【翻译】JavaScript如何工作一:引擎,运行时和调用栈概述

Clloz · · 419次浏览 ·

前言

这是一篇翻译,在查 setInterval 的浏览器如何处理的过程中看到这一系列文章,感觉对自己理解 JS引擎 以及运行时 runtime 的工作细节有很大的帮助,决定翻译一下这一系列文章。英文水平非常烂,只能作为自己的一项练习了,虽然之前也写了浏览器渲染过程和 JS 引擎浅析,但是对很多细节理解的还不够,翻译这个系列文章应该能让我的理解更透彻和全面。

原文地址How JavaScript works: an overview of the engine, the runtime, and the call stack

随着 JavaScript 变得越来越流行,很多团队开始把它运用到不同的层级的技术栈中,前端,后端,混合式应用,嵌入式系统等。

这篇文章是系列中的第一篇,旨在深度挖掘 JavaScript 和它的工作原理:我们认为通过了解 JavaScript 的构建模块和它们如何协同工作能够帮助你写出更好的代码和应用。我们也将分享一些我们在开发 SessionStack 中的经验法则,为了保持竞争力而开发的健壮的高性能的轻量 JavaScript 应用。

Githut Stats 所示,JavaScript 拥有 GitHub 上最高的活跃仓库数和最高的总提交数,在其他方面也没有落后太多。

githut

越来越多的项目开始依赖 JavaScript,也就意味着想要开发出惊艳的软件就必须深入理解这门语言和 JavaScript 生态圈提供的一切。

事实证明,虽然有大量的开发者每天用 JavaScript 作为工作但是并不理解内部的工作原理。

概述

几乎所有人都听说过 V8 引擎的概念,并且大部分人都知道 JavaScript 是单线程的以及它会用到一个回调队列。

在这篇文章中,我们将详细介绍这些概念并且说明 JavaScript 内部的运行机制。通过了解这些细节,你讲能够正确地运用提供的 API 写出更好的非阻塞的应用。

如果你是一个 JavaScript 新手,这篇文章能够帮助你理解 JavaScript 相比于其他编程语言的“奇怪”行为。

如果你是个有经验的 JavaScript 程序员,相信我,这篇文章会让你对于 JavaScript 运行时 runtime 如何工作有全新的理解。

JavaScript 引擎

最流行的 JavaScript 引擎是谷歌的 V8 引擎,他被用在 ChromeNode.js 中,他的样子如下图所示:

js-engine

这个引擎由两个主要部分组成:
1. 内存堆:用来分配内存。
2. 调用栈:代码执行栈帧所在位置。

运行时 runtime

浏览器提供了许多 API 供开发者使用(比如 setTimeout ),这些 API 并不是由引擎所提供。那么这些 API 到底是哪来的呢?想要说清楚这个有点复杂。

js-engine-detail

除了引擎我们还有很多其他东西。浏览器提供了很多叫做 Web APIs 的内容,比如 DOMAJAXsetTimeout 等。

之后,我们还有非常受欢迎的事件循环(Event Loop)和回调队列 (Callback Queue)。

调用栈 The Callback Queue

JavaScript 是一个单线程语言,这意味着它只有一个调用栈,同一时间只能做一件事。

调用栈是一种数据结构,它记录了我们在程序中的实际位置。当执行流进入一个函数,我们将这个函数压入调用栈顶,当这个函数执行完毕返回,我们将它从栈顶弹出。这就是调用栈所做的事情。

我们来看一个例子。看看下面这段代码:

function multiply(x, y) {
    return x * y;
}
function printSquare(x) {
    var s = multiply(x, x);
    console.log(s);
}
printSquare(5);

当引擎开始执行这段代码的时候,调用栈是空的,然后执行步骤如下图所示:

call-stack-step

每一进栈的函数都称为一个栈帧( Stack Frame )。

当一个异常被抛出的时候,栈轨迹( Stack Traces )被创建,从本质上来说这是调用栈的状态。看下面这段代码:

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

如果这段代码在 Chrome 中运行(假定代码在一个叫做 foo.js 的文件中),将产生下面的栈轨迹。

stack-traces

Blowing the stack ——当你到达栈容量的上限就会发生。这非常容易发生,特别是当你使用递归而没有详细测试你的代码。看看下面这个例子:

function foo() {
    foo();
}
foo();

当引擎开始执行这段代码的时候,它先调用函数 foo ,但是这个函数会无限的调用它自身,所以每执行一次,同样的函数就会被添加到调用栈,一直添加到触发 Blowing the stack。具体情况大概如下图:

over-stack

但是,当调用栈中的函数调用的数量超过调用栈的容量的时候,浏览器会抛出一个错误,像下图这样:

blow-stack

在单个线程下运行代码是一件很容易的事情,因为你不需要处理多线程环境下的复杂情况,比如死锁。

但是在单线程下运行也相当有局限,因为 JavaScript 只有一个调用栈,如果有一个任务执行的非常慢该怎么办?

并行和事件队列

如果在调用栈中有函数调用需要花费大量的时间会发生什么呢?举个例子,当你想用 JavaScript 在浏览器上实现复杂的图片变形。

你可能会问:这算是一个问题码?真正的问题是当调用栈的函数在执行的时候,浏览器什么也做不了——它被锁死了。这意味着浏览器无法渲染,也无法执行其他代码,它卡住了。如果你想让你的应用拥有流畅的 UI 这将是一个大问题。

而且这不是唯一的问题。如果你的浏览器开始处理非常多的调用栈任务,浏览器将开始陷入长时间的未响应状态。大部分的浏览器会采取抛出错误的解决办法,询问你是否要终止这个页面。这将会毁了你产品的用户体验。

那么我们如何执行复杂的代码但是不会令 UI 卡死,浏览器未响应呢?解决办法是异步回调。

关于异步回调的内容会在下一片文章详细介绍。


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