JavaScriptCore全面解析

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    本文由云+社区发表

    作者：殷源，专注移动客户端开发，微软Imagine Cup中国区特等奖获得者

    JavaScript越来越多地出现在我们客户端开发的视野中，从ReactNative到JSpatch，JavaScript与客户端相结合的技术开始变得魅力无穷。本文主要讲解iOS中的JavaScriptCore框架，正是它为iOS提供了执行JavaScript代码的能力。未来的技术日新月异，JavaScript与iOS正在碰撞出新的激情。

    JavaScriptCore是JavaScript的虚拟机，为JavaScript的执行提供底层资源。

    一、JavaScript

    在讨论JavaScriptCore之前，我们首先必须对JavaScript有所了解。

    1. JavaScript干啥的？

    • 说的高大上一点：一门基于原型、函数先行的高级编程语言，通过解释执行，是动态类型的直译语言。是一门多范式的语言，它支持面向对象编程，命令式编程，以及函数式编程。
    • 说的通俗一点：主要用于网页，为其提供动态交互的能力。可嵌入动态文本于HTML页面，对浏览器事件作出响应，读写HTML元素，控制cookies等。
    • 再通俗一点：抢月饼，button.click()。（PS：请谨慎使用while循环）

    img

    2. JavaScript起源与历史

    • 1990年底，欧洲核能研究组织（CERN）科学家Tim Berners-Lee，在互联网的基础上，发明了万维网（World Wide Web），从此可以在网上浏览网页文件。
    • 1994年12月，Netscape 发布了一款面向普通用户的新一代的浏览器Navigator 1.0版，市场份额一举超过90%。
    • 1995年，Netscape公司雇佣了程序员Brendan Eich开发这种嵌入网页的脚本语言。最初名字叫做Mocha，1995年9月改为LiveScript。
    • 1995年12月，Netscape公司与Sun公司达成协议，后者允许将这种语言叫做JavaScript。

    3. JavaScript与ECMAScript

    • “JavaScript”是Sun公司的注册商标，用来特制网景（现在的Mozilla）对于这门语言的实现。网景将这门语言作为标准提交给了ECMA——欧洲计算机制造协会。由于商标上的冲突，这门语言的标准版本改了一个丑陋的名字“ECMAScript”。同样由于商标的冲突，微软对这门语言的实现版本取了一个广为人知的名字“Jscript”。
    • ECMAScript作为JavaScript的标准，一般认为后者是前者的实现。

    4. Java和JavaScript

    img

    《雷锋和雷峰塔》

    Java 和 JavaScript 是两门不同的编程语言 一般认为，当时 Netscape 之所以将 LiveScript 命名为 JavaScript，是因为 Java 是当时最流行的编程语言，带有 “Java” 的名字有助于这门新生语言的传播。

    二、 JavaScriptCore

    1. 浏览器演进

    • 演进完整图

    https://upload.wikimedia.org/...

    • WebKit分支

    现在使用WebKit的主要两个浏览器Sfari和Chromium（Chorme的开源项目）。WebKit起源于KDE的开源项目Konqueror的分支，由苹果公司用于Sfari浏览器。其一条分支发展成为Chorme的内核，2013年Google在此基础上开发了新的Blink内核。

    img

    2. WebKit排版引擎

    webkit是sfari、chrome等浏览器的排版引擎，各部分架构图如下

    img

    • webkit Embedding API是browser UI与webpage进行交互的api接口；
    • platformAPI提供与底层驱动的交互， 如网络， 字体渲染， 影音文件解码， 渲染引擎等；
    • WebCore它实现了对文档的模型化，包括了CSS, DOM, Render等的实现；
    • JSCore是专门处理JavaScript脚本的引擎；

    3. JavaScript引擎

    • JavaScript引擎是专门处理JavaScript脚本的虚拟机，一般会附带在网页浏览器之中。第一个JavaScript引擎由布兰登·艾克在网景公司开发，用于Netscape Navigator网页浏览器中。JavaScriptCore就是一个JavaScript引擎。
    • 下图是当前主要的还在开发中的JavaScript引擎

    img

    4. JavaScriptCore组成

    JavaScriptCore主要由以下模块组成：

    • Lexer 词法分析器，将脚本源码分解成一系列的Token
    • Parser 语法分析器，处理Token并生成相应的语法树
    • LLInt 低级解释器，执行Parser生成的二进制代码
    • Baseline JIT 基线JIT（just in time 实施编译）
    • DFG 低延迟优化的JIT
    • FTL 高通量优化的JIT

    关于更多JavaScriptCore的实现细节，参考 https://trac.webkit.org/wiki/...

