V8引擎

1、摘要

V8使用C++开发，并在谷歌浏览器中使用。在运行JavaScript以前，相比其它的JavaScript的引擎转换成字节码(包含执行程序的二进制文件)或解释执行，V8将其编译成原生机器码（IA-32, x86-64, ARM, or MIPS CPUs），而且使用了如内联缓存（inline caching）等方法来提升性能。有了这些功能，JavaScript程序在V8引擎下的运行速度媲美二进制程序。

2、详解

1. 字节码（Bytecode）：一种包含执行程序、由一序列op代码、数据对组成的二进制文件，是一种中间码，编译器将源码编译成字节码，特定平台上的虚拟机器将字节码转译为能够直接执行的机器码。

原生机器码（machine code）：也被称为原生码(Native Code)，是电脑的CPU可直接解读的数据，机器码是计算机能够直接执行，而且执行速度最快的代码。编出的程序所有是0和1组成的指令代码

字节码装换成原生机器码：首先编译器将源码编译成字节码，特定平台上 的虚拟机（如：Java虚拟机）器将字节码转译成能够直接执行的指令。字节码的典型应用为Java bytecode

2. javascript引擎

语言编译过程：

如今其余的js引擎的执行过程大体：源代码 -> 抽象语法树 -> 字节码 -> JIT -> 本地代码

（如：苹果的JavascriptCore引擎，08年引入SquirrelFish，实现了一个字节码寄存器Register Machine；Mozilla公司的SpiderMonkey；微软的Chakra等）

抽象语法树

V8引擎中没有中间字节码，直接将抽象语法树经过JIT技术转换成本地代码，后经过Profiler采集一些信息，优化本地代码，虽然少了这一阶段的性能优化，但极大减小了转换时间

可是在V8的5.9版本，新增了Ignition字节码解释器，默认启动，缘由是减轻机器码占用的内存空间，提升代码的启动速度，重构V8的代码并下降代码复杂度。

3. V8引擎

3.1 5.9以前的版本：直译成原生机器码，并使用如内联缓存等方法提升性能

3.1.1 数据表示

javascript是一种无类型语言，在编译时不能肯定变量的类型，只能在执行时肯定；而像c++、java等静态类型语言在编译时就能知道变量类型，肯定变量存取地址。在运行时计算和决定类型是会下降运行效率的缘由。

变量的存取在代码执行过程当中是很是广泛和平凡的，js的对象须要经过属性名匹配找到相应的值，须要更多的操做和内存空间。V8使用了一种特殊的方法：数据的内部表示由数据的实际内容和数据的句柄构成。

数据的实际内容长度可变，类型可变；数据的句柄固定大小，包含指向数据的指针。变量存取时经过查找、修改句柄中的指针便可。V8一个句柄对象的大小是4字节（32位设备）和8字节（64位设备），javascriptCore中是8字节。

V8中的指针包含三类：隐藏类指针，是V8为js对象建立的隐藏类；属性值表指针，指向该对象包含的属性值；元素表指针，指向该对象包含的属性。

3.1.2工做过程

V8中，js代码是在须要执行时才进行编译，而不是一次性所有编译；这也就提升了响应时间。源代码先被解析器转成抽象语法树（AST），而后使用JIT编译器的全代码生成器将其直接生成本地客执行代码。为了提高性能，V8在生成本地代码后，使用数据分析器（profiler）采集一些信息，而后根据这些信息优化本地代码，若是优化后代码性能更差，就会优化回滚。

在执行编译前，V8会构建众多全局对象，并加载一些内置的库（如math库），来构建运行环境。

3.1.3优化回滚

V8没有通过中间表示层的优化，即先编译肯定变量类型等，因此引入Crankshaft编译器对热点函数，基于javascript源代码，进行优化分析。Crankshaft为了性能考虑，默认代码稳定且变量类型不变，生成高效的本地代码；但若遇到变量类型在执行过程当中改变的状况，V8会将该编译器作的优化进行回滚，即从新从源码开始再次编译。

var counter =
0;

function
test(x, y) {

    counter++;

    if (counter < 1000000)
{

        // do something

        return 'jeri';

    }

    var unknown = new Date();

    console.log(unknown);

