如何将二进制机器码转换成汇编指令_v8是如何执行一段JavaScript代码的？

1、什么是v8? V8是JavaScript虚拟机的一种，可以理解为一个翻译程序，将人类能够理解的编程语言翻译成机器能够理解的机器语言。(用来执行js代码) 市面上有多种JavaScript引擎：spiderMonkey、V8、JavaScriptCore 在v8之前，所有JavaScript虚拟机都是采用解释执行的方式。V8引入了即时编译，混合编译执行和解释执行两种手段，给JavaScript的执行速度带来极大的提升。 V8还引入了惰性编译、内联缓存、隐藏类等机制。进一步优化的JavaScript的编译执行速度。 2、高级语言为什么先编译后执行(CPU怎么执行机器代码的)？ 可以把CPU看成是非常小的运算机器。我们可以通过二进制指令和CPU进行通信。比如给CPU发出 1000100111011000 的二进制指令，这条指令的意思是将寄存器中的数据移到另一个寄存器。 CPU 只能识别二进制指令 所以需要一个汇编编译器，将汇编代码转为机器代码。 但是汇编语言依然是复杂繁琐的。 首先，不同的CPU有着不同的指令集。所以你需要为每种架构的CPU编写特定的汇编代码。 在编写汇编代码时，我们需要了解和处理器架构相关的硬件知识。比如需要寄存器、内存、操作CPU等。 因此需要一种屏蔽计算机架构细节的语言。能适应多种CPU的架构语言。比如C、C++、JavaScript、Java、C#、python 和汇编语言一样，处理器不能识别高级语言。通过两种方式来执行这些代码。 第一种是解释执行。 需要将输入的源代码通过解析器编译成中间代码，之后直接使用解释器解释执行中间代码，然后直接输出结果。 第二种是编译执行。 也需要将源代码转为中间代码，然后编译器再将中间代码编译成机器代码。通常编译成的机器代码是二进制形式存在的。需要执行这段程序直接执行二进制文件就可以了。 还可以使用虚拟机将编译后的机器代码保存在内存中，直接执行内存中的二进制代码。 3、v8是如何执行一段JavaScript代码的? 其主要核心流程是编译和执行两步。首先将JS代码转换为低级中间代码或者机器能够理解的代码，然后再执行并输出结果。 可以把V8看做是虚拟机，模拟实际计算机的各种功能来实现代码的执行。 比如：模拟实际计算机的CPU、堆栈、寄存器等。 V8 采用混合编译执行和解释执行两种手段。称为JIT(just in time) 因为这两种各有各自的优缺点。解释执行的启动速度快，但执行速度慢。而编译执行的启动速度慢，执行速度快。 首先，在v8启动执行js之前，需要准备执行时的准备环境，包括堆空间、栈空间、执行上下文、消息循环系统、内置函数等。 这 些内容都需要在执行JavaScript过程中需要的。 比如： JavaScript全局执行上下文就包含了执行过程中的执全局信息，比如内置函数、全局变量等。 全局作用域就包含了一些全局变量，在执行过程中数据都需要保存在内存中。 V8 采用了堆和栈的内存管理方式，所以v8还需要初始化内存中的堆和栈结构。 另外还需要初始化消息循环系统，它如同v8的心脏，不断接受消息，并处理。 基础环境准备好后，接下来就可以向v8提交需要执行的代码了。 结构化源代码，生成抽象语法树(AST),即便于v8理解的结构。同时生成相关的作用域，作用域中存放变量。 接下来生成字节码。是介于机器码和AST的中间代码。 解释器可以执行解释执行字节码。 在解释执行的过程中，如果 发现某一段代码被重复多次执行，那么就会这段代码标记为热点代码。 V8会将这段字节码丢给优化编译器，优化编译器会把字节码编译为二进制代码，然后再对二进制代码进行优化，优化后的二进制代码执行效率会大幅提升。 但是和静态语言不同，JavaScript是动态语言，对象的结构和属性是可以在运行期间任意修改的，而优化后的代码只针对某种固定结构，一旦在执行过程中，对象的结构被动态修改了，那么优化后的代码势必变成无效的代码。 这时候就要优化编译器执行反优化操作，下次执行就退回解释器解释执行。 总结： 1 、初始化基础环境； 2、解析源码生成 AST 和作用域； 3、依据 AST 和作用域生成字节码； 4、解释执行字节码；监听热点代码； 5、优化热点代码为二进制的机器代码； 6、反优化生成的二进制机器代码。 4、v8为什么又要引入字节码？ 机器代码缓存 从图中可以看出，编译所消耗的时间和执行所消耗的时间是差不多的，试想一下，如果在浏览器中再次打开相同的页面，当页面中的 JavaScript 文件没有被修改，那么再次编译之后的二进制代码也会保持不变， 这意味着编译这一步白白浪费了 CPU 资源，因为之前已经编译过一次了。 这就是 Chrome 浏览器引入二进制代码缓存的原因，通过把二进制代码保存在内存中来消除冗余的编译，重用它们完成后续的调用，这样就省去了再次编译的时间。 V8 使用两种代码缓存策略来缓存生成的代码。