    5. JavaScriptCore

    JavaScriptCore是一个C++实现的开源项目。使用Apple提供的JavaScriptCore框架，你可以在Objective-C或者基于C的程序中执行Javascript代码，也可以向JavaScript环境中插入一些自定义的对象。JavaScriptCore从iOS 7.0之后可以直接使用。

    在JavaScriptCore.h中，我们可以看到这个

    #ifndef JavaScriptCore_h
#define JavaScriptCore_h

#include <JavaScriptCore/JavaScript.h>
#include <JavaScriptCore/JSStringRefCF.h>

#if defined(__OBJC__) && JSC_OBJC_API_ENABLED

#import "JSContext.h"
#import "JSValue.h"
#import "JSManagedValue.h"
#import "JSVirtualMachine.h"
#import "JSExport.h"

#endif

#endif /* JavaScriptCore_h */

    这里已经很清晰地列出了JavaScriptCore的主要几个类：

    • JSContext
    • JSValue
    • JSManagedValue
    • JSVirtualMachine
    • JSExport

    接下来我们会依次讲解这几个类的用法。

    6. Hello World！

    这段代码展示了如何在Objective-C中执行一段JavaScript代码，并且获取返回值并转换成OC数据打印

    //创建虚拟机
JSVirtualMachine *vm = [[JSVirtualMachine alloc] init];

//创建上下文
JSContext *context = [[JSContext alloc] initWithVirtualMachine:vm];

//执行JavaScript代码并获取返回值
JSValue *value = [context evaluateScript:@"1+2*3"];

//转换成OC数据并打印
NSLog(@"value = %d", [value toInt32]);

Output

value = 7

    三、 JSVirtualMachine

    一个JSVirtualMachine的实例就是一个完整独立的JavaScript的执行环境，为JavaScript的执行提供底层资源。

    这个类主要用来做两件事情：

    1. 实现并发的JavaScript执行
    2. JavaScript和Objective-C桥接对象的内存管理

    看下头文件SVirtualMachine.h里有什么：

    NS_CLASS_AVAILABLE(10_9, 7_0)
@interface JSVirtualMachine : NSObject

/* 创建一个新的完全独立的虚拟机 */
(instancetype)init;

/* 对桥接对象进行内存管理 */
- (void)addManagedReference:(id)object withOwner:(id)owner;

/* 取消对桥接对象的内存管理 */
- (void)removeManagedReference:(id)object withOwner:(id)owner;

@end

    每一个JavaScript上下文（JSContext对象）都归属于一个虚拟机（JSVirtualMachine）。每个虚拟机可以包含多个不同的上下文，并允许在这些不同的上下文之间传值（JSValue对象）。

    然而，每个虚拟机都是完整且独立的，有其独立的堆空间和垃圾回收器（garbage collector ），GC无法处理别的虚拟机堆中的对象，因此你不能把一个虚拟机中创建的值传给另一个虚拟机。

    img

    线程和JavaScript的并发执行

    JavaScriptCore API都是线程安全的。你可以在任意线程创建JSValue或者执行JS代码，然而，所有其他想要使用该虚拟机的线程都要等待。

    • 如果想并发执行JS，需要使用多个不同的虚拟机来实现。
    • 可以在子线程中执行JS代码。

    通过下面这个demo来理解一下这个并发机制

    JSContext *context = [[CustomJSContext alloc] init];
JSContext *context1 = [[CustomJSContext alloc] init];
JSContext *context2 = [[CustomJSContext alloc] initWithVirtualMachine:[context virtualMachine]];
NSLog(@"start");
dispatch_async(queue, ^{
    while (true) {
        sleep(1);
        [context evaluateScript:@"log('tick')"];
    }
});
dispatch_async(queue1, ^{
    while (true) {
        sleep(1);
        [context1 evaluateScript:@"log('tick_1')"];
    }
});
dispatch_async(queue2, ^{
    while (true) {
        sleep(1);
        [context2 evaluateScript:@"log('tick_2')"];
    }
});
[context evaluateScript:@"sleep(5)"];
NSLog(@"end");

