JavaScript運行原理解析

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寫在前面的話：

發現使用了那麼長時間的JavaScript，但是對其運行原理還是不清晰，今天特意總結一下，把大神們的理論和自己的總結都記錄到下面；

1. 什麼是javascript解析引擎？

簡單地說，JavaScript解析引擎就是能夠“讀懂”JavaScript代碼，並準確地給出代碼運行結果的一段程式。比方說，當你寫了 var a = 1 + 1; 這樣一段代碼，JavaScript引擎做的事情就是看懂（解析）你這段代碼，並且將a的值變為2。

 

學過編譯原理的人都知道，對於靜態語言來說（如Java、C++、C），處理上述這些事情的叫編譯器（Compiler），相應地對於JavaScript這樣的動態語言則叫解譯器（Interpreter）。這兩者的區別用一句話來概括就是：編譯器是將原始碼編譯為另外一種代碼（比如機器碼，或者位元組碼），而解譯器是直接解析並將代碼運行結果輸出。 比方說，firebug的console就是一個JavaScript的解譯器。

但是，現在很難去界定說，JavaScript引擎它到底算是個解譯器還是個編譯器，因為，比如像V8（Chrome的js引擎），它其實為了提高JS的運行效能，在運行之前會先將JS編譯為本地的機器碼（native machine code），然後再去執行機器碼（這樣速度就快很多），相信大家對JIT（Just In Time Compilation）一定不陌生吧。

我個人認為，不需要過分去強調JavaScript解析引擎到底是什麼，瞭解它究竟做了什麼事情我個人認為就可以了。對於編譯器或者解譯器究竟是如何看懂代碼的，翻出大學編譯課的教材就可以了。這裡還要強調的就是，JavaScript引擎本身也是程式，代碼編寫而成。比如V8就是用C/C++寫的。

2. JavaScript解析引擎與ECMAScript是什麼關係？

JavaScript引擎是一段程式，我們寫的JavaScript代碼也是程式，如何讓程式去讀懂程式呢？這就需要定義規則。比如，之前提到的var a = 1 + 1;，它表示：

 

• 左邊var代表了這是申明（declaration），它申明了a這個變數
• 右邊的+表示要將1和1做加法
• 中間的等號表示了這是個指派陳述式
• 最後的分號表示這句語句結束了

 

上述這些就是規則，有了它就等於有了衡量的標準，JavaScript引擎就可以根據這個標準去解析JavaScript代碼了。那麼這裡的ECMAScript就是定義了這些規則。其中ECMAScript 262這份文檔，就是對JavaScript這門語言定義了一整套完整的標準。其中包括：

• var，if，else，break，continue等是JavaScript的關鍵詞
• abstract，int，long等是JavaScript保留詞
• 怎麼樣算是數字、怎麼樣算是字串等等
• 定義了操作符（+，-，>，<等）
• 定義了JavaScript的文法
• 定義了對錶達式，語句等標準的處理演算法，比如遇到==該如何處理
• ??

標準的JavaScript引擎就會根據這套文檔去實現，注意這裡強調了標準，因為也有不按照標準來實現的，比如IE的JS引擎。這也是為什麼JavaScript會有相容性的問題。至於為什麼IE的JS引擎不按照標準來實現，就要說到瀏覽器大戰了，這裡就不贅述了，自行Google之。

所以，簡單的說，ECMAScript定義了語言的標準，JavaScript引擎根據它來實現，這就是兩者的關係。

 

3. JavaScript解析引擎與瀏覽器又是什麼關係？

 

簡單地說，JavaScript引擎是瀏覽器的組成部分之一。因為瀏覽器還要做很多別的事情，比如解析頁面、渲染頁面、Cookie管理、記錄等等。那麼，既然是組成部分，因此一般情況下JavaScript引擎都是瀏覽器開發商自行開發的。比如：IE9的Chakra、Firefox的TraceMonkey、Chrome的V8等等。

