Javascript执行机制（六）V8 是怎么执行 JavaScript 代码的

发表于 2021-07-24 更新于 2024-11-19 分类于 JavaScript Waline：

这周在极客时间上买了李兵老师的另一门课，关于Google V8原理简介的课程。很多知识点，包括V8的整体执行流程，变量是如何存储的，对象是如何快速检索属性的，函数是如何编译的，闭包是如何实现的，不同的调用方法是是如何影响堆栈的分布的等。

感觉内容很多，就继续原本的系列，这一次总结下我看完以后对V8执行JavaScript的流程的理解。

处理器不能直接识别由高级语言所编写的代码，那怎么办呢？通常，要有两种方式来执行这些代码。

第一种是解释执行，需要先将输入的源代码通过解析器编译成中间代码，之后直接使用解释器解释执行中间代码，然后直接输出结果，这就需要解释器自己去模拟实现CPU和内存的一些特性，比如堆和栈。

第二种是编译执行。采用这种方式时，也需要先将源代码转换为中间代码，然后我们的编译器再将中间代码编译成机器代码。通常编译成的机器代码是以二进制文件形式存储的，需要执行这段程序的时候直接执行二进制文件就可以了。还可以使用虚拟机将编译后的机器代码保存在内存中，然后直接执行内存中的二进制代码。

那么，V8 作为 JavaScript 的虚拟机的一种，它到底是怎么执行 JavaScript 代码的呢？是解释执行，还是编译执行呢？

实际上，V8 并没有采用某种单一的技术，而是混合编译执行和解释执行这两种手段，我们把这种混合使用编译器和解释器的技术称为 JIT（Just In Time）技术。

这是一种权衡策略，因为这两种方法都各自有各自的优缺点，解释执行的启动速度快，但是执行时的速度慢，而编译执行的启动速度慢，但是执行时的速度快。你可以参考下面完整的 V8 执行 JavaScript 的流程图：

初始化环境

我们先看上图中的最左边的部分，在 V8 启动执行 JavaScript 之前，它还需要准备执行 JavaScript 时所需要的一些基础环境，这些基础环境包括了“堆空间”“栈空间”“全局执行上下文”“全局作用域”“消息循环系统”“内置函数”等，这些内容都是在执行 JavaScript 过程中需要使用到的，比如：

JavaScript 全局执行上下文就包含了执行过程中的全局信息，比如一些内置函数，全局变量等信息；
全局作用域包含了一些全局变量，在执行过程中的数据都需要存放在内存中；
而 V8 是采用了经典的堆和栈的内存管理模式，所以 V8 还需要初始化内存中的堆和栈结构；
另外，想要我们的 V8 系统活起来，还需要初始化消息循环系统，消息循环系统包含了消息驱动器和消息队列，它如同 V8 的心脏，不断接受消息并决策如何处理消息。

生成AST

基础环境准备好之后，接下来就可以向 V8 提交要执行的 JavaScript 代码了。

首先 V8 会接收到要执行的 JavaScript 源代码，不过这对 V8 来说只是一堆字符串，V8 并不能直接理解这段字符串的含义，它需要结构化这段字符串。

结构化，是指信息经过分析后可分解成多个互相关联的组成部分，各组成部分间有明确的层次结构，方便使用和维护，并有一定的操作规范。

V8 源代码的结构化之后，就生成了抽象语法树 (AST)，我们称为 AST，AST 是便于 V8 理解的结构。

关于如何生成AST的，可以看一下我另外一个关于Babel的系列博客，讲了Babel是如何将一串代码解析成AST的，虽然和V8不完全一样，但是解析的思路是相同的

生成字节码

有了 AST 和作用域之后，接下来就可以生成字节码了，字节码是介于 AST 和机器代码的中间代码。但是与特定类型的机器代码无关，解释器可以直接解释执行字节码，或者通过编译器将其编译为二进制的机器代码再执行。

这里还需要注意一点，在生成 AST 的同时，V8 还会生成相关的作用域，作用域中存放相关变量，这里又有两点比较关键的地方了，第一，作用域链，这个我之前的博客已经讲过了，还有就是，闭包是如何实现的，这一点其实很有意思，下一篇博客我再继续总结。

解释执行

好了，生成了字节码之后，解释器就登场了，它会按照顺序解释执行字节码，并输出执行结果。

相信你注意到了，我们在解释器附近画了个监控机器人，这是一个监控解释器执行状态的模块，在解释执行字节码的过程中，如果发现了某一段代码会被重复多次执行，那么监控机器人就会将这段代码标记为热点代码。

当某段代码被标记为热点代码后，V8 就会将这段字节码丢给优化编译器，优化编译器会在后台将字节码编译为二进制代码，然后再对编译后的二进制代码执行优化操作，优化后的二进制机器代码的执行效率会得到大幅提升。如果下面再执行到这段代码时，那么 V8 会优先选择优化之后的二进制代码，这样代码的执行速度就会大幅提升。

不过，和静态语言不同的是，JavaScript 是一种非常灵活的动态语言，对象的结构和属性是可以在运行时任意修改的，而经过优化编译器优化过的代码只能针对某种固定的结构，一旦在执行过程中，对象的结构被动态修改了，那么优化之后的代码势必会变成无效的代码，这时候优化编译器就需要执行反优化操作，经过反优化的代码，下次执行时就会回退到解释器解释执行。