    context和context2属于同一个虚拟机。

    context1属于另一个虚拟机。

    三个线程分别异步执行每秒1次的js log，首先会休眠1秒。

    在context上执行一个休眠5秒的JS函数。

    首先执行的应该是休眠5秒的JS函数，在此期间，context所处的虚拟机上的其他调用都会处于等待状态，因此tick和tick_2在前5秒都不会有执行。

    而context1所处的虚拟机仍然可以正常执行tick_1。

    休眠5秒结束后，tick和tick_2才会开始执行（不保证先后顺序）。

    实际运行输出的log是：

    start
tick_1
tick_1
tick_1
tick_1
end
tick
tick_2

    四、 JSContext

    一个JSContext对象代表一个JavaScript执行环境。在native代码中，使用JSContext去执行JS代码，访问JS中定义或者计算的值，并使JavaScript可以访问native的对象、方法、函数。

    img

    1. JSContext执行JS代码

    • 调用evaluateScript函数可以执行一段top-level 的JS代码，并可向global对象添加函数和对象定义
    • 其返回值是JavaScript代码中最后一个生成的值

    API Reference

    NS_CLASS_AVAILABLE(10_9, 7_0)
@interface JSContext : NSObject

/* 创建一个JSContext，同时会创建一个新的JSVirtualMachine */
(instancetype)init;

/* 在指定虚拟机上创建一个JSContext */
(instancetype)initWithVirtualMachine:
        (JSVirtualMachine*)virtualMachine;

/* 执行一段JS代码，返回最后生成的一个值 */
(JSValue *)evaluateScript:(NSString *)script;

/* 执行一段JS代码，并将sourceURL认作其源码URL（仅作标记用） */
- (JSValue *)evaluateScript:(NSString *)script withSourceURL:(NSURL*)sourceURL     NS_AVAILABLE(10_10, 8_0);

/* 获取当前执行的JavaScript代码的context */
+ (JSContext *)currentContext;

/* 获取当前执行的JavaScript function*/
+ (JSValue *)currentCallee NS_AVAILABLE(10_10, 8_0);

/* 获取当前执行的JavaScript代码的this */
+ (JSValue *)currentThis;

/* Returns the arguments to the current native callback from JavaScript code.*/
+ (NSArray *)currentArguments;

/* 获取当前context的全局对象。WebKit中的context返回的便是WindowProxy对象*/
@property (readonly, strong) JSValue *globalObject;

@property (strong) JSValue *exception;
@property (copy) void(^exceptionHandler)(JSContext *context, JSValue
    *exception);

@property (readonly, strong) JSVirtualMachine *virtualMachine;

@property (copy) NSString *name NS_AVAILABLE(10_10, 8_0);


@end

    2. JSContext访问JS对象

    一个JSContext对象对应了一个全局对象（global object）。例如web浏览器中中的JSContext，其全局对象就是window对象。在其他环境中，全局对象也承担了类似的角色，用来区分不同的JavaScript context的作用域。全局变量是全局对象的属性，可以通过JSValue对象或者context下标的方式来访问。

    一言不合上代码：

    JSValue *value = [context evaluateScript:@"var a = 1+2*3;"];

NSLog(@"a = %@", [context objectForKeyedSubscript:@"a"]);
NSLog(@"a = %@", [context.globalObject objectForKeyedSubscript:@"a"]);
NSLog(@"a = %@", context[@"a"]);

/
Output:

a = 7
a = 7
a = 7

    这里列出了三种访问JavaScript对象的方法

    • 通过context的实例方法objectForKeyedSubscript
    • 通过context.globalObject的objectForKeyedSubscript实例方法
    • 通过下标方式

    设置属性也是对应的。

    API Reference

    /* 为JSContext提供下标访问元素的方式 */
@interface JSContext (SubscriptSupport)

/* 首先将key转为JSValue对象，然后使用这个值在JavaScript context的全局对象中查找这个名字的属性并返回 */
(JSValue *)objectForKeyedSubscript:(id)key;

/* 首先将key转为JSValue对象，然后用这个值在JavaScript context的全局对象中设置这个属性。
可使用这个方法将native中的对象或者方法桥接给JavaScript调用 */
(void)setObject:(id)object forKeyedSubscript:(NSObject <NSCopying>*)key;

