V8 引擎的工作原理
# V8 引擎的工作原理
V8 是用 C++ 编写的 Google 开源高性能 JavaScript 和 WebAssembly 引擎，它用于 Chrome 和 Node.js 等，既可以独立运行，也可以嵌入到任何 C++ 应用程序中。
V8 引擎本身的源码非常复杂，大概有超过 100w 行 C++ 代码，作为前端开发者我暂时没有对它进行深入研究。只是通过了解它的架构，了解它是如何对 JavaScript 执行的。
# 核心概念
要深入理解 V8 的工作原理，就需要先搞清楚一些概念和原理，比如编译器（Compiler）、解释器（Interpreter）、抽象语法树（AST）、字节码（Bytecode）、即时编译器（JIT）等概念。
- 编译器：编译型语言在经过编译器的编译之后，会直接保留机器能读懂的二进制文件，这样每次运行程序时，都可以直接运行该二进制文件，而不需要再次重新编译了。常见的编译型语言有 C/C++、GO 等。
- 解释器：由解释型语言编写的程序，在每次运行时都需要通过解释器对程序进行动态解释和执行。常见的解释型语言有 Python、JavaScript 等。
- 抽象语法树：抽象语法树（AST） 是一种特殊的数据结构，它是我们所编写代码的结构化表示。无论是解释型语言还是编译型语言，只有将代码转换成 AST 之后，编译器或者解释器才能理解我们写的代码。
- 字节码：字节码（Bytecode）是介于 AST 和机器码之间的一种代码。在解释型语言的解释过程中，解释器将源代码转换成抽象语法树（AST），会再基于抽象语法树生成字节码，最后再根据字节码来执行程序、输出结果。
- 即时编译器：直接编译成机器码的执行效率高，但机器码所占用的空间远远超过了字节码。所以就有了字节码配合解释器和编译器的技术，称为即时编译（JIT）。
- 具体到 V8，就是指解释器在解释执行字节码的同时，收集代码信息，如果发现有热点代码（一段代码被重复执行多次），后台的编译器就会把该段热点的字节码编译为高效的机器码，并保存起来，以备下次使用。
- 另外比如 Java 和 Python 的虚拟机也都是基于这种技术实现的，
概括一下 V8 是如何执行一段 JavaScript 代码的：V8 依据 JavaScript 代码生成 AST 和执行上下文，再基于 AST 生成字节码，然后通过解释器执行字节码，通过编译器来优化编译字节码。
# 执行流程
V8 执行一段 JavaScript 代码的流程如下图所示：
（V8 引擎的原理，图修改自网络）
由图可图，主要有三个模块参与工作：
- Parse 模块会将 JavaScript 代码转换成 AST（抽象语法树），这是因为解释器并不直接认识 JavaScript 代码。
- 如果函数没有被调用，那么是不会被转换成 AST 的。
- Ignition 是一个解释器，会将 AST 转换成 ByteCode（字节码）
- 同时会收集 TurboFan 优化所需要的信息（比如函数参数的类型信息，有了类型才能进行真实的运算）。
- 如果函数只调用一次，Ignition 会执行解释执行 ByteCode。
- TurboFan 是一个编译器，可以将字节码编译为 CPU 可以直接执行的机器码。
- 如果一个函数被多次调用，那么就会被标记为热点函数，那么就会经过 TurboFan 转换成优化的机器码，提高代码的执行性能。
- 但是，机器码实际上也会被还原为 ByteCode，这是因为如果后续执行函数的过程中，类型发生了变化（比如
sum函数原来执行的是number类型，后来执行变成了string类型），之前优化的机器码并不能正确的处理运算，就会逆向的转换（Deoptimization）成字节码。
总结整个过程：在形成抽象语法树之后，解释器会翻译成字节码。等到真正运行的时候，再将字节码转换成汇编代码，并执行 CPU 可以理解的机器码。
转成字节码的优点：字节码可以跨平台，在需要的时候转换成对应平台的机器指令就能运行。
转成字节码的缺点：每次「字节码 --> 汇编指令 --> 执行机器指令」这样的过程比较耗费性能。
鉴于这个缺点，V8 就考虑把热点函数的字节码直接转换成对应平台的机器码存储下来，等真正运行的时候直接执行机器码就可以了。对于只执行一次的函数，就保持原来的逻辑以节省空间。
这么做性能问题解决了，但又引入了新的麻烦：因为 JavaScript 是动态语言，不会对类型做检测。像 sum 函数这种，传入的参数类型不一样，其内部执行的逻辑是不一样的（数字是相加，字符串是拼接）。此时 V8 就引入了 Deoptimization 操作，一旦发现执行操作不一样，就把机器码反向转成字节码。
根据这个底层原理可知，出于优化考虑，我们在调用某个函数的时候应该尽量传相同类型的参数。所以从某种程度上来说，TypeScript 编译出来的最终 JS 代码，会比我们平时直接写的 JS 代码运行效率高一些。
相关文档
# Parse 过程
下面这张图来自于 V8 官方文档 (opens new window)，它描述了 V8 执行的细节 —— JavaScript 源码是如何被解析（Parse 过程）的：
（V8 引擎的解析图，图片来源于官方文档）
- Blink 将源码交给 V8 引擎，Stream 获取到源码并且进行编码转换。
- Scanner 会进行词法分析（lexical analysis），词法分析会将代码转换成 tokens。
- 接下来 tokens 会被转换成 AST 树，经过 Parser 和 PreParser：
- Parser 就是直接将 tokens 转成 AST 树架构。
- PreParser 称之为预解析，为什么需要预解析呢？
- 这是因为并不是所有的 JavaScript 代码，在一开始时就会被执行。那么对所有的 JavaScript 代码进行解析，必然会影响网页的运行效率；
- 所以 V8 引擎就实现了 Lazy Parsing（延迟解析）的方案，它的作用是将不必要的函数进行预解析，也就是只解析暂时需要的内容（比如知道内部函数的函数名叫
inner），而对函数的全量解析是在函数被调用时才会进行； - 比如我们在一个函数
outer内部定义了另外一个函数inner，那么inner函数就会进行预解析。
- 生成 AST 树后，会被 Ignition 转成字节码（ByteCode），之后的过程就是代码的执行过程了。
小工具
通过 AST Explorer (opens new window) 在线小工具，可以观察 JS 语法经过转换后的 AST 是长什么样的。
（完）