文章來源于公眾號:符合預(yù)期的CoyPan ,作者CoyPan
原文標(biāo)題:A Deep Dive Into V8
原文鏈接:blog.appsignal.com/2020/07/01/a-deep-dive-into-v8.html?utm_source=javascript-weekly-sponsored&utm_medium=email&utm_campaign=deep-dive-v8&utm_content=sponsored-link
正文開始
大部分前端開發(fā)人員都會遇到一個流行詞:V8
。它的流行程度很大一部分是因為它將 JavaScript 的性能提升到了一個新的水平。
是的,V8
很快。但它是如何發(fā)揮它的魔力?為什么它反應(yīng)如此迅速呢?
官方文檔指出: V8
是谷歌開源高性能 JavaScript 和 WebAssembly
引擎,用 C++
編寫。它主要用在 Chrome
和Node.js
中,等等。
換句話說,V8
是一種C++
開發(fā)的軟件,它將 JavaScript 編譯成可執(zhí)行代碼,即機器碼。
現(xiàn)在,我們開始看得更清楚,Chrome
和Node.js
只是一個橋梁,負責(zé)把 JS 代碼運送到最終的目的地:在特定機器上運行的機器碼。
V8
性能的另一個重要角色是它的分代和超精確的垃圾收集器。它被優(yōu)化為使用低內(nèi)存收集 JavaScript 不再需要的對象。
除此之外,V8
還依靠一組其他的工具和特性來改進 JS 的一些固有功能。這些功能往往會使 JS 變慢(例如JS的動態(tài)特性)。
在本文中,我們將更詳細地探討這些工具(Ignition 和 TurboFan)和特性。除此之外,我們還將介紹V8
的內(nèi)部功能、編譯和垃圾回收過程、單線程特性等基礎(chǔ)知識。
從基礎(chǔ)的開始
機器碼是如何工作的呢?簡單地說,機器代碼是在機器內(nèi)存的特定部分執(zhí)行的一組非常低級的指令。
生成機器碼的過程,用C++
舉例,大概像下面這樣:
在進一步討論之前,必須指出這是一個編譯過程,它不同于 JavaScript 解釋過程。實際上,編譯器在進程結(jié)束時生成一個完整的程序,而解釋器作為一個程序本身工作,它通過讀取指令(通常是腳本,如JavaScript腳本)并將其轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行命令來完成任務(wù)。
解釋過程可以是動態(tài)的(解釋器解析并只運行當(dāng)前命令)或完全解析(即解釋器在繼續(xù)執(zhí)行相應(yīng)的機器指令之前首先完全翻譯腳本)。
回到圖中,編譯過程通常從源代碼開始。你實現(xiàn)代碼,保存并運行。運行的進程依次從編譯器開始。編譯器是一個程序,和其他程序一樣,運行在你的機器上。然后它遍歷所有代碼并生成對象文件。那些文件是機器代碼。它們是在特定機器上運行的優(yōu)化代碼,這就是為什么當(dāng)你從一個操作系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一個操作系統(tǒng)時必須使用特定的編譯器。
但是你不能執(zhí)行單獨的對象文件,你需要把它們組合成一個文件,即眾所周知的.exe
文件(可執(zhí)行文件)。這是Linker
的工作。
最后,Loader
是代理,負責(zé)將 exe 文件中的代碼傳輸?shù)讲僮飨到y(tǒng)的虛擬內(nèi)存中。它基本上是一個運輸工具。在這里,你的程序終于開始運行了。
聽起來是一個漫長的過程,不是嗎?
