关于前端:深入讨论-V8

原文作者：Diogo Souza
原文链接：https://blog.appsignal.com/20...

大多数前端开发人员始终在探讨这个时尚词:V8。它的风行很大水平上是因为它将 JavaScript 的性能晋升到了一个新的程度。

是的，V8十分快。然而，它是如何施展其魔力的，为什么它会如此麻利？

官网文档指出，“ V8是用 C ++ 编写的Google的开源高性能JavaScript和WebAssembly引擎。它用于Chrome 和 Node.js 等。”

换句话说，V8是一个用c++开发的软件，能够将JavaScript转换成可执行机器代码。

Google Chrome和Node.js都只是将JavaScript代码传输到其最终目的地的桥梁：在该特定机器上运行的机器代码。

V8性能体现中的另一个重要角色是它的分代和超级准确的垃圾收集器。它通过优化，收集JavaScript不再须要的对象，使得占用内存低。

除此之外，V8还依附其余工具和性能来改善某些固有的 JavaScript 性能，这些性能在过来会使语言变慢(例如，它的动静个性)。

在本文中，咱们将更具体地探讨这些工具（Ignition 和 TurboFan）及其性能。除此之外，咱们还将介绍V8的外部性能，编译和垃圾回收过程，单线程性质等基础知识。

1、从根底开始

机器代码如何工作？简而言之，机器代码是一堆十分低级的指令，它们在机器内存的特定局部中执行。

应用 c++ 语言作为参考生成它与它相似的性能：

在进一步探讨之前，必须指出这是一个编译过程，它与 JavaScript 解释过程不同。实际上，编译器在过程完结时生成整个程序，而解释器作为程序自身来工作，它通过读取指令(通常作为脚本，比方JavaScript脚本)并将它们翻译成可执行命令来实现这项工作。

解释过程能够是动静的(解释器解析并只运行以后命令)，也能够是齐全解析的(即解释器在继续执行各自的机器指令之前首先齐全翻译脚本)。

回到图中，正如所见，编译过程通常从源代码开始。实现代码，保留并运行。运行的过程顺次从编译器开始。编译器是一个程序，像任何其余程序一样，运行在您的机器上。而后遍历所有代码并生成指标文件。那些文件就是机器代码。他们优化了运行在特定机器上的代码，这就是为什么当你从一个操作系统挪动到另一个操作系统时，你必须应用特定的编译器。

然而您不能执行独自的指标文件，您须要将它们合并成一个独自的文件，即家喻户晓的.exe文件(可执行文件)。那是链接器(linker)的工作。

最初，加载器是负责将exe文件中的代码传输到操作系统虚拟内存的代理。它基本上是一个转运体。在这里，您的程序终于启动并运行了。

听起来像是一个漫长的过程，不是吗?

在大多数状况下（除非您是在银行大型机中应用Assembly的开发人员），您都将破费工夫用高级语言进行编程：Java，C＃，Ruby，JavaScript等。

语言越高，速度越慢。这就是为什么 C 和 C++ 要快得多，它们十分靠近机器代码语言:汇编语言。

除了性能之外，V8的一个次要益处是能够超过ECMAScript规范，也能够了解c++

JavaScript 受限于 ECMAScript。而V8为了生存，就必须兼容但不限于它。

在V8中具备十分棒的集成C++个性的能力。C++曾经倒退的十分好的OS操作：文件解决和内存/线程解决，在JavaScript中领有所有这些能力是十分有用的。

如果您认真想想，Node.js自身就是以相似的形式诞生的。它采纳了相似的形式来降级到V8，再加上服务器和网络性能。

2、单线程

如果您是Node开发人员，那么您应该很分明V8的单线程性质。每个JavaScript执行上下文都与一个线程成正比。

当然，V8在后盾治理OS线程机制。它是一个简单的软件，并且能够同时执行许多工作，因而能够应用多个线程。

咱们有一个执行代码的主线程，另一个用于编译代码的线程（是的，每次编译新代码时咱们都无奈进行执行），还有一些用于解决垃圾回收，等等。

然而，V8为每个JavaScript执行上下文创立了一个单线程环境。其余的都在它的管制之下。

设想一下您应该执行JavaScript代码的函数调用栈。 JavaScript通过依照插入/调用每个函数的程序将一个函数重叠在另一个函数之上来工作。在介绍每个性能的内容之前，咱们无奈晓得它是否调用了其余性能。如果产生这种状况，那么被调用的函数将被搁置在堆栈中调用者之后。

例如，当波及到回调时，它们被搁置在堆栈的开端。

V8的次要工作之一是治理该堆栈组织和该过程所需的内存。

3、Ignition 和 TurboFan

自2017年5月公布5.9版以来，V8附带了一个新的JavaScript执行管道，该管道基于V8的解释器Ignition构建。它还包含更新更好的优化编译器-TurboFan。

