Nodejs与V8引擎及原理

骑猪看日落 2022-05-08 11:22 326阅读 0赞

对于了解`Node`的开发人员，我们都知道`Node`是基于`Chrome V8`引擎开发的能使`JavaScript`在服务器端运行的运行时环境（`runtime` `environment`）。一方面，它提供了多种可调用的`API`，如读写文件、网络请求、系统信息等。另一方面，因为`CPU`执行的是机器码，它还负责将`JavaScript`代码解释成机器指令序列执行，这部分工作是由`V8引擎`完成。

## Motivation ##

`JavaScript` 是一款拥有「自动垃圾回收」功能的编程语言。

市面上具有这样功能的语言，一般都是拥有相对应的虚拟机的，像 `Java`的`JVM` ，`C#`的`CLR` ，`PHP`的`Zend`。

虚拟机一般实现了代码解析，内存的管理、布局、垃圾回收等功能。

不像`C/C++`这种没有虚拟机的语言，它们需要手动管理内存。

`C/C++`语言编译后的文件，是可以直接运行的。

我认为学习一门开发语言，除了知道一些语法上的使用，各种`API`的调用以外。学习相应的虚拟机也是很有必要的。而 `JavaScript` 由于其特殊的历史原因，并不是只有 `V8` 一个引擎。但是目前 `V8` 它是业界最优秀的 `JavaScript` 引擎，也就成为了一个学习样本。

如今的 `JavaScript` 不仅仅是用在浏览器端了，也因为 `NodeJS` 的关系得以在服务器端运行。和浏览器端不同的地方在于服务器端对资源的敏感性是很高的。当业务规模大了，并发量上来了，一些很细小的问题会放大。这时候一些小小的内存泄漏，都会酿造灾难。

所以作为一个 `JavaScript` 开发者，搞清楚从敲入 `console.log('hello world')` ，直到后面交由`CPU`执行的中间过程是很重要的。

这也对如何用 `JavaScript` 这门松散的语言编写出高质量的代码是具有指导作用的。

想真正做到 `JavaScript` 全栈，路漫漫其修远兮。

## NodeJS 概述 ##

根据百度百科解释，`Node.js`是一套用来编写高性能网络服务器的`JavaScript`工具包。`Node.js`是一个可以快速构建网络服务及应用的平台，该平台的构建是基于`Chrome's JavaScript runtime`，也就是说，实际上它是对`GoogleV8`引擎（应用于`Google Chrome`浏览器)进行了封装。`V8`引 擎执行`Javascript`的速度非常快，性能非常好。

`NodeJS`并不是提供简单的封装，然后提供`API`调用，如果是这样的话那么它就不会有现在这么火了。`Node`对一些特殊用例进行了优化，提供了替代的`API`，使得`V8`在非浏览器环境下运行得更好。例如，在服务器环境中，处理二进制数据通常是必不可少的，但`Javascript`对此支持不足，因此，`V8.Node`增加了`Buffer`类，方便并且高效地 处理二进制数据。因此，`Node`不仅仅简单的使用了`V8`,还对其进行了优化，使其在各环境下更加给力。

## 即时编译JIT 概述 ##

`V8`采用即时编译技术（`JIT`），直接将`JavaScript`代码编译成本地平台的机器码。宏观上看，其步骤为`JavaScript`源码—>抽象语法树—>本地机器码，并且后一个步骤只依赖前一个步骤。这与其他解释器不同，例如`Java`语言需要先将源码编译成字节码，然后给`JVM`解释执行，`JVM`根据优化策略，运行过程中有选择地将一部分字节码编译成本地机器码。`V8`不生成中间代码，一步到位，编译成机器码，`CPU`就开始执行了。比起生成中间码解释执行的方式，`V8`的策略省去了一个步骤，程序会更早地开始运行。并且执行编译好的机器指令，也比解释执行中间码的速度更快。不足的是，缺少字节码这个中间表示，使得代码优化变得更困难。

## V8 概述 ##

`V8` 作为一个 `JavaScript` 引擎，最初是服役于 `Google Chrome` 浏览器的。它随着 `Chrome` 的第一版发布而发布以及开源。现在它除了 `Chrome` 浏览器，已经有很多其他的使用者了。诸如 `NodeJS`、`MongoDB`、`CouchDB` 等。

`JavaScript` 作为 `Prototype-Based Language` , 基于它使用 `Prototype` 继承的特征，`V8` 使用了直译的方式，即把 `JavaScript` 代码直接编译成机器码( `Machine Code`, 有些地方也叫 `Native Code` )，然后直接交由硬件执行。

与传统的「编译-解析-执行」的流程不同，`V8` 处理 `JavaScript`，并没有二进制码或其他的中间码。

简单来说，`V8`主要工作就是：「把 `JavaScript` 直译成机器码，然后运行」

但这中间，往往是一个复杂的过程，它需要处理很多的难题，诸如：

编译优化
    
    内存管理
    
    垃圾回收

## V8 In NodeJS/NodeJS源码小览 ##

NodeJS，是怎么引入V8的？

我们关注 Node的源码 目录：

.
    ├── ...
    ├── deps
    │   ├── ...
    │   ├── v8
    │   ├── ...
    ├── ...
    ├── lib
    │   ├── ...
    │   ├── buffer.js
    │   ├── child_process.js
    │   ├── console.js
    │   ├── ...
    ├── node -> out/Release/node
    ├── ...
    ├── out
    │   ├── ...
    │   ├── Release
    |         ├── node
    |         ├── node.d
    |         ├── obj
    |             └── gen
    |                 ├── ...
    |                 ├── node_natives.h
    |                 ├── ...
    │   ├── ...
    ├── src
    │   ├── ...
    │   ├── debug-agent.cc
    │   ├── debug-agent.h
    │   ├── env-inl.h
    │   ├── env.cc
    │   ├── ...
    ├── 
    ...

需要关注的几个目录和文件：

/deps/v8 ：这里是V8源码所在文件夹，你会发现里面的目录结构跟 V8源码 十分相似。NodeJS除了移植V8源码，还在增添了一些内容。

/src ：由C/C++编写的核心模块所在文件夹，由C/C++编写的这部分模块被称为「Builtin Module」

/lib ：由JavaScript编写的核心模块所在文件夹，这部分被称为「Native Code」，在编译Node源码的时候，会采用V8附带的 js2c.py 工具，把所有内置的JavaScript代码转换成C++里面的数组，生成 out/Release/obj/gen/node\_natives.h 文件。有些 Native Module 需要借助于 Builtin Module 实现背后的功能。

/out ：该目录是Node源码编译(命令行运行 make )后生成的目录，里面包含了Node的可执行文件。当在命令行中键入 node xxx.js ，实际就是运行了 out/Release/node 文件。

来张图说明一下V8在Node运行时的整体过程。

![70][]

Node在启动的时候，就已经把 Native Module，Builtin Module 加载到内存里面了。后来的 JavaScript 代码，就需要通过 V8 进行动态编译解析运行。

转自:[https://segmentfault.com/a/1190000014722508?utm\_source=index-hottest][https_segmentfault.com_a_1190000014722508_utm_source_index-hottest]

[70]: /images/20220508/b89db26a69384241aa5c679834a48079.png
[https_segmentfault.com_a_1190000014722508_utm_source_index-hottest]: https://segmentfault.com/a/1190000014722508?utm_source=index-hottest