JavaScript工作原理(一):引擎,运行时,调用堆栈

概述

几乎每个人都已经听说过V8引擎这个概念,而且大多人都知道JavaScript是单线程的,并且使用回调队列

这篇文章中,我们将详细介绍这些概念,并解释JavaScript实际运行的原理。通过了解这些详细信息,将能够编写更好的非阻塞应用程序,以正确利用所提供的API。

JavaScript引擎

最流行的JavaScript引擎莫过于Google的V8引擎,V8使用C++开发,Chrome浏览器和Node.js都是基于V8引擎的,简略的示意图:

v8_simple_view

V8引擎包含两个主要组件:
内存堆(Memory Heap):负责内存分配
调用栈(Call Stack):代码执行时,维护堆栈帧(Stack Frames)

运行时

几乎所有的JavaScript开发者都使用过setTimeout这样的API,然而这些APIs不是由V8引擎提供的。那这些APIs是哪来的呢?

node_browser_runtime

尽管我们已经有了V8引擎,但实际上我们还需要更多的接口或功能。我们把那些由浏览器提供的接口称为Web APIs,比如DOM,AJAX,setTimeout等等。

接下来是事件循环(event lool)和回调队列(callback queue)

调用栈(Call Stack)

JavaScript是一种单线程编程语言,这意味着它只有一个调用栈。因此,在同一时间它只能做一件事。

调用栈是一个数据结构,它会记录代码执行的位置。例如我们执行进入一个函数,我们会把这个函数放在堆栈的顶部,函数执行结束返回之后,我们把这个函数从堆栈中移除。这就是调用栈的功能。

简单代码示例:

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

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

printSquare(5);

当引擎执行这段代码时,调用栈为空,之后运行如下:

图片描述

每个Step叫做堆栈帧(Stack Frame)。

调用栈就是通过堆栈帧来追踪异常,堆栈帧基本就是调用栈出现异常时候的状态。示例代码如下:

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

function bar() {
    foo();
}

function start() {
    bar();
}

假设上面代码保存在foo.js文件,执行上面代码在Chrome浏览器中,Error的堆栈信息会如下图打印出来:

图片描述

单线程执行代码是无法充分利用CPU资源,使得运行效率低。由于JavaScript只有一个调用栈,如果运行效率变低,那应该怎么解决呢?

并发和事件循环

想像一下如果调用栈里面有些函数的执行需要大量的时间,例如在浏览器中进行复杂的图片转化,情况会怎么样,为什么会有问题?

问题就是调用栈中的函数在执行的过程中,浏览器是不能做其它事情的,也就是会被调用栈中的函数阻塞,此时浏览器不能渲染和运行其它代码,完全被卡住了。这样就很难实现流畅的UIs体验。

而且另外一个问题也会由此发生,如果浏览器在调用栈中执行很多这样复杂且耗时的函数时,浏览器也会失去响应,出现假死状态。

图片描述

这绝对不是我们要的用户体验。

怎么才能执行复杂且耗时的代码,并且不会阻塞UI的渲染和导致浏览器假死呢?解决方案就是异步调用。异步调用会在第二篇系列文章(V8引擎和5招优化)中解释。

阅读 2.8k

推荐阅读
xupea
用户专栏

专注前端开发技术,Scrum敏捷开发和STEAM教育

22 人关注
19 篇文章
专栏主页