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JavaScript工作原理（一）：引擎，運(yùn)行時(shí)，調(diào)用堆棧

Jingbin_ / 475人閱讀

摘要：調(diào)用棧是一種單線程編程語(yǔ)言，這意味著它只有一個(gè)調(diào)用棧。這就是調(diào)用棧的功能。簡(jiǎn)單代碼示例當(dāng)引擎執(zhí)行這段代碼時(shí)，調(diào)用棧為空，之后運(yùn)行如下每個(gè)叫做堆棧幀。調(diào)用棧就是通過(guò)堆棧幀來(lái)追蹤異常，堆棧幀基本就是調(diào)用棧出現(xiàn)異常時(shí)候的狀態(tài)。

概述

幾乎每個(gè)人都已經(jīng)聽(tīng)說(shuō)過(guò)V8引擎這個(gè)概念，而且大多人都知道JavaScript是單線程的，并且使用回調(diào)隊(duì)列。

這篇文章中，我們將詳細(xì)介紹這些概念，并解釋JavaScript實(shí)際運(yùn)行的原理。通過(guò)了解這些詳細(xì)信息，將能夠編寫(xiě)更好的非阻塞應(yīng)用程序，以正確利用所提供的API。

JavaScript引擎

最流行的JavaScript引擎莫過(guò)于Google的V8引擎，V8使用C++開(kāi)發(fā)，Chrome瀏覽器和Node.js都是基于V8引擎的，簡(jiǎn)略的示意圖：

V8引擎包含兩個(gè)主要組件：
內(nèi)存堆(Memory Heap)：負(fù)責(zé)內(nèi)存分配
調(diào)用棧(Call Stack)：代碼執(zhí)行時(shí)，維護(hù)堆棧幀(Stack Frames)

運(yùn)行時(shí)

幾乎所有的JavaScript開(kāi)發(fā)者都使用過(guò)setTimeout這樣的API，然而這些APIs不是由V8引擎提供的。那這些APIs是哪來(lái)的呢？

盡管我們已經(jīng)有了V8引擎，但實(shí)際上我們還需要更多的接口或功能。我們把那些由瀏覽器提供的接口稱(chēng)為Web APIs，比如DOM，AJAX，setTimeout等等。

接下來(lái)是事件循環(huán)（event lool）和回調(diào)隊(duì)列（callback queue）。

調(diào)用棧（Call Stack）

JavaScript是一種單線程編程語(yǔ)言，這意味著它只有一個(gè)調(diào)用棧。因此，在同一時(shí)間它只能做一件事。

調(diào)用棧是一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它會(huì)記錄代碼執(zhí)行的位置。例如我們執(zhí)行進(jìn)入一個(gè)函數(shù)，我們會(huì)把這個(gè)函數(shù)放在堆棧的頂部，函數(shù)執(zhí)行結(jié)束返回之后，我們把這個(gè)函數(shù)從堆棧中移除。這就是調(diào)用棧的功能。

簡(jiǎn)單代碼示例：

function multiply(x, y) {
    return x * y;
}

function printSquare(x) {
    var s = nultiply(x, x);
    console.log(s);
}

printSquare(5);

當(dāng)引擎執(zhí)行這段代碼時(shí)，調(diào)用棧為空，之后運(yùn)行如下：

每個(gè)Step叫做堆棧幀（Stack Frame）。

調(diào)用棧就是通過(guò)堆棧幀來(lái)追蹤異常，堆棧幀基本就是調(diào)用棧出現(xiàn)異常時(shí)候的狀態(tài)。示例代碼如下：

function foo() {
    throw new Error("SessionStack will help you resolve crashes :)");
}

function bar() {
    foo();
}

function start() {
    bar();
}

假設(shè)上面代碼保存在foo.js文件，執(zhí)行上面代碼在Chrome瀏覽器中，Error的堆棧信息會(huì)如下圖打印出來(lái)：

單線程執(zhí)行代碼是無(wú)法充分利用CPU資源，使得運(yùn)行效率低。由于JavaScript只有一個(gè)調(diào)用棧，如果運(yùn)行效率變低，那應(yīng)該怎么解決呢？

并發(fā)和事件循環(huán)

想像一下如果調(diào)用棧里面有些函數(shù)的執(zhí)行需要大量的時(shí)間，例如在瀏覽器中進(jìn)行復(fù)雜的圖片轉(zhuǎn)化，情況會(huì)怎么樣，為什么會(huì)有問(wèn)題？

問(wèn)題就是調(diào)用棧中的函數(shù)在執(zhí)行的過(guò)程中，瀏覽器是不能做其它事情的，也就是會(huì)被調(diào)用棧中的函數(shù)阻塞，此時(shí)瀏覽器不能渲染和運(yùn)行其它代碼，完全被卡住了。這樣就很難實(shí)現(xiàn)流暢的UIs體驗(yàn)。

而且另外一個(gè)問(wèn)題也會(huì)由此發(fā)生，如果瀏覽器在調(diào)用棧中執(zhí)行很多這樣復(fù)雜且耗時(shí)的函數(shù)時(shí)，瀏覽器也會(huì)失去響應(yīng)，出現(xiàn)假死狀態(tài)。

這絕對(duì)不是我們要的用戶(hù)體驗(yàn)。

怎么才能執(zhí)行復(fù)雜且耗時(shí)的代碼，并且不會(huì)阻塞UI的渲染和導(dǎo)致瀏覽器假死呢？解決方案就是異步調(diào)用。異步調(diào)用會(huì)在第二篇系列文章（V8引擎和5招優(yōu)化）中解釋。

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