從而也看出，不同瀏覽器都採用了不同的JavaScript引擎。因此，我們只能說要深入瞭解哪個JavaScript引擎。

4.為什麼JavaScript是單線程？

JavaScript語言的一大特點就是單線程，也就是說，同一個時間只能做一件事。那麼，為什麼JavaScript不能有多個線程呢？這樣能提高效率啊。

JavaScript的單線程，與它的用途有關。作為瀏覽器指令碼語言，JavaScript的主要用途是與使用者互動，以及操作DOM。這決定了它只能是單線程，否則會帶來很複雜的同步問題。比如，假定JavaScript同時有兩個線程，一個線程在某個DOM節點上新增內容，另一個線程刪除了這個節點，這時瀏覽器應該以哪個線程為準？

 

所以，為了避免複雜性，從一誕生，JavaScript就是單線程，這已經成了這門語言的核心特徵，將來也不會改變。

為了利用多核CPU的計算能力，HTML5提出Web Worker標準，允許JavaScript指令碼建立多個線程，但是子線程完全受主線程式控制制，且不得操作DOM。所以，這個新標準並沒有改變JavaScript單線程的本質。

二、任務隊列

 

單線程就意味著，所有任務需要排隊，前一個任務結束，才會執行後一個任務。如果前一個任務耗時很長，後一個任務就不得不一直等著。

如果排隊是因為計算量大，CPU忙不過來，倒也算了，但是很多時候CPU是閑著的，因為IO裝置（輸入輸出裝置）很慢（比如Ajax操作從網路讀取資料），不得不等著結果出來，再往下執行。

JavaScript語言的設計者意識到，這時主線程完全可以不管IO裝置，掛起處於等待中的任務，先運行排在後面的任務。等到IO裝置返回了結果，再回過頭，把掛起的任務繼續執行下去。

於是，所有任務可以分成兩種，一種是同步任務（synchronous），另一種是非同步任務（asynchronous）。同步任務指的是，在主線程上排隊執行的任務，只有前一個任務執行完畢，才能執行後一個任務；非同步任務指的是，不進入主線程、而進入"任務隊列"（task queue）的任務，只有"任務隊列"通知主線程，某個非同步任務可以執行了，該任務才會進入主線程執行。

具體來說，非同步執行的運行機制如下。（同步執行也是如此，因為它可以被視為沒有非同步任務的非同步執行。）

 

（1）所有同步任務都在主線程上執行，形成一個執行棧（execution context stack）。

（2）主線程之外，還存在一個"任務隊列"（task queue）。只要非同步任務有了運行結果，就在"任務隊列"之中放置一個事件。

（3）一旦"執行棧"中的所有同步任務執行完畢，系統就會讀取"任務隊列"，看看裡面有哪些事件。那些對應的非同步任務，於是結束等待狀態，進入執行棧，開始執行。

（4）主線程不斷重複上面的第三步。

 

三、事件和回呼函數

"任務隊列"是一個事件的隊列（也可以理解成訊息的隊列），IO裝置完成一項任務，就在"任務隊列"中添加一個事件，表示相關的非同步任務可以進入"執行棧"了。主線程讀取"任務隊列"，就是讀取裡面有哪些事件。

"任務隊列"中的事件，除了IO裝置的事件以外，還包括一些使用者產生的事件（比如滑鼠點擊、頁面滾動等等）。只要指定過回呼函數，這些事件發生時就會進入"任務隊列"，等待主線程讀取。

所謂"回呼函數"（callback），就是那些會被主線程掛起來的代碼。非同步任務必須指定回呼函數，當主線程開始執行非同步任務，就是執行對應的回呼函數。

"任務隊列"是一個先進先出的資料結構，排在前面的事件，優先被主線程讀取。主線程的讀取過程基本上是自動的，只要執行棧一清空，"任務隊列"上第一位的事件就自動進入主線程。但是，由於存在後文提到的"定時器"功能，主線程首先要檢查一下執行時間，某些事件只有到了規定的時間，才能返回主線程。