大多數(shù)時候(除非你是在銀行大型機上使用匯編的開發(fā)人員),你會花時間用高級語言編程:Java、C#、Ruby、JavaScript等。
語言越高級,速度越慢。這就是為什么C
和C++
速度更快,因為它們非常接近機器代碼語言:匯編語言。
除了性能之外,V8
的主要優(yōu)點之一是超越ECMAScript
標(biāo)準的可能性,并且理解C++
。
JavaScript 僅限于ECMAScript
。而V8
引擎,為了存在,必須是兼容的,但不限于 JavaScript 。
具有將C++
特性集成到V8
中的能力是非常棒的。由于C++
已經(jīng)發(fā)展到非常好的 OS 操作的文件處理和內(nèi)存/線程處理的特殊性——在 JavaScript 中擁有所有這些能力是非常有用的。
如果你仔細想想,Node.js
它本身也是以類似的方式誕生的。它遵循與V8
相似的路徑,外加服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)功能。
單線程
如果你是一個Node
開發(fā)者,你應(yīng)該很熟悉V8
的單線程特性。一個 JS 執(zhí)行上下文與線程數(shù)量成正比。
當(dāng)然,V8
在后臺管理操作系統(tǒng)線程機制。它可以與多個線程一起工作,因為它是一個復(fù)雜的軟件,可以同時執(zhí)行許多任務(wù)。
但是,V8
為每個 JavaScript 的執(zhí)行上下文只創(chuàng)建一個單線程的環(huán)境。其余的都在V8
的控制之下。
想象一下 JavaScript 代碼應(yīng)該進行的函數(shù)調(diào)用堆棧。 JavaScript 的工作原理是將一個函數(shù)堆疊在另一個函數(shù)之上,遵循每個函數(shù)的插入/調(diào)用順序。在到達每個函數(shù)的內(nèi)容之前,我們無法知道它是否調(diào)用其他函數(shù)。如果發(fā)生這種情況,那么被調(diào)用的函數(shù)將被放在堆棧中調(diào)用者的后面。
例如,當(dāng)涉及回調(diào)時,它們被放在堆棧的末尾。
管理這個堆棧組織和進程所需的內(nèi)存是V8
的主要任務(wù)之一。
Ignition and TurboFan
自2017年5月發(fā)布的5.9版以來,V8
附帶了一個新的JavaScript執(zhí)行管道,它構(gòu)建在V8
的解釋器Ignition
之上。它還包括一個更新和更好的優(yōu)化編譯器-TurboFan
。
這些變化完全集中在整體性能上,以及 Google 開發(fā)人員在調(diào)整引擎以適應(yīng) JavaScript 領(lǐng)域帶來的所有快速而顯著的變化時所面臨的困難。
從項目一開始,V8
的維護人員就一直在擔(dān)心如何在 JavaScript 不斷發(fā)展的同時,找到一種提高V8
性能的好方法。
現(xiàn)在,我們可以看到新引擎的Benchmarks
測試結(jié)果,已經(jīng)有了巨大提升:
Hidden Classes(隱藏類)
這是V8的另一個魔術(shù)。JavaScript 是一種動態(tài)語言。這意味著可以在執(zhí)行期間添加、替換和刪除新屬性。例如,在Java這樣的語言中,這是不可能的,在Java
中,所有的東西(類、方法、對象和變量)都必須在程序執(zhí)行之前定義,并且在應(yīng)用程序啟動后不能動態(tài)更改。
由于它的特殊性質(zhì),JavaScript 解釋器通?;谏⒘泻瘮?shù)(hash算法)執(zhí)行字典查找,以準確地知道這個變量或?qū)ο笤趦?nèi)存中的分配位置。
這對最后一道工序來說代價很大。在其他語言中,當(dāng)對象被創(chuàng)建時,它們接收一個地址(指針)作為其隱式屬性之一。這樣,我們就可以準確地知道它們在內(nèi)存中的位置以及要分配多少空間。
對于 JavaScript,這是不可能的,因為我們無法映射出不存在的內(nèi)容。這就是Hidden Classes
發(fā)揮作用的地方。
隱藏類與Java
中的類幾乎相同:靜態(tài)類和固定類具有唯一的地址來定位它們。然而,V8
并不是在程序執(zhí)行之前執(zhí)行,而是在運行過程中,每次對象結(jié)構(gòu)發(fā)生“動態(tài)變化”時執(zhí)行。
