JavaScript、Node.js與V8的關(guān)系

Cciradih 發(fā)布于2019-08-26 11:53 / 1949人閱讀

對(duì)于了解Node的開(kāi)發(fā)人員，我們都知道Node是基于Chrome V8引擎開(kāi)發(fā)的能使JavaScript在服務(wù)器端運(yùn)行的運(yùn)行時(shí)環(huán)境（runtime environment）。一方面，它提供了多種可調(diào)用的API，如讀寫(xiě)文件、網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求、系統(tǒng)信息等。另一方面，因?yàn)?b>CPU執(zhí)行的是機(jī)器碼，它還負(fù)責(zé)將JavaScript代碼解釋成機(jī)器指令序列執(zhí)行，這部分工作是由V8引擎完成。

Motivation

JavaScript 是一款擁有「自動(dòng)垃圾回收」功能的編程語(yǔ)言。

市面上具有這樣功能的語(yǔ)言，一般都是擁有相對(duì)應(yīng)的虛擬機(jī)的，像 Java的JVM ，C#的CLR ，PHP的Zend。

虛擬機(jī)一般實(shí)現(xiàn)了代碼解析，內(nèi)存的管理、布局、垃圾回收等功能。

不像C/C++這種沒(méi)有虛擬機(jī)的語(yǔ)言，它們需要手動(dòng)管理內(nèi)存。

C/C++語(yǔ)言編譯后的文件，是可以直接運(yùn)行的。

我認(rèn)為學(xué)習(xí)一門(mén)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，除了知道一些語(yǔ)法上的使用，各種API的調(diào)用以外。學(xué)習(xí)相應(yīng)的虛擬機(jī)也是很有必要的。而 JavaScript 由于其特殊的歷史原因，并不是只有 V8 一個(gè)引擎。但是目前 V8 它是業(yè)界最優(yōu)秀的 JavaScript 引擎，也就成為了一個(gè)學(xué)習(xí)樣本。

如今的 JavaScript 不僅僅是用在瀏覽器端了，也因?yàn)?NodeJS 的關(guān)系得以在服務(wù)器端運(yùn)行。和瀏覽器端不同的地方在于服務(wù)器端對(duì)資源的敏感性是很高的。當(dāng)業(yè)務(wù)規(guī)模大了，并發(fā)量上來(lái)了，一些很細(xì)小的問(wèn)題會(huì)放大。這時(shí)候一些小小的內(nèi)存泄漏，都會(huì)釀造災(zāi)難。

所以作為一個(gè) JavaScript 開(kāi)發(fā)者，搞清楚從敲入 console.log("hello world") ，直到后面交由CPU執(zhí)行的中間過(guò)程是很重要的。

這也對(duì)如何用 JavaScript 這門(mén)松散的語(yǔ)言編寫(xiě)出高質(zhì)量的代碼是具有指導(dǎo)作用的。

想真正做到 JavaScript 全棧，路漫漫其修遠(yuǎn)兮。

NodeJS 概述

根據(jù)百度百科解釋，Node.js是一套用來(lái)編寫(xiě)高性能網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的JavaScript工具包。Node.js是一個(gè)可以快速構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)服務(wù)及應(yīng)用的平臺(tái)，該平臺(tái)的構(gòu)建是基于Chrome"s JavaScript runtime，也就是說(shuō)，實(shí)際上它是對(duì)GoogleV8引擎（應(yīng)用于Google Chrome瀏覽器)進(jìn)行了封裝。V8引擎執(zhí)行Javascript的速度非常快，性能非常好。

NodeJS并不是提供簡(jiǎn)單的封裝，然后提供API調(diào)用，如果是這樣的話那么它就不會(huì)有現(xiàn)在這么火了。Node對(duì)一些特殊用例進(jìn)行了優(yōu)化，提供了替代的API，使得V8在非瀏覽器環(huán)境下運(yùn)行得更好。例如，在服務(wù)器環(huán)境中，處理二進(jìn)制數(shù)據(jù)通常是必不可少的，但Javascript對(duì)此支持不足，因此，V8.Node增加了Buffer類，方便并且高效地處理二進(jìn)制數(shù)據(jù)。因此，Node不僅僅簡(jiǎn)單的使用了V8,還對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化，使其在各環(huán)境下更加給力。

