我们应该如何去了解JavaScript引擎的工作原理

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昨天收到一封来自深圳的一位前端童鞋的邮件,邮件内容如下(很抱歉,未经过他的允许,公开邮件内容,不过我相信其他人肯定也有同样的问题,所以,直接把问题原文抛出来):

“读了你的几篇关于JS(变量对象、作用域、上下文、执行代码)的文章,我个人觉得有点抽象,难以深刻理解。我想请教下通过什么途径能够深入点的了解javascript解析引擎在执行代码前后是怎么工作的,ecma英文版实在看不下去呵呵。”

其实这个问题个人觉得太笼统了,直接回答很难回答,所以,我打算先把他的问题拆解成如下几个子问题,并对其表达个人的观点,希望对有同样困惑的童鞋能够有所帮助。

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。

学过编译原理的人都知道,对于静态语言来说(如Java、C++、C),处理上述这些事情的叫编译器(Compiler),相应地对于JavaScript这样的动态语言则叫解释器(Interpreter)。这两者的区别用一句话来概括就是:编译器是将源代码编译为另外一种代码(比如机器码,或者字节码),而解释器是直接解析并将代码运行结果输出。 比方说,firebug的console就是一个JavaScript的解释器。

但是,现在很难去界定说,JavaScript引擎它到底算是个解释器还是个编译器,因为,比如像V8(Chrome的JS引擎),它其实为了提高JS的运行性能,在运行之前会先将JS编译为本地的机器码(native machine code),然后再去执行机器码(这样速度就快很多),相信大家对JIT(Just In Time Compilation)一定不陌生吧。

我个人认为,不需要过分去强调JavaScript解析引擎到底是什么,了解它究竟做了什么事情我个人认为就可以了。对于编译器或者解释器究竟是如何看懂代码的,翻出大学编译课的教材就可以了。

这里还要强调的就是,JavaScript引擎本身也是程序,代码编写而成。比如V8就是用C/C++写的。

2. JavaScript解析引擎与ECMAScript是什么关系?

JavaScript引擎是一段程序,我们写的JavaScript代码也是程序,如何让程序去读懂程序呢?这就需要定义规则。比如,之前提到的var a = 1 + 1;,它表示:

  • 左边var代表了这是申明(declaration),它申明了a这个变量
  • 右边的+表示要将1和1做加法
  • 中间的等号表示了这是个赋值语句
  • 最后的分号表示这句语句结束了

上述这些就是规则,有了它就等于有了衡量的标准,JavaScript引擎就可以根据这个标准去解析JavaScript代码了。那么这里的ECMAScript就是定义了这些规则。其中ECMAScript 262这份文档,就是对JavaScript这门语言定义了一整套完整的标准。其中包括:

  • var,if,else,break,continue等是JavaScript的关键词
  • abstract,int,long等是JavaScript保留词
  • 怎么样算是数字、怎么样算是字符串等等
  • 定义了操作符(+,-,>,<等)
  • 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
  • ⋯⋯

标准的JavaScript引擎就会根据这套文档去实现,注意这里强调了标准,因为也有不按照标准来实现的,比如IE的JS引擎。这也是为什么JavaScript会有兼容性的问题。至于为什么IE的JS引擎不按照标准来实现,就要说到浏览器大战了,这里就不赘述了,自行Google之。

所以,简单的说,ECMAScript定义了语言的标准,JavaScript引擎根据它来实现,这就是两者的关系。

3. JavaScript解析引擎与浏览器又是什么关系?

简单地说,JavaScript引擎是浏览器的组成部分之一。因为浏览器还要做很多别的事情,比如解析页面、渲染页面、Cookie管理、历史记录等等。那么,既然是组成部分,因此一般情况下JavaScript引擎都是浏览器开发商自行开发的。比如:IE9的Chakra、Firefox的TraceMonkey、Chrome的V8等等。

从而也看出,不同浏览器都采用了不同的JavaScript引擎。因此,我们只能说要深入了解哪个JavaScript引擎

4. 深入了解其内部原理的途径有哪些?

搞清楚了前面三个问题,那这个问题就好回答了。个人认为,主要途径有如下几种(依次由浅入深):

  • 看讲JavaScript引擎工作原理的书
    这种方式最方便,不过我个人了解到的这样的书几乎没有,但是Dmitry A.Soshnikov博客上的文章真的是非常的赞,建议直接看英文,实在英文看起来吃力的,可以看译本
  • 看ECMAScript的标准文档
    这种方式相对直接,原汁原味,因为引擎就是根据标准来实现的。目前来说,可以看第五版第三版,不过要看懂也是不容易的。
  • 看JS引擎源代码
    这种方式最直接,当然也最难了。因为还牵涉到了如何实现词法分析器,语法分析器等等更加底层的东西了,而且并非所有的引擎代码都是开源的。

5. 以上几种方式中第一种都很难看明白怎么办?