讓我們看一個例子來說明問題??紤]以下代碼片段:
function User(name, fone, address) {
this.name = name
this.phone = phone
this.address = address
}
在 JavaScript 基于原型的特性中,每次實例化一個新的用戶對象時,假設(shè):
var user = new User("John May", "+1 (555) 555-1234", "123 3rd Ave")
然后V8
創(chuàng)建一個新的隱藏類。我們稱之為_User0
。
每個對象在內(nèi)存中都有一個對其類表示的引用。它是類指針。此時,由于我們剛剛實例化了一個新對象,所以在內(nèi)存中只創(chuàng)建了一個隱藏類?,F(xiàn)在是空的。
當(dāng)你在這個函數(shù)中執(zhí)行第一行代碼時,將在上一個基礎(chǔ)上創(chuàng)建一個新的隱藏類,這次是_User1
它基本上是具有name
屬性的User
的內(nèi)存地址。在我們的示例中,我們沒有使用僅將name
作為屬性的user
,但每次這樣做時,這就是V8
將作為引用加載的隱藏類。
name
屬性被添加到內(nèi)存緩沖區(qū)的偏移量 0,這意味著這將被視為最后順序中的第一個屬性。
V8
還將向_User0
隱藏類添加一個轉(zhuǎn)換值。這有助于解釋器理解:每次向User對象添加name屬性時,必須處理從_User0
到_User1
的轉(zhuǎn)換。
當(dāng)調(diào)用函數(shù)中的第二行時,同樣的過程再次發(fā)生,并創(chuàng)建一個新的隱藏類:
你可以看到隱藏類跟蹤堆棧。在由轉(zhuǎn)換值維護的鏈中,一個隱藏類通向另一個。
屬性添加的順序決定了V8
將要創(chuàng)建多少個隱藏類。如果您更改我們所創(chuàng)建的代碼段中的行的順序,那么也將創(chuàng)建不同的隱藏類。這就是為什么有些開發(fā)人員試圖保持重用隱藏類的順序,從而減少開銷。
Inline Caching(內(nèi)聯(lián)緩存)
這是JIT(Just-in-Time)編譯器中非常常見的一個術(shù)語。它與隱藏類的概念直接相關(guān)。
例如,每當(dāng)你調(diào)用一個函數(shù),將一個對象作為參數(shù)傳遞時,V8會看到這個動作,然后想:“嗯,這個對象作為參數(shù)成功地傳遞了兩次或更多次……為什么不把它存儲在我的緩存中以備將來調(diào)用,而不是再次執(zhí)行整個耗時的隱藏類驗證過程?”
讓我們回顧上一個例子:
function User(name, fone, address) { // Hidden class _User0
this.name = name // Hidden class _User1
this.phone = phone // Hidden class _User2
this.address = address // Hidden class _User3
}
當(dāng)我們將 User 對象的實例兩次作為參數(shù)傳遞給函數(shù)后,V8
將跳轉(zhuǎn)到隱藏類查找并直接轉(zhuǎn)到偏移量的屬性。這要快得多。
但是,請記住,如果更改函數(shù)中任何屬性賦值的順序,則會導(dǎo)致不同的隱藏類,因此V8
將無法使用內(nèi)聯(lián)緩存功能。
這是一個很好的例子,說明開發(fā)人員不應(yīng)該避免更深入地了解引擎。相反,擁有這些知識將有助于代碼更好地執(zhí)行。
Garbage Collecting(垃圾回收)
你還記得我們提到過V8
在另一個線程中收集內(nèi)存垃圾嗎?這很有幫助,因為我們的程序執(zhí)行不會受到影響。
V8使用眾所周知的“標(biāo)記和掃描”策略來收集內(nèi)存中的舊對象。在這種策略中,GC掃描內(nèi)存對象以“標(biāo)記”它們以進行收集的階段有點慢,因為這需要暫停代碼執(zhí)行。
但是,V8是遞增的,也就是說,對于每個 GC 停頓,V8嘗試標(biāo)記盡可能多的對象。它使一切變得更快,因為在集合完成之前不需要停止整個執(zhí)行。在大型應(yīng)用程序中,性能的提高有很大的不同。
以上就是W3Cschool編程獅
關(guān)于【譯】深入了解JavaScript V8的相關(guān)介紹了,希望對大家有所幫助。