「译」JavaScript 究竟是如何工作的？（第一部分）

如果你是一个 JS 开发者或者是正在学习这门语言的学生，很大概率上你会遇到双字母词"V8"。在这篇文章中，我将会为你简述不同的 JS 引擎并深入探究 V8 引擎的工作机制。文章的第二部分涵盖了内存管理的概念，不久后将发布。

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编程语言是如何工作的？

在开始讲解 JavaScript 之前，我们首先要理解任意一门编程语言的基本工作方式。电脑是由微处理器构成的，我们通过书写代码来命令这台小巧但功能强大的机器。但是微处理器能理解什么语言？它们无法理解 Java，Python 等语言，而只懂机器码。

用机器语言或汇编语言编写企业级代码是不可行的，因此我们需要像 Java，Python 这样配带一个解释器或者编译器用于将其转换为机器码的高级语言。

编译器和解释器

编译器/解释器可以用它处理的语言或任何其他语言来编写。

解释器：一行一行地快速读取和翻译文件。这就是 JavaScript 最初的工作原理。

编译器：编译器提前运行并创建一个文件，其中包含了输入文件的机器码转换。

有两种途径可以将 JavaScript 代码转换为机器码。编译代码时，机器对代码开始运行前将要发生的事情有更好的理解，这将加快稍后的执行速度。不过，在这个过程之前需要花费时间。

另一方面，解释代码时，执行是立即的，因此要更快，但是缺乏优化导致它在大型应用程序下运行缓慢。

创建 ECMAScript 引擎的人很聪明，他们集二者之长开发了 JIT(Just-in-time) 编译器。JavaScript 同时被编译和解释，但实际实现和顺序取决于引擎。我们将会看到 V8 团队采用的是什么策略。

从 JavaScript 到机器码

就 JavaScript 而言，有一个引擎将其转换为机器码。和其他语言类似，引擎可以用任何语言来开发，因此这样的引擎不止一个。

• V8 是谷歌针对 Chorme 浏览器的引擎实现。
• SpiderMonkey 是第一个引擎，针对网景浏览器开发，现用于驱动 FireFox。
• JavaScriptCore 是苹果针对 Safari 浏览器使用的引擎。

还有很多，如果你想知道 Internet Explorer 背后的引擎，查看 这个维基百科页面 .

ECMAScript

面对这么多的引擎，你可能会问：我可以开发自己的引擎吗？可以，只要遵循 ECMAScript 标准。

如果我们打算做一个翻译器，那么就必须知道这两门语言的有效字。我们已经知道机器语言中什么是有效的了，但是对于 JavaScript，这是需要进行标准化的。

JavaScript 的标准化工作是由 Ecma 国际组织负责的，相关规范被称为 ECMAScript 或者 ES。因此，当你看到一篇文章/视频提到“ES7 有什么新特性？”时，你就知道它代表的是 ECMAScript 标准中新增的 JS 特性。

V8 引擎

部分历史

谷歌针对浏览器开发了谷歌地图，而这对浏览器的处理能力提出了很高的要求。那时的 JavaScript 实现尚不足以快速地运行地图。谷歌想要吸引更多的用户使用这项服务，从而进行广告销售并牟利。基于这个原因，这项服务必须快速且稳定。因此谷歌自己用 C++ 开发了 V8 引擎并在 2008 年启用，它的速度很快，或者就像一些人说的，它的速度是最快的。

解析和构建树

JavaScript 文件进入引擎后，解析器进行词法解析，它将代码分解成 token 以确定它们的含义。这些 token 组成了 AST(抽象语法树)。

编译器在语义分析中验证语言元素和关键词的正确用法，而 ASTs 在这个过程中扮演着重要的角色。之后，ASTs 被用于生成实际的字节码或者机器码。

引擎的核心

• 我们之前谈到，JavaScript 是由 Ignition 这个解释器解释的，同时由 TurboFan 这个 JIT 优化编译器进行编译。
• 首先，前面步骤生成的 ASTs 传递给解释器，该解释器迅速生成未经过优化的机器码，并且其执行是无延迟的。
• Profiler 在代码运行时进行观察，找出可以进行优化的地方。例如，一个‘for’循环跑了 100 次，但是每次迭代产生的结果都是一样的。
• 使用这个分析器后，任何未优化的代码都将传递给编译器以进行优化，同时生成机器码，它最终会替换掉之前由解释器生成的未优化代码中的对应部分。
• 随着分析器和编译器不断地更改字节码，JavaScript 的执行性能逐渐提高。

更多历史

在V8 的 5.9 版本推出之前，它使用两个优化编译器和一个基线编译器。

• 基线编译器 full-codegen 迅速生成未优化的机器码。
• 两个优化编译器 Crankshaft 和 TurboFan 用于优化代码。

JavaScript 增加了新的特性后，架构的复杂度上升，维护相同的管道对 V8 团队来说变得更加困难了。如果你想阅读更多相关的旧方法以及转向新管道的原因，可以访问 他们的网站 。

放眼未来

随着更多进一步提升性能的研究的进行，V8 引擎的工作机制在未来还可能发生变化。此外，随着 Webassembly 逐渐成形，可能会向管道添加额外步骤。

结论

ECMAScript 引擎的实现有很多，其中以谷歌的 V8 最为出名。希望这篇文章的简述不仅可以帮助你理解 JavaScript 的工作原理，还能从大体上了解一门编程语言的工作原理。如果你想了解 V8 团队的未来计划或者引擎的细节，这里有一篇很不错的 博客 。

本文的第二部分将会在不久后发布，其中将谈到内存堆，栈，事件循环以及更多与 JavaScript 代码执行相关的概念。敬请关注！

如果你不清楚 Node.js 在其中的作用，我这里碰巧写了一篇不错的文章：

What exactly is Node.js?)