四、Event Loop

主線程從"任務隊列"中讀取事件，這個過程是迴圈不斷的，所以整個的這種運行機制又稱為Event Loop（事件迴圈）。

為了更好地理解Event Loop，請看（轉引自Philip Roberts的演講《Help, I‘m stuck in an event-loop》）。

中，主線程啟動並執行時候，產生堆（heap）和棧（stack），棧中的代碼調用各種外部API，它們在"任務隊列"中加入各種事件（click，load，done）。只要棧中的代碼執行完畢，主線程就會去讀取"任務隊列"，依次執行那些事件所對應的回呼函數。

執行棧中的代碼（同步任務），總是在讀取"任務隊列"（非同步任務）之前執行。請看下面這個例子。

 

中，主線程啟動並執行時候，產生堆（heap）和棧（stack），棧中的代碼調用各種外部API，它們在"任務隊列"中加入各種事件（click，load，done）。只要棧中的代碼執行完畢，主線程就會去讀取"任務隊列"，依次執行那些事件所對應的回呼函數。

執行棧中的代碼（同步任務），總是在讀取"任務隊列"（非同步任務）之前執行。請看下面這個例子。

    var req = new XMLHttpRequest();    req.open(‘GET‘, url);        req.onload = function (){};        req.onerror = function (){};        req.send();

上面代碼中的req.send方法是Ajax操作向伺服器發送資料，它是一個非同步任務，意味著只有當前指令碼的所有代碼執行完，系統才會去讀取"任務隊列"。所以，它與下面的寫法等價。

    var req = new XMLHttpRequest();    req.open(‘GET‘, url);    req.send();    req.onload = function (){};        req.onerror = function (){};   

也就是說，指定回呼函數的部分（onload和onerror），在send()方法的前面或後面無關緊要，因為它們屬於執行棧的一部分，系統總是執行完它們，才會去讀取"任務隊列"。

五、定時器

除了放置非同步任務的事件，"任務隊列"還可以放置定時事件，即指定某些代碼在多少時間之後執行。這叫做"定時器"（timer）功能，也就是定時執行的代碼。

定時器功能主要由setTimeout()和setInterval()這兩個函數來完成，它們的內部運行機制完全一樣，區別在於前者指定的代碼是一次性執行，後者則為反覆執行。以下主要討論setTimeout()。

setTimeout()接受兩個參數，第一個是回呼函數，第二個是延遲執行的毫秒數。

console.log(1);setTimeout(function(){console.log(2);},1000);console.log(3);

上面代碼的執行結果是1，3，2，因為setTimeout()將第二行延遲到1000毫秒之後執行。

如果將setTimeout()的第二個參數設為0，就表示當前代碼執行完（執行棧清空）以後，立即執行（0毫秒間隔）指定的回呼函數。

setTimeout(function(){console.log(1);}, 0);console.log(2);

上面代碼的執行結果總是2，1，因為只有在執行完第二行以後，系統才會去執行"任務隊列"中的回呼函數。

總之，setTimeout(fn,0)的含義是，指定某個任務在主線程最早可得的空閑時間執行，也就是說，儘可能早得執行。它在"任務隊列"的尾部添加一個事件，因此要等到同步任務和"任務隊列"現有的事件都處理完，才會得到執行。

html5標準規定了setTimeout()的第二個參數的最小值（最短間隔），不得低於4毫秒，如果低於這個值，就會自動增加。在此之前，老版本的瀏覽器都將最短間隔設為10毫秒。另外，對於那些DOM的變動（尤其是涉及頁面重新渲染的部分），通常不會立即執行，而是每16毫秒執行一次。這時使用requestAnimationFrame()的效果要好於setTimeout()。

需要注意的是，setTimeout()只是將事件插入了"任務隊列"，必須等到當前代碼（執行棧）執行完，主線程才會去執行它指定的回呼函數。要是當前代碼耗時很長，有可能要等很久，所以並沒有辦法保證，回呼函數一定會在setTimeout()指定的時間執行。

總結：

以前只是認為javaScript只是一種簡單的指令碼語言而已，但是隨著深入之後慢慢的發現，javaScript還是很複雜的，知識點還是挺多的，JS執行原理大致上已經瞭解了，但是如果想要深入的話，還需要多努力，多看點書，高效能的javaScript和javaScript進階程式設計都還不錯

JavaScript運行原理解析