Orinoco **之外逐个进行分析。

Parser 解析器

Parser解析器的转换过程有两个重要阶段：

词法分析（Lexical Analysis）

和

语法分析（Syntax Analysis）。

词法分析阶段是扫描输入的源代码字符串，生成一系列的词法单元 (tokens)，这些词法单元包括数字，标点符号，运算符等。词法单元之间都是独立，该阶段并不关心代码的组合方式。

JavaScript

中的

token

主要包含以下几种：

关键字：var、let、const等；

标识符：没有被引号括起来的连续字符，可能是一个变量，也可能是 if、else 这些关键字，又或者是 true、false 这些内置常量；

运算符： +、-、 *、/ 等；

数字：像十六进制，十进制，八进制以及科学表达式等；

字符串：变量的值等；

空格：连续的空格，换行，缩进等；

注释：行注释或块注释都是一个不可拆分的最小语法单元；

标点：大括号、小括号、分号、冒号等。

比如， const name = 'zedran'

经过

esprima

词法分析后生成的

tokens：

[
    {
        "type": "Keyword",
        "value": "const"
    },
    {
        "type": "Identifier",
        "value": "name"
    },
    {
        "type": "Punctuator",
        "value": "="
    },
    {
        "type": "String",
        "value": "'zedran'"
    }
]

语法分析阶段是将词法分析产生的

token

按照某种给定的形式文法转换成

AST

的过程。也就是把单词组合成句子的过程。在转换过程中会验证语法，语法如果有错的话，会抛出语法错误。

上述

const name = 'zedran'

经过语法分析后生成的

AST

如下：

{
  "type": "Program",
  "start": 0,
  "end": 21,
  "body": [
    {
      "type": "VariableDeclaration",
      "start": 0,
      "end": 21,
      "declarations": [
        {
          "type": "VariableDeclarator",
          "start": 6,
          "end": 21,
          "id": {
            "type": "Identifier",
            "start": 6,
            "end": 10,
            "name": "name"
          },
          "init": {
            "type": "Literal",
            "start": 13,
            "end": 21,
            "value": "zedran",
            "raw": "'zedran'"
          }
        }
      ],
      "kind": "const"
    }
  ],
  "sourceType": "module"
}

此后，经过

Parser

解析器生成的

AST

将交由

Ignition

解释器进行处理。

Ignition 解释器

Ignition 解释器负责**将

AST

转换成字节码（Bytecode）并执行。**字节码是介于

AST

和机器码之间的一种代码，与特定类型的机器代码无关，需要通过解释器转换成机器码才可以执行。

聪明的你可能会问：为何不直接将

AST

转换成机器码直接运行呢？

V8

的

5.9 

版本之前是没有字节码的，而是直接将JS代码编译成机器码并将机器码存储到内存中，这样就占用了大量的内存，而早期的手机内存都不高，过度的占用会导致手机性能大大的下降；而且直接编译成机器码导致编译时间长，启动速度慢；再者直接将JS代码转换成机器码需要针对不同的

CPU

架构编写不同的指令集，复杂度很高。

5.9 

版本以后引入了字节码，可以解决上述内存占用大、启动时间长、代码复杂度高这几个问题。

Ignition

解释器的工作流程图：

AST

需要先通过字节码生成器，再经过一系列的优化之后才能生成字节码。 其中的优化包括：

• Register Optimizer：主要是避免寄存器不必要的加载和存储
• Peephole Optimizer：寻找字节码中可以复用的部分，并进行合并
• Dead-code Elimination： 删除无用的代码，减少字节码的大小

Ignition 解释器

在执行字节码的过程中，会监视代码的执行情况并记录执行信息，如函数的执行次数、每次执行函数时所传的参数等。被执行多次的同一段代码，会被标记成热点代码，交给

TurboFan

编译器进行处理。

TurboFan 编译器

TurboFan 编译器

拿到

Ignition 解释器

标记的热点代码后，会先优先将优化后字节码编译成更高效的机器码存储起来。下次再次执行相同代码时，会直接执行相应的机器码，大大提升了代码的执行效率。

当一段代码不再是热点代码后，

TurboFan

会将优化编译后的机器码还原成字节码，将代码的执行权利交还给

Ignition 解释器

。

现在我们来看一看具体的执行过程：以多次执行

sum = sum + arr[i] 

为例，

JS

是动态类型的语言，每次的

sum 

和

arr[i] 

都有可能是不同的类型，在执行这段代码时，

Ignition 

每次都会检查

sum 

和

arr[i] 

的数据类型。其被标记为热点代码，交给

TurboFan 编译器直接以之前的

几次执行确定

sum 

和

arr[i] 

的数据类型编译成机器码。

但如果在后续的执行过程中，

arr[i] 

的数据类型发生了改变，之前生成的机器码就不满足要求了，

TurboFan 编译器

会把之前生成的机器码丢弃，将执行权利再交给

Ignition 解释器

，完成去优化的过程。

这种将字节码与解释器和编译器结合的技术，就是我们通常所说的**即时编译(

JIT

)**。

总结

V8 

的执行过程：

1. 源代码经过 Parser 解析器，经过词法分析和语法分析生成 AST；
2. AST经过 Ignition 解释器生成字节码并执行；
3. 在执行过程中，如果发现热点代码，将热点代码交给 TurboFan 编译器生成机器码并执行；
4. 如果热点代码不再满足要求，进行去优化处理。