}复制代码

在未执行到new Date()以前，并不肯定unknown变量的类型，执行到时，V8只能将这部分代码进行回滚。优化回滚是很耗时的操做。

3.1.4隐藏类

使用point构造了两个对象p和q，这两个对象有相同的属性名，V8将他们归为同一隐藏类，具备相同的偏移位置信息，p和q共享这一信息，进行属性访问时，只需根据隐藏类的偏移信息便可。但假如，代码执行后，对象q执行了q.z = 5，则p和q不在具备相同的隐藏类，q是一个新的隐藏类。

隐藏类转换取决于将属性添加到对象的顺序：

function Point(x, y) {

    this.x = x;

    this.y = y;

}

var p = new Point(1, 2);

p.a = 5;

p.b = 6;

var q = new Point(3, 4);

q.b = 7;

q.a = 8;复制代码

而在该函数中，p和q添加属性的顺序不一样，隐藏类的偏移量不一样，也是两个不一样的隐藏类。

3.1.5内联缓存

正常访问对象的过程：首先获取隐藏类的地址，而后根据属性名查找偏移量，而后计算该属性的地址。屡次变量存取，就要重复执行这一过程，也较耗时。所以，V8提供了内嵌缓存，即将初次查找的隐藏类和偏移量保存起来，当下次查找相同对象时，能够省略计算地址的过程。可是若是一个对象有多个属性，缓存失误的几率就会提升，由于某个属性的类型变化后，对象的隐藏类也会发生变化，就与以前的缓存不一致，须要从新计算。

3.1.6内存管理

V8垃圾回收机制限制js使用的内存（若是可以使用内存太大，垃圾回收时须要耗费更多的资源和时间），所以对内存进行管理：分配和回收。

内存的管理组要由分配和回收两个部分构成。V8的内存划分以下：

Zone：管理小块内存。其先本身申请一块内存，而后管理和分配一些小内存，当一块小内存被分配以后，不能被Zone回收，只能一次性回收Zone分配的全部小内存。当一个过程须要不少内存，Zone将须要分配大量的内存，却又不能及时回收，会致使内存不足状况。

堆：管理JavaScript使用的数据、生成的代码、哈希表等。为方便实现垃圾回收，堆被分为三个部分：
年轻分代：为新建立的对象分配内存空间，常常须要进行垃圾回收。为方便年轻分代中的内容回收，可再将年轻分代分为两半，一半用来分配，另外一半在回收时负责将以前还须要保留的对象复制过来。
年老分代：根据须要将年老的对象、指针、代码等数据保存起来，较少地进行垃圾回收。
大对象：为那些须要使用较多内存对象分配内存，固然一样可能包含数据和代码等分配的内存，一个页面只分配一个对象。

3.2 5.9版本

3.2.1引入Ignition字节码解释器的缘由

1).V8对代码的编译是在该段代码被执行时，所以代码须要被解析屡次--绿色代码（总的）先解析一次，当new Person被调用时黄色代码再解析一次，当doWork被调用时红色代码再解析一次。所以，若是闭包嵌套了n层，在Crankshaft预算正确的状况下，代码至少要被V8解析n次。

2).机器码占空间大，若是要将全部js直译的机器码缓存，占用的内存、磁盘空间很大，而退出浏览器再从新打开，执行使用缓存的时间也会很长。如此，Chrome的缓存之做用在js代码的最外层，真正的执行逻辑并无被缓存，这也是致使内存资源被占用被浪费的缘由。

字节码比机器码紧凑更多，能够下降代码内存的占有率

(来源: docs.google.com/presentatio…)

一样的内存分配下，内存占用减小，启动速度加快，使得V8能够指望提早编译全部js代码，并把字节码缓存，二次打开网站时速度就会更快。也就再也不须要Cranshaft这个旧的编译器，引用新的Turbofan直接从字节码优化，并当须要进行反优化的时候，直接反优化到字节码，而不是将机器码反优化到js源码。

(原文出处: docs.google.com/presentatio…)

3、总结

从上述V8引擎的设计特征总结来看，在编码过程当中应注意：

1. 类型。由于JS是动态类型语言，JavaScriptCore和V8都使用隐藏类和内嵌缓存来提升性能。为了下降反优化几率，一个函数应该使用较少的数据类型；对于对象，应尽可能存放相同类型的数据。
2. 内存。及时回收不用的内存，再也不使用的对象设置为null。
3. 优化回滚。闭包嵌套层数不要过多，且执行屡次后，尽可能不修改对象类型。
4. 动态属性。屡次New 一个相同的对象时，最好以相同的顺序初始化动态属性，以便隐藏类能够被复用。