这些变动齐全集中在整体性能上，以及Google开发人员在调整引擎以适应JavaScript畛域带来的所有疾速而显著的变动时所面临的艰难。

从我的项目一开始，V8的维护者就始终在放心是否找到一种好办法来进步V8的性能，使其与JavaScript的倒退速度保持一致。

当初咱们能够看到，在运行新引擎时，与最大的基准测试相比，有了微小的改良

起源: https://v8.dev/blog/launching...*

你能够在这里和这里浏览更多对于 Ignition and TurboFan

https://v8.dev/docs/ignition
https://v8.dev/docs/turbofan

4、暗藏类

这是V8的另一个魔术。JavaScript是一种动静语言。这意味着能够在执行期间增加、替换和删除新属性。这在Java这样的语言中是不可能的，例如，所有的货色(类、办法、对象和变量)都必须在程序执行之前定义，并且不能在应用程序启动后动静更改。

因为其非凡的性质，JavaScript解释器通常依据散列函数执行字典查找，以确切晓得该变量或对象在内存中的调配地位。

这在最终过程中破费很多。在其余语言中，创建对象时，它们会收到一个地址（指针）作为其隐式属性之一。这样，咱们就确切晓得它们在内存中的搁置地位以及要调配的空间。

应用 JavaScript，这是不可能的，因为咱们不能映射不存在的货色。这就是暗藏类统治的中央。

暗藏类简直和 Java 中的一样:动态类和固定类都有一个惟一的地址来定位它们。然而，V8并不是在程序执行之前执行，而是在运行时执行，每当对象构造产生动态变化时。

让咱们看一个例子来明确问题。思考以下代码片段：

function User(name, fone, address) {   this.name = name   this.phone = phone   this.address = address}

在 JavaScript 基于原型的性质下，每次咱们实例化一个新的 User 对象时，能够说：

var user = new User("John May", "+1 (555) 555-1234", "123 3rd Ave")

而后，V8创立一个新的暗藏类。咱们称它为_User0。

每个对象在内存中都有一个对其类示意的援用。它是类指针。此时，因为咱们刚刚实例化了一个新对象，所以在内存中只创立了一个暗藏类。它当初是空的。

当您执行此函数中的第一行代码时，将基于上一个暗藏类(这次是 _User1)创立一个新的暗藏类。

基本上，它是具备name 属性的 User 的内存地址。在咱们的示例中，咱们并没有应用仅具备名称的用户作为属性，然而每次您应用它时，都会加载暗藏的类V8作为参考。

name 属性被增加到内存缓冲区的偏移量0中，这意味着它将被视为最终程序中的第一个属性。

V8 will also add a transition value to the _User0 hidden class. This helps the interpreter to understand that every time a name property is added to a User object, the transition from _User0 to _User1 must be addressed.

V8还将向_User0暗藏类增加一个过渡值。这有助于解释器了解，每次将name属性增加到User对象时，都必须吹里从_User0到_User1的转换。

当调用函数的第二行时，雷同的过程再次发生，并创立一个新的暗藏类：

您能够看到，暗藏类跟踪堆栈。在由转换值保护的链中，一个暗藏类导致另一个暗藏类。

属性增加的程序决定了V8将要创立多少暗藏类。如果您更改咱们创立的代码片段中的行程序，还将创立不同的暗藏类。这就是为什么一些开发人员试图保护重用暗藏类的程序，从而缩小开销。

5、高速缓存

这是 JIT（Just In Time）编译器世界中十分广泛的术语。它与暗藏类的概念间接相干。

例如，每次调用将对象作为参数传递的函数时，V8都会查看此操作并思考：“嗯，该对象已胜利两次或屡次作为参数传递给该函数……为什么不将其存储在我的缓存用于未来的调用，而不是再次执行整个耗时的暗藏类验证过程？”

让咱们回顾一下最初一个例子：

function User(name, fone, address) { // Hidden class _User0   this.name = name // Hidden class _User1   this.phone = phone // Hidden class _User2   this.address = address // Hidden class _User3}

在将实例化的任意值作为参数的用户对象两次发送给一个函数后，V8将跳过暗藏类查找并间接转到偏移量的属性。这要快得多。

然而，请记住，如果在函数中更改任何属性调配的程序，则会产生不同的暗藏类，因而V8将无奈应用高速缓存性能。

这是一个很好的例子，阐明开发人员不应该不更深刻地理解引擎。相同，领有这些常识将帮忙您的代码执行得更好。

6、垃圾回收

你还记得咱们提到的V8在不同的线程中收集内存垃圾吗?所以，这很有帮忙，因为咱们的程序执行不会受到影响。

V8应用家喻户晓的“标记-革除策略”来收集内存中的死对象和旧对象。在这种策略中，GC扫描内存对象并将其标记为收集的阶段有点慢，因为它暂停执行以实现收集。

然而，V8是增量执行的。对于每个GC进行，V8尝试标记尽可能多的对象。它使所有都更快，因为在收集实现之前不须要进行整个执行。在大型应用程序中，性能改良会带来很大的不同。