其实第一种方式中的文章,作者已经将文档中内容提炼出来,用通俗易懂的方式阐述出来了。如果,看起来还觉得吃力,那说明还缺少两块的东西:

  • 对JavaScript本身还理解的不够深入
    如果你刚刚接触JavaScript,或者说以前甚至都没有接触过。那一下子就想要去理解内部工作原理,的确是很吃力的。首先应该多看看书,多实践实践,从知识和实践的方式来了解JavaScript预言特性。这种情况下,你只需要了解现象。比方说,(function(){})() 这样可以直接调用该匿名函数、用闭包可以解决循环中的延迟操作的变量值获取问题等等。要了解这些,都是需要多汲取和实践的。实践这里就不多说了,而知识汲取方面可以多看看书和博客。这个层面的书就相对比较多了,《Professional JavaScript for Web Developers》就是本很好的书(中文版请自行寻找)。
  • 缺乏相应的领域知识
    当JavaScript也达到一定深度了,但是,还是看不大明白,或者没法很深入到内部去一探究竟。那就意味着缺少对应的领域知识。这里明显的就是编译原理相关的知识。不过,其实对这块了解个大概基本看起来就没问题了。要再继续深入,那需要对编译原理了解的很深入,比如说词法分析采用什么算法,一般怎么处理。会有什么问题,如何解决,AST生成算法一般有哪几种等等。那要看编译原理方面的书,也有基本经典的书,比如《Compilers: Principles, Techniques, and Tools》这本也是传说中的龙书,还有非常著名的《SICP》《PLAI》。不过其实根据个人经验,对于Dmitry的文章,要看懂它,只要你对JavaScript有一定深度的了解,同时你大学计算机的课程都能大致掌握了(尤其是操作系统),也就是说基础不错,理解起来应该没问题。因为这些文章基本没有涉及底层编译相关的,只是在解释文档的内容,并且其中很多东西都是相通的,比如:context的切换与CPU的进程切换、函数相关的的局部变量的栈存储、函数退出的操作等等都是一致的。

以上就是个人对这个问题的看法,除此之外,我觉得,学习任何技术都不能操之过急,要把基础打扎实了,这样学什么都会很快。

延伸阅读

此文章所在专题列表如下:

  1. 我们应该如何去了解JavaScript引擎的工作原理
  2. JavaScript探秘:编写可维护的代码的重要性
  3. JavaScript探秘:谨慎使用全局变量
  4. JavaScript探秘:var预解析与副作用
  5. JavaScript探秘:for循环(for Loops)
  6. JavaScript探秘:for-in循环(for-in Loops)
  7. JavaScript探秘:Prototypes强大过头了
  8. JavaScript探秘:eval()是“魔鬼”
  9. JavaScript探秘:用parseInt()进行数值转换
  10. JavaScript探秘:基本编码规范
  11. JavaScript探秘:函数声明与函数表达式
  12. JavaScript探秘:命名函数表达式
  13. JavaScript探秘:调试器中的函数名
  14. JavaScript探秘:JScript的Bug
  15. JavaScript探秘:JScript的内存管理
  16. JavaScript探秘:SpiderMonkey的怪癖
  17. JavaScript探秘:命名函数表达式替代方案
  18. JavaScript探秘:对象Object
  19. JavaScript探秘:原型链 Prototype chain
  20. JavaScript探秘:构造函数 Constructor
  21. JavaScript探秘:可执行的上下文堆栈
  22. 执行上下文其一:变量对象与活动对象
  23. 执行上下文其二:作用域链 Scope Chains
  24. 执行上下文其三:闭包 Closures
  25. 执行上下文其四:This指针
  26. JavaScript探秘:强大的原型和原型链
  27. JavaScript函数其一:函数声明
  28. JavaScript函数其二:函数表达式
  29. JavaScript函数其三:分组中的函数表达式
  30. JavaScript函数其四:函数构造器
  31. JavaScript变量对象其一:VO的声明
  32. JavaScript变量对象其二:VO在不同的执行上下文中
  33. JavaScript变量对象其三:执行上下文的两个阶段
  34. JavaScript变量对象其四:关于变量
  35. JavaScript变量对象其五:__parent__ 属性
  36. JavaScript作用域链其一:作用域链定义
  37. JavaScript作用域链其二:函数的生命周期
  38. JavaScript作用域链其三:作用域链特征
  39. JavaScript闭包其一:闭包概论
  40. JavaScript闭包其二:闭包的实现
  41. JavaScript闭包其三:闭包的用法

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