【NodeJS】对于V8引擎的一点认识..

本是古典何须时尚 2022-06-04 10:24 294阅读 0赞

## JavaScript代码的编译与优化 ##

Node可以看作是JavaScript的运行时环境。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。

### 即时编译 ###

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。

### 隐藏类 ###

首先我们看一下C++/Java这种静态类型语言的每一个变量，都有一个唯一确定的类型。因为有类型信息，一个对象包含哪些成员和这些成员在对象中的偏移量等信息，编译阶段就可确定，执行时CPU只需要用对象首地址 —— 在C++中是this指针，加上成员在对象内部的偏移量即可访问内部成员。这些访问指令在编译阶段就生成了。  
　　但对于JavaScript这种动态语言，变量在运行时可以随时由不同类型的对象赋值，并且对象本身可以随时添加删除成员。访问对象属性需要的信息完全由运行时决定。为了实现按照索引的方式访问成员，V8“悄悄地”给运行中的对象分了类，在这个过程中产生了一种V8内部的数据结构，即隐藏类。隐藏类本身是一个对象。  
　　隐藏类起到给对象分组的作用。同一组的对象，具有相同的成员名称。隐藏类记录了成员名称和偏移量，根据这些信息，V8能够按照对象首地址+偏移量访问成员变量。

### 内联缓存 ###

上面讲到，借助隐藏类，可以使用数组索引的方式存取对象成员。但成员的索引值是以哈希表的方式存储在隐藏类中。如果每次访问属性都搜寻隐藏类的哈希表，那么这种使用偏移量的方式不会带来任何好处。  
　　内敛缓存是基于程序运行的局部性原理，动态生成使用索引查找的代码。下一次存取成员变量就不必再去搜寻哈希表。

### 优化回退 ###

V8 为了进一步提升JavaScript代码的执行效率，使用了Crankshaft编译器生成更高效的机器码。程序在运行时，V8会采集JavaScript代码运行数据。当V8发现某函数执行频繁，就将其标记为**热点函数**。针对热点函数，V8的策略较为乐观，倾向于认为此函数比较稳定，类型已经确定，于是调用Crankshaft编译器，生成更高效的机器码。后面的运行中，万一遇到类型变化，V8采取将JavaScript函数回退到优化前的较一般的情况。

function add(a, b){ 
        return a + b
    }
    for(var i=0; i<10000; ++i){ add(i, i); }
    add('a', 'b');

上述代码在执行for循环的过程中，每次调用add()函数，传入的参数是整型，运行一定次数后，V8可能把这个函数标记为热点函数，并根据每次运行传入的参数预测，此函数的参数a、b为整型。于是调用Crankshaft编译器生成相应的代码。但当循环退出，执行字符串想加时，V8只好将函数回退到一般状态。回退过程就是根据函数源码，生成相应的语法时，然后编译成一般形式的机器码。可以预见这个过程是比较耗时的，并且放弃了优化后的代码去执行一般形式的代码，因此要尽量避免触发。

那么再来看一个例子：

// 片段 1
    var person = {
        add: function(a, b){ 
            return a + b;
        }
    };
    obj.name = 'li';
    
    // 片段 2
    var person = {
        add: function(a, b){ 
            return a + b;
        },
    
        name: 'li'
    };

以上代码实现的功能相同，都是定义了一个对象，这个对象具有一个属性name和一个方法add()。但使用片段2的方式效率更高。片段1给对象obj添加了一个属性name，这会造成隐藏类的派生。给对象动态地添加和删除属性都会派生新的隐藏类。假如对象的add函数已经被优化，生成了更高效的代码，则因为添加或删除属性，这个改变后的对象无法使用优化后的代码。  
　　上面的优化回退的例子也启示我们，函数内部的参数类型越确定，V8越能够生成优化后的代码。我们也要避免优化回退，例如可以再编写一个专门针对字符串想加的函数，而不是一个函数同时处理整型和字符串。