• 首先，是 V8 第一次执行一段代码时，会编译源 JavaScript 代码，并将编译后的二进制代码缓存在内存中，我们把这种方式称为内存缓存(in-memory cache)。
• 将代码缓存到硬盘上，这样即便关闭了浏览器，下次重新打开浏览器再次执行相同代码时，也可以直接重复使用编译好的二进制代码。

字节码降低内存占用 V8 在执行 JavaScript 代码的过程中，会将 JavaScript 代码转换为未经优化的二进制代码，你可以对照下图中的 JavaScript 代码和二进制代码的： 二进制代码所占用的内存空间是 JavaScript 代码的几千倍， V8 团队为了提升 V8 的启动速度，采用了 惰性编译 ，其实惰性编译除了能提升 JavaScript 启动速度，还可以解决部分内存占用的问题。 根据惰性编译的原则，当 V8 首次执行上面这段代码的过程中，开始只是编译最外层的代码，那些函数内部的代码，如下图中的黄色的部分，会推迟到第一次调用时再编译。 为了解决缓存的二进制机器代码占用过多内存的问题，早期的 Chrome 并没有缓存函数内部的二进制代码，只是缓存了顶层次的二进制代码，比如上图中红色的区域。 如果浏览器只缓存顶层代码，那么闭包模块中的代码将无法被缓存，而对于高度工程化的模块来说，这种模块式的处理方式到处都是，这就导致了一些关键代码没有办法被缓存。 所以采取只缓存顶层代码的方式是不完美的，V8 团队对早期的 V8 架构进行了非常大的重构，具体地讲，抛弃之前的基线编译器和优化编译器，引入了字节码、解释器和新的优化编译器。 从图中可以看出，字节码虽然占用的空间比原始的 JavaScript 多，但是相较于机器代码，字节码还是小了太多。 有了字节码，无论是解释器的解释执行，还是优化编译器的编译执行，都可以直接针对字节来进行操作。由于字节码占用的空间远小于二进制代码，所以浏览器就可以实现缓存所有的字节码，而不是仅仅缓存顶层的字节码。 虽然采用字节码在执行速度上稍慢于机器代码，但是整体上权衡利弊，采用字节码也许是最优解。 字节码如何提升代码启动速度？ 从图中可以看出，生成机器代码比生成字节码需要花费更久的时间，但是直接执行机器代码却比解释执行字节码要更高效，所以在快速启动 JavaScript 代码与花费更多时间获得最优运行性能的代码之间，我们需要找到一个平衡点。 解释器可以快速生成字节码，但字节码通常效率不高。 字节码如何降低代码的复杂度？ 这意味着基线编译器和优化编译器要针对不同的体系的 CPU 编写不同的代码，这会大大增加代码量。 引入了字节码，就可以统一将字节码转换为不同平台的二进制代码， 你可以对比下执行流程： 因为字节码的执行过程和 CPU 执行二进制代码的过程类似，相似的执行流程，那么将字节码转换为不同架构的二进制代码的工作量也会大大降低，这就降低了转换底层代码的工作量。 总结： 不过随着移动设备的普及，V8 团队逐渐发现将 JavaScript 源码直接编译成二进制代码存在两个致命的问题：

• 时间问题：编译时间过久，影响代码启动速度；
• 空间问题：缓存编译后的二进制代码占用更多的内存。

这两个问题无疑会阻碍 V8 在移动设备上的普及，于是 V8 团队大规模重构代码，引入了中间的字节码。字节码的优势有如下三点：

• 解决启动问题：生成字节码的时间很短；
• 解决空间问题：字节码占用内存不多，缓存字节码会大大降低内存的使用；
• 代码架构清晰：采用字节码，可以简化程序的复杂度，使得 V8 移植到不同的 CPU 架构平台更加容易。