走向核心的探索 — V8引擎初探

前言

这段时间在写编译原理的课设，对于编译器的实现算是入了个门，着就激起了我心中的一个本源问题，JavaScript的引擎究竟是什么样子的，V8直接致使了Node.js时代，JavaScript能作的事情愈来愈多。做为一个出色的JavaScript引擎，他的模式值得咱们思考和学习。

那么V8引擎究竟是怎么工做的呢？

两个编译器的故事

V8会编译全部JavaScript到原生代码，而在V8中，有两个编译器在运行着：一个运行比较快，输出着通常的代码，另外一个运行的没有那么快，可是尽力的输出着优化过的代码。

第一个编译器 — full-codegen 编译器

输出通常代码的那个编译器在内部被称为：full-codegen(全代码生成) 编译器。它接受一个函数的抽象语法树，遍历语法树，直接生产汇编代码。经过获取被解析过的函数源代码(抽象语法树)，带有类型记录缓存的原生代码。它是一个很通常的编译器，运行了通常编译器从语法分析后直到代码生成的过程。

全部本地的变量没有被存放在寄存器中，而是都放在了栈或者堆里面。全部被嵌套函数引用的变量所有被存在了堆里面，这个堆决定了在函数上下文中，哪些函数被定义了。编译器会根据状况把这些值放进寄存器里面，并执行具体工做。而对于存在栈里面的变量，栈顶的几个变量会暂时的在寄存器内缓存。而更复杂的状况，则有实时处理程序来管理。这个编译器会记录语句执行的上下文，这样就能直接跳到须要执行的块，而不是把变量放进寄存器，测试这个量是否是0，而后产生分支(大概就是汇编里面的TEST，JNZ的步骤吧)。相似于简单的算数求值也会在这里被优化进行。

这个编译器使用了一个很是重要的技术来优化代码—— inline caching。编译的时候有这样的缓存，直接能够用于赋值、一元运算、二元运算、函数调用、属性获取还有比较值。inline caching 还向另外一个优化编译器提供了类型源数据。而inline caching 在编译的时候，缓存了键和值的储存，而通常的操做并不会触发inline caching。

类型反馈

当V8引擎第一次看到一个函数的时候，他只直接创建语法树，不作其余事情。直到第一次调用函数的时候，V8才第一次跑full-codegen 编译。但这种有点偷懒的作法，在代码开始运行后有了变化。运行开始后，会触发分析线程，这个线程负责看看代码跑的怎么样，那些函数是热点函数。

这种偷懒，静观其变的作法，让V8引擎能够跟踪类型变化，记录相应数据。当V8发现了热点函数，以为这个函数能够帮一把的时候，他就把类型反馈数据给编译器。运行时的类型反馈数据会被记录。

Unknown
           |   \____________
           |                |
      Primitive       Non-primitive
           |   \_______     |
           |           |    |
        Number       String |
         /   \         |    |
    Double  Integer32  |   /
        |      |      /   /
        |     Smi    /   /
        |      |    / __/
        Uninitialized.
复制代码

每次看到新的值，就计算这个值的类型，而后和旧的值类型进行运算。最初的变量类型是Uninitialized(未初始化)。因此当看到一个整型的时候，若是他的大小在Smi (small integer) 范围内的时候，会直接在类型反馈里面推断，它是一个Smi。可是当看到这个值变成了Double了，那么作运算后，这个值的推断直接变为Number。推断每次的结果就是寻找了两个值的最近共同parent。在内部作了类型预估，让编译器能够有目的的优化。

类型反馈数据和抽象语法树是相互联系的，函数的热度是由一个整型记录的，相应的从full-codegen获取热点节点标记信息，并把这些信息送给编译器作进一步优化。

到了这里，这个过程开始变得有一些复杂了。这个过程里面须要实现对于编译器栈的向上向下兼容。编译器须要得到操做数和结果的类型反馈，而且还要能准确的找到这个数据。而后你还要可以把这些东西从新和抽象语法树关联起来，编译器才能从语法树有目的优化代码。

V8在这个过程上，经过把数据分析成TypeFeedbackOracle对象，而且把这个对象和特定的语法树节点联系。最终，V8经过访问语法树的节点就会经过这个对象进行，这个对象也可以优化编译过程。

第二个编译器 — crankshaft 编译器

一旦V8肯定了热点函数，获得了类型反馈的信息，他就会尝试带着这些信息来运行优化编译器。优化编译器在市面上称为crankshaft(轴心) 编译器，虽然在源代码上面并无这样命名。实际上，crankshaft 编译器在源代码里面是由四个过程组成的：带有类型反馈的抽象语法树->高级别中间代码->低级别中间代码->优化过的原生代码。

高级别中间代码是编译器前端造成的代码，而低级别中间代码是后端使用的中间代码，经过前端后端双重的优化，让V8引擎对热点函数有更好的处理。

总结

V8引擎采用惰性优化的方式来提升性能，经过针对运行时的热点函数优化，快编译和慢优化的结合，并且经过合理的类型推断解决的JavaScript的类型问题。这只是对V8早期版本的一个概念分析，可是我已经开始接触到了V8优化的魔法。

参考资料：

http://wingolog.org/archives/2011/07/05/v8-a-tale-of-two-compilers#ffc2b5d74c27fa60d75658244fee88e6fa783afb

https://github.com/v8/v8/tree/master/src