sec4fun
0%

Javascript引擎-V8

发表于 更新于 分类于
本文字数： 3.9k 阅读时长 ≈ 4 分钟

JavaScirpt引擎将JS代码编译为不同CPU(Intel, ARM以及MIPS等)对应的汇编代码，还负责执行代码、分配内存以及垃圾回收。

比较著名的javascript引擎：

V8

V8是最流行的Javascript引擎，Chrome(市场占有率60%)与Node.js(JS后端编程的事实标准)都使用了V8引擎。

严格来讲，V8所生成的代码是汇编代码而非机器代码，但是V8相关的文档、博客以及其他资料都把V8生成的代码称作machine code。

以下是关于V8的粗浅认识，参考自其他博主。

结构

V8由许多子模块构成，其中最重要的四个：

  • Parser：负责将JavaScript源码转换为Abstract Syntax Tree (AST)
  • Ignition：interpreter，即解释器，负责将AST转换为Bytecode，解释执行Bytecode；同时收集TurboFan优化编译所需的信息，比如函数参数的类型；
  • TurboFan：compiler，即编译器，利用Ignitio所收集的类型信息，将Bytecode转换为优化的汇编代码；
  • Orinoco：garbage collector，垃圾回收模块，负责将程序不再需要的内存空间回收；
V8流程图

Parser将JS源码转换为AST，然后Ignition将AST转换为Bytecode，最后TurboFan将Bytecode转换为经过优化的Machine Code(实际上是汇编代码)。

  • 如果函数没有被调用，则V8不会去编译它。
  • 如果函数只被调用1次，则Ignition将其编译Bytecode就直接解释执行了。TurboFan不会进行优化编译，因为它需要Ignition收集函数执行时的类型信息。这就要求函数至少需要执行1次，TurboFan才有可能进行优化编译。
  • 如果函数被调用多次，则它有可能会被识别为热点函数，且Ignition收集的类型信息证明可以进行优化编译的话，这时TurboFan则会将Bytecode编译为Optimized Machine Code，以提高代码的执行性能。

对于JavaScript来说，我们可以直接执行源码(比如：node server.js)，它是在运行的时候先编译再执行，这种方式被称为即时编译(Just-in-time compilation)，简称为JIT。因此，V8也属于JIT编译器。

以下主要涉及到对解释器和编译器的粗浅认识。

Ignition：解释器

example：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
function factorial(N) {
    if (N === 1) {
        return 1;
    } else {
        return N * factorial(N - 1);
    }
}

factorial(10);

使用node命令(node版本为12.6.0)的--print-bytecode选项，可以打印出Ignition生成的Bytecode。

1
node --print-bytecode factorial.js

控制台输出的内容非常多，最后是factorial函数的Bytecode:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
[generated bytecode for function: factorial]
Parameter count 2
Register count 3
Frame size 24
   18 E> 0x127cbbb5685e @    0 : a5                StackCheck
   27 S> 0x127cbbb5685f @    1 : 0c 01             LdaSmi [1]
   31 E> 0x127cbbb56861 @    3 : 68 02 00          TestEqualStrict a0, [0]
         0x127cbbb56864 @    6 : 99 05             JumpIfFalse [5] (0x127cbbb56869 @ 11)
   46 S> 0x127cbbb56866 @    8 : 0c 01             LdaSmi [1]
   55 S> 0x127cbbb56868 @   10 : a9                Return
   75 S> 0x127cbbb56869 @   11 : 1b 04             LdaImmutableCurrentContextSlot [4]
         0x127cbbb5686b @   13 : 26 fa             Star r1
         0x127cbbb5686d @   15 : 25 02             Ldar a0
   95 E> 0x127cbbb5686f @   17 : 41 01 02          SubSmi [1], [2]
         0x127cbbb56872 @   20 : 26 f9             Star r2
   84 E> 0x127cbbb56874 @   22 : 5d fa f9 03       CallUndefinedReceiver1 r1, r2, [3]
   83 E> 0x127cbbb56878 @   26 : 36 02 01          Mul a0, [1]
   99 S> 0x127cbbb5687b @   29 : a9                Return
Constant pool (size = 0)
Handler Table (size = 0)

可以看到，Bytecode并不是一般意义上的汇编代码，并没有对应CPU指令集，或者说对应的是一个抽象出来的汇编指令集，这样引入的中间层可以保证V8针对不同的CPU简化编译流程。

TurboFan：编译器

TurboFan根据类型信息来简化代码执行流程，它还会进行其他优化，比如减少冗余代码等更复杂的事情。

使用node命令的--print-code以及--print-opt-code选项，打印出TurboFan生成的汇编代码。

1
node --print-code --print-opt-code factorial.js
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
kind = REGEXP
name = ^([A-Z][a-z]+)+$
compiler = unknown
address = 0x7fffd74f95e0

Instructions (size = 1263)
0x81451ec2040     0  e983020000     jmp 0x81451ec22c8  <+0x288>
0x81451ec2045     5  4883e904       REX.W subq rcx,0x4
0x81451ec2049     9  c701c0020000   movl [rcx],0x2c0
0x81451ec204f     f  48a1a0040f0300000000 REX.W movq rax,(0x30f04a0)
0x81451ec2059    19  483bc8         REX.W cmpq rcx,rax
0x81451ec205c    1c  0f8705000000   ja 0x81451ec2067  <+0x27>
0x81451ec2062    22  e840040000     call 0x81451ec24a7  <+0x467>
0x81451ec2067    27  488d47ff       REX.W leaq rax,[rdi-0x1]
0x81451ec206b    2b  483b45b8       REX.W cmpq rax,[rbp-0x48]
0x81451ec206f    2f  0f859a030000   jnz 0x81451ec240f  <+0x3cf>
0x81451ec2075    35  48897db0       REX.W movq [rbp-0x50],rdi
0x81451ec2079    39  488b4590       REX.W movq rax,[rbp-0x70]
0x81451ec207d    3d  4883e904       REX.W subq rcx,0x4
0x81451ec2081    41  8901           movl [rcx],rax
0x81451ec2083    43  48c7459000000000 REX.W movq [rbp-0x70],0x0
0x81451ec208b    4b  4883e904       REX.W subq rcx,0x4
0x81451ec208f    4f  c70191020000   movl [rcx],0x291
...

针对不同的CPU，生成的汇编代码也不相同。

当然，理解TurboFan最重要的是其如何优化所生成的汇编代码。

以下通过add函数来梳理整个过程。

1
2
3
4
5
6
7
8
function add(x, y) {
    return x + y;
}

add(1, 2);
add(3, 4);
add(5, 6);
add("7", "8");

由于JS的变量是没有类型的，所以add函数的参数可以是任意类型：Number、String、Boolean等，这就意味着add函数可能是数字相加(V8还会区分整数和浮点数)，可能是字符串拼接，也可能是其他更复杂的操作。如果直接编译的话，生成的代码比如会有很多if…else分支去先判断参数类型。

由于Ignition在执行add(1, 2)时，已经知道add函数的两个参数都是整数，那么TurboFan在编译Bytecode时，就可以假定add函数的参数是整数，这样可以极大地简化生成的汇编代码。

这样做也是有风险的，因为如果add函数参数不是整数，那么生成的汇编代码也没法执行，只能Deoptimize为Bytecode来执行。

但如果我们的JS代码中变量的类型变来变去，是会给V8引擎增加不少麻烦的，为了提高性能，我们可以尽量不要去改变变量的类型。

…