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JavaScript引擎运行原理解析


1. 什么是JavaScript解析引擎?

简单地说,JavaScript解析引擎就是能够“读懂”JavaScript代码,并准确地给出代码运行结果的一段程序。比方说,当你写了 var a = 1 + 1; 这样一段代码,JavaScript引擎做的事情就是看懂(解析)你这段代码,并且将a的值变为2。

“JavaScript 引擎”通常被称作一种虚拟机。

JavaScript 虚拟机是一种进程虚拟机,专门设计来解释和执行的 JavaScript代码。
JavaScript 引擎的基本工作是把开发人员写的 JavaScript代码转换成高效、优化的代码,这样就可以通过浏览器进行解释甚至嵌入到应用中。每个JavaScript引擎都实现了一个版本的ECMAScript,JavaScript是它的一个分支。随着ECMAScript的不断发展,JavaScript引擎也不断改进。之所以有这么多不同的引擎,是因为它们每个都被设计运行在不同的web浏览器、headless浏览器、或者像Node.js那样的运行时环境中,它的唯一的目的就是读取和编译JavaScript代码。

常见的解析器:
在这里插入图片描述

1.解析引擎就是根据ECMAScript定义的语言标准来动态执行JavaScript字符串;
2.解析JS的过程分成两个阶段:语法检查阶段和运行阶段;
3.语法检查包括词法分析和语法分析,运行阶段又包括预解析和运行阶段(V8引擎会将JavaScript字符串编译成二进制代码,此过程应该归到语法检查过程中);
4.在JavaScript解析过程中,如遇错误就直接跳出当前代码块,直接执行下一个script代码段。所以在同一个script内的代码段有错误的话就不会执行下去,但是不会影响下一个script内的代码段。

第一阶段:语法检查

语法检查也是JavaScript解析器的工作之一,包括词法分析 和 语法分析,过程大致如下:

一:词法分析:JavaScript解释器先把JavaScript代码(字符串)的字符流按照ECMAScript标准转换为记号流

a = (b - c);

转换为记号流:

NAME "a"
EQUALS
OPEN_PARENTHESIS
 NAME "b"
MINUS 
NAME "c"
CLOSE_PARENTHESIS
SEMICOLON

二:语法分析:JavaScript语法分析器在经过词法分析后,将记号流按照ECMAScript标准把词法分析所产生的记号生成语法树。通俗地说就是把从程序中收集的信息存储到数据结构中,每取一个词法记号,就送入语法分析器进行分析。

语法分析不做的事:去掉注释,自动生成文档,提供错误位置(可以通过记录行号来提供)。
ECMAScript标准如下:

var,if,else,break,continue等是JavaScript的关键词
怎么样算是数字、怎么样算是字符串等等
定义了操作符(+,-,=)等操作符
定义了JavaScript的语法
定义了对表达式,语句等标准的处理算法,比如遇到==该如何处理

当语法检查正确无误之后,就可以进入运行阶段了。

第二阶段:运行阶段

一:预解析
第一步:创建执行上下文。解析器将语法检查正确后生成的语法树复制到当前执行上下文中。
第二步:属性填充。解析器会对语法树当中的变量声明、函数声明以及函数的形参进行属性填充。
预解析阶段创建的执行上下文包括:变量对象、作用域链、this
变量对象(Variable Object):由vardeclaration、function declaration(变量声明、函数声明)、arguments(参数)构成。变量对象是以单例形式存在。
作用域链(Scope Chain):variableobject + all parent scopes(变量对象以及所有父级作用域)构成。
this值:(thisValue):contentobject。this值在进入上下文阶段就确定了。一旦进入执行代码阶段,this值就不会变了。

栗子:

<script>
            console.log(a);
            var a = 1;
            function a(){console.log(2);}
            console.log(a);
            var a = 3;
            console.log(a);
            function a(){console.log(4);}
            console.log(a)
        </script>

第二行:会弹出functiona(){console.log(4);} ,因为预解析完成之后,被存进内存的a的值就是functiona(){console.log(4);}
第三行:第三行里有表达式,a被赋了一个新的值1表达式会改变变量的值。表达式可以改变预解析的值。
第四行:只是函数的声明,并没有用到表达式,而且也没有函数的调用,所以不会改变a的值。
第五行:因为a的值没有变化,所以还是1
第六行:使用了表达式,a被赋了一个新的值3
第七行:会弹出3
第八行:函数的声明,不会改变a的值。
第九行:a的值没有改变,所以还是3

为什么JavaScript是单线程?

JavaScript语言的一大特点就是单线程,也就是说,同一个时间只能做一件事。那么,为什么JavaScript不能有多个线程呢?这样能提高效率啊。

JavaScript的单线程,与它的用途有关。作为浏览器脚本语言,JavaScript的主要用途是与用户互动,以及操作DOM。这决定了它只能是单线程,否则会带来很复杂的同步问题。比如,假定JavaScript同时有两个线程,一个线程在某个DOM节点上添加内容,另一个线程删除了这个节点,这时浏览器应该以哪个线程为准?

所以,为了避免复杂性,从一诞生,JavaScript就是单线程,这已经成了这门语言的核心特征,将来也不会改变。

为了利用多核CPU的计算能力,HTML5提出Web Worker标准,允许JavaScript脚本创建多个线程,但是子线程完全受主线程控制,且不得操作DOM。所以,这个新标准并没有改变JavaScript单线程的本质。

任务队列

单线程就意味着,所有任务需要排队,前一个任务结束,才会执行后一个任务。如果前一个任务耗时很长,后一个任务就不得不一直等着。

如果排队是因为计算量大,CPU忙不过来,倒也算了,但是很多时候CPU是闲着的,因为IO设备(输入输出设备)很慢(比如Ajax操作从网络读取数据),不得不等着结果出来,再往下执行。

JavaScript语言的设计者意识到,这时主线程完全可以不管IO设备,挂起处于等待中的任务,先运行排在后面的任务。等到IO设备返回了结果,再回过头,把挂起的任务继续执行下去。

于是,所有任务可以分成两种,一种是同步任务(synchronous),另一种是异步任务(asynchronous)。同步任务指的是,在主线程上排队执行的任务,只有前一个任务执行完毕,才能执行后一个任务;异步任务指的是,不进入主线程、而进入"任务队列"(task queue)的任务,只有"任务队列"通知主线程,某个异步任务可以执行了,该任务才会进入主线程执行。

具体来说,异步执行的运行机制如下。(同步执行也是如此,因为它可以被视为没有异步任务的异步执行。)

(1)所有同步任务都在主线程上执行,形成一个执行栈(execution context stack)。

(2)主线程之外,还存在一个"任务队列"(task queue)。只要异步任务有了运行结果,就在"任务队列"之中放置一个事件。

(3)一旦"执行栈"中的所有同步任务执行完毕,系统就会读取"任务队列",看看里面有哪些事件。那些对应的异步任务,于是结束等待状态,进入执行栈,开始执行。

(4)主线程不断重复上面的第三步。
在这里插入图片描述

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