@end



/* 例如：以下代码在JavaScript中创建了一个实现是Objective-C block的function */
context[@"makeNSColor"] = ^(NSDictionary *rgb){
    float r = [rgb[@"red"] floatValue];
    float g = [rgb[@"green"] floatValue];
    float b = [rgb[@"blue"] floatValue];
    return [NSColor colorWithRed:(r / 255.f) green:(g / 255.f) blue:(b / 255.f)         alpha:1.0];
};
JSValue *value = [context evaluateScript:@"makeNSColor({red:12, green:23, blue:67})"];

    五、 JSValue

    一个JSValue实例就是一个JavaScript值的引用。使用JSValue类在JavaScript和native代码之间转换一些基本类型的数据（比如数值和字符串）。你也可以使用这个类去创建包装了自定义类的native对象的JavaScript对象，或者创建由native方法或者block实现的JavaScript函数。

    每个JSValue实例都来源于一个代表JavaScript执行环境的JSContext对象，这个执行环境就包含了这个JSValue对应的值。每个JSValue对象都持有其JSContext对象的强引用，只要有任何一个与特定JSContext关联的JSValue被持有（retain），这个JSContext就会一直存活。通过调用JSValue的实例方法返回的其他的JSValue对象都属于与最始的JSValue相同的JSContext。

    img

    每个JSValue都通过其JSContext间接关联了一个特定的代表执行资源基础的JSVirtualMachine对象。你只能将一个JSValue对象传给由相同虚拟机管理（host）的JSValue或者JSContext的实例方法。如果尝试把一个虚拟机的JSValue传给另一个虚拟机，将会触发一个Objective-C异常。

    img

    1. JSValue类型转换

    JSValue提供了一系列的方法将native与JavaScript的数据类型进行相互转换：

    img

    2. NSDictionary与JS对象

    NSDictionary对象以及其包含的keys与JavaScript中的对应名称的属性相互转换。key所对应的值也会递归地进行拷贝和转换。

    [context evaluateScript:@"var color = {red:230, green:90, blue:100}"];

//js->native 给你看我的颜色
JSValue *colorValue = context[@"color"];
NSLog(@"r=%@, g=%@, b=%@", colorValue[@"red"], colorValue[@"green"], colorValue[@"blue"]);
NSDictionary *colorDic = [colorValue toDictionary];
NSLog(@"r=%@, g=%@, b=%@", colorDic[@"red"], colorDic[@"green"], colorDic[@"blue"]);

//native->js 给你点颜色看看
context[@"color"] = @{@"red":@(0), @"green":@(0), @"blue":@(0)};
[context evaluateScript:@"log('r:'+color.red+'g:'+color.green+' b:'+color.blue)"];
Output:

r=230, g=90, b=100
r=230, g=90, b=100
r:0 g:0 b:0

    可见，JS中的对象可以直接转换成Objective-C中的NSDictionary，NSDictionary传入JavaScript也可以直接当作对象被使用。

    3. NSArray与JS数组

    NSArray对象与JavaScript中的array相互转转。其子元素也会递归地进行拷贝和转换。

    [context evaluateScript:@“var friends = ['Alice','Jenny','XiaoMing']"];

//js->native 你说哪个是真爱？
JSValue *friendsValue = context[@"friends"];
NSLog(@"%@, %@, %@", friendsValue[0], friendsValue[1], friendsValue[2]);
NSArray *friendsArray = [friendsValue toArray];
NSLog(@"%@, %@, %@", friendsArray[0], friendsArray[1], friendsArray[2]);

//native->js 我觉XiaoMing和不不错，给你再推荐个Jimmy
context[@"girlFriends"] = @[friendsArray[2], @"Jimmy"];
[context evaluateScript:@"log('girlFriends :'+girlFriends[0]+' '+girlFriends[1])"];

    Output:

    Alice, Jenny, XiaoMing
Alice, Jenny, XiaoMing
girlFriends : XiaoMing Jimmy

    4. Block/函数和JS function

    Objective-C中的block转换成JavaScript中的function对象。参数以及返回类型使用相同的规则转换。

    将一个代表native的block或者方法的JavaScript function进行转换将会得到那个block或方法。

    其他的JavaScript函数将会被转换为一个空的dictionary。因为JavaScript函数也是一个对象。

    5. OC对象和JS对象

    对于所有其他native的对象类型，JavaScriptCore都会创建一个拥有constructor原型链的wrapper对象，用来反映native类型的继承关系。默认情况下，native对象的属性和方法并不会导出给其对应的JavaScript wrapper对象。通过JSExport协议可选择性地导出属性和方法。

    后面会详细讲解对象类型的转换。

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