即時(shí)編譯JIT 概述

V8采用即時(shí)編譯技術(shù)（JIT），直接將JavaScript代碼編譯成本地平臺(tái)的機(jī)器碼。宏觀上看，其步驟為JavaScript源碼—>抽象語(yǔ)法樹(shù)—>本地機(jī)器碼，并且后一個(gè)步驟只依賴前一個(gè)步驟。這與其他解釋器不同，例如Java語(yǔ)言需要先將源碼編譯成字節(jié)碼，然后給JVM解釋執(zhí)行，JVM根據(jù)優(yōu)化策略，運(yùn)行過(guò)程中有選擇地將一部分字節(jié)碼編譯成本地機(jī)器碼。V8不生成中間代碼，一步到位，編譯成機(jī)器碼，CPU就開(kāi)始執(zhí)行了。比起生成中間碼解釋執(zhí)行的方式，V8的策略省去了一個(gè)步驟，程序會(huì)更早地開(kāi)始運(yùn)行。并且執(zhí)行編譯好的機(jī)器指令，也比解釋執(zhí)行中間碼的速度更快。不足的是，缺少字節(jié)碼這個(gè)中間表示，使得代碼優(yōu)化變得更困難。

V8 概述

V8 作為一個(gè) JavaScript 引擎，最初是服役于 Google Chrome 瀏覽器的。它隨著 Chrome 的第一版發(fā)布而發(fā)布以及開(kāi)源。現(xiàn)在它除了 Chrome 瀏覽器，已經(jīng)有很多其他的使用者了。諸如 NodeJS、MongoDB、CouchDB 等。

JavaScript 作為 Prototype-Based Language , 基于它使用 Prototype 繼承的特征，V8 使用了直譯的方式，即把 JavaScript 代碼直接編譯成機(jī)器碼( Machine Code, 有些地方也叫 Native Code )，然后直接交由硬件執(zhí)行。

與傳統(tǒng)的「編譯-解析-執(zhí)行」的流程不同，V8 處理 JavaScript，并沒(méi)有二進(jìn)制碼或其他的中間碼。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，V8主要工作就是：「把 JavaScript 直譯成機(jī)器碼，然后運(yùn)行」

但這中間，往往是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，它需要處理很多的難題，諸如：

編譯優(yōu)化

內(nèi)存管理

垃圾回收

V8 In NodeJS/NodeJS源碼小覽

NodeJS，是怎么引入V8的？

我們關(guān)注 Node的源碼目錄：

.
├── ...
├── deps
│   ├── ...
│   ├── v8
│   ├── ...
├── ...
├── lib
│   ├── ...
│   ├── buffer.js
│   ├── child_process.js
│   ├── console.js
│   ├── ...
├── node -> out/Release/node
├── ...
├── out
│   ├── ...
│   ├── Release
|         ├── node
|         ├── node.d
|         ├── obj
|             └── gen
|                 ├── ...
|                 ├── node_natives.h
|                 ├── ...
│   ├── ...
├── src
│   ├── ...
│   ├── debug-agent.cc
│   ├── debug-agent.h
│   ├── env-inl.h
│   ├── env.cc
│   ├── ...
├── 
...

需要關(guān)注的幾個(gè)目錄和文件：

/deps/v8 ：這里是V8源碼所在文件夾，你會(huì)發(fā)現(xiàn)里面的目錄結(jié)構(gòu)跟 V8源碼十分相似。NodeJS除了移植V8源碼，還在增添了一些內(nèi)容。

/src ：由C/C++編寫(xiě)的核心模塊所在文件夾，由C/C++編寫(xiě)的這部分模塊被稱為「Builtin Module」

/lib ：由JavaScript編寫(xiě)的核心模塊所在文件夾，這部分被稱為「Native Code」，在編譯Node源碼的時(shí)候，會(huì)采用V8附帶的 js2c.py 工具，把所有內(nèi)置的JavaScript代碼轉(zhuǎn)換成C++里面的數(shù)組，生成 out/Release/obj/gen/node_natives.h 文件。有些 Native Module 需要借助于 Builtin Module 實(shí)現(xiàn)背后的功能。

/out ：該目錄是Node源碼編譯(命令行運(yùn)行 make )后生成的目錄，里面包含了Node的可執(zhí)行文件。當(dāng)在命令行中鍵入 node xxx.js ，實(shí)際就是運(yùn)行了 out/Release/node 文件。

來(lái)張圖說(shuō)明一下V8在Node運(yùn)行時(shí)的整體過(guò)程。

Node在啟動(dòng)的時(shí)候，就已經(jīng)把 Native Module，Builtin Module 加載到內(nèi)存里面了。后來(lái)的 JavaScript 代碼，就需要通過(guò) V8 進(jìn)行動(dòng)態(tài)編譯解析運(yùn)行。