各位观众老爷，晚上好！今天咱们来聊聊 V8 引擎里的两个重量级选手：Ignition 解释器和 TurboFan 优化编译器，看看它们是如何配合，把 JavaScript 代码变成飞一般的存在。
开场白：JavaScript 的速度之谜
JavaScript，这门曾经被认为是“玩具语言”的家伙，如今已经横扫前端、后端、移动端，甚至嵌入式设备。这背后，V8 引擎功不可没。V8 的速度，很大程度上要归功于它的即时编译（JIT）技术。而 Ignition 和 TurboFan，就是 JIT 技术中的两把利剑。
第一章：Ignition：快速启动，边跑边看
想象一下，你刚拿到一份 JavaScript 代码，你想立刻让它跑起来，但又不想花费太多时间去深度分析它。这时候，Ignition 就派上用场了。
Ignition 是 V8 的解释器，它的主要任务是：
- 快速解析：将 JavaScript 代码解析成抽象语法树（AST）。
- 生成字节码：将 AST 转换为更易于执行的字节码。
- 执行字节码：逐条执行字节码，让代码跑起来。
与直接解释执行源代码相比，字节码的执行效率更高。但是，Ignition 仍然是一种解释执行的方式，它并没有进行深度的代码优化。
为什么需要 Ignition？
- 启动速度快：
Ignition的编译速度非常快，可以迅速启动 JavaScript 代码的执行。这对于交互性强的 Web 应用来说至关重要。 - 内存占用少：字节码比原生机器码占用更少的内存。
- 为 TurboFan 提供信息：
Ignition在执行字节码的过程中，会收集代码的运行信息，比如变量的类型、函数的调用次数等。这些信息对于TurboFan进行优化至关重要。
Ignition 的字节码长啥样？
虽然我们不能直接看到 Ignition 生成的字节码，但是我们可以通过 V8 提供的工具来查看。
node --print-bytecode your_script.js你会看到类似这样的输出：
[generated bytecode for function: yourFunction (0x... <SharedFunctionInfo yourFunction>)]
Parameter count: 1
Frame size: 16
0x... @ 0 : a7 LdaUndefined
0x... @ 1 : 0b 00 Star r0
0x... @ 3 : 1a 01 Ldar a0
0x... @ 5 : 63 00 00 CallRuntime [Runtime::kIncrement] (r0, r1)
0x... @ 8 : a7 LdaUndefined
0x... @ 9 : 94 Return这些看起来像乱码的东西，就是字节码指令。每一条指令都对应着一个特定的操作。
举个例子：一个简单的加法函数
function add(a, b) {
return a + b;
}
add(1, 2);Ignition 会将这段代码转换为字节码，然后逐条执行。在这个过程中，Ignition 会发现 a 和 b 都是数字类型，并且 add 函数被调用了一次。这些信息都会被记录下来，为 TurboFan 的后续优化提供依据。
第二章：TurboFan：深度优化，榨干性能
如果一段 JavaScript 代码被频繁执行（通常是由 Ignition 收集的信息触发），TurboFan 就会闪亮登场，对代码进行深度优化。
TurboFan 是 V8 的优化编译器，它的主要任务是：
- 接收 Ignition 收集的信息：获取变量类型、函数调用次数等运行时信息。
- 构建高级中间表示（HIR）：将字节码转换为更易于优化的 HIR。
- 进行各种优化：包括类型推断、内联、循环优化等。
- 生成机器码：将优化后的 HIR 转换为原生机器码，直接在 CPU 上执行。
TurboFan 为什么这么厉害？
- 类型推断：
TurboFan可以根据Ignition收集的信息，推断出变量的类型。这样就可以避免运行时的类型检查，提高代码的执行效率。例如，如果TurboFan确定a和b都是整数，就可以直接使用整数加法指令，而不需要进行类型判断。 - 内联：
TurboFan可以将函数调用替换为函数体本身。这样可以减少函数调用的开销，提高代码的执行效率。例如，如果add函数被频繁调用，TurboFan可能会将其内联到调用它的地方。 - 循环优化：
TurboFan可以对循环进行各种优化，比如循环展开、循环不变式外提等。这些优化可以显著提高循环的执行效率。
TurboFan 的优化过程：一个简化的版本
假设我们有以下 JavaScript 代码：
function sum(arr) {
let total = 0;
for (let i = 0; i < arr.length; i++) {
total += arr[i];
}
return total;
}
let numbers = [1, 2, 3, 4, 5];
sum(numbers);-
Ignition 执行：
Ignition首先执行这段代码，并收集以下信息：arr的类型是数组。arr的元素类型是数字。sum函数被频繁调用。
-
TurboFan 启动：
TurboFan收到Ignition的信息后，开始对sum函数进行优化。 -
类型特化：
TurboFan根据收集到的信息，将arr的类型特化为数字数组。这意味着在循环中，TurboFan可以直接使用数字加法指令，而不需要进行类型判断。 -
循环优化：
TurboFan可能会对循环进行展开，或者进行其他循环优化，以提高循环的执行效率。 -
生成机器码：
TurboFan将优化后的代码转换为原生机器码，直接在 CPU 上执行。
第三章：Ignition 和 TurboFan 的协作流程
Ignition 和 TurboFan 并不是独立工作的，它们之间有着密切的协作关系。
1. 代码执行的生命周期
| 阶段 | 引擎 | 任务 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|---|
| 初始阶段 | Ignition | 快速解析 JavaScript 代码，生成字节码并执行。 | 启动速度快，内存占用少。 | 执行效率相对较低，无法进行深度优化。 |
| 监控阶段 | Ignition | 在执行字节码的过程中，收集代码的运行信息，比如变量的类型、函数的调用次数等。 | 为 TurboFan 提供优化所需的信息。 | 执行效率相对较低。 |
| 优化触发 | V8 调度器 | 当代码被频繁执行时，V8 调度器会触发 TurboFan 对代码进行优化。 触发条件可以基于函数调用次数、循环执行次数等。 | – | – |
| 优化编译 | TurboFan | 根据 Ignition 收集的信息，对代码进行深度优化，并生成原生机器码。优化包括类型推断、内联、循环优化等。 | 执行效率高，可以充分利用 CPU 资源。 | 编译时间长，内存占用高。 |
| 机器码执行 | CPU | 执行 TurboFan 生成的机器码。 | 执行效率最高。 | – |
| 反优化 | TurboFan | 如果在执行机器码的过程中，发现之前基于类型推断的优化失效了（例如，变量的类型发生了变化），TurboFan 会进行反优化，退回到 Ignition 解释执行。 | 保证代码的正确性。 | 反优化会带来性能损失。 |
2. 协作流程图
graph LR
A[JavaScript 代码] --> B(Ignition 解析并执行);
B -- 执行过程中收集信息 --> C{代码是否需要优化？};
C -- 是 --> D(TurboFan 优化编译);
C -- 否 --> B;
D --> E(生成机器码);
E --> F(CPU 执行机器码);
F -- 执行过程中类型发生变化 --> G(TurboFan 反优化);
G --> B;3. 详细解释
- 初始阶段：JavaScript 代码首先由
Ignition解析并执行。Ignition就像一个勤劳的搬运工，迅速地让代码跑起来。 - 监控阶段：
Ignition在执行代码的同时，会默默地收集代码的运行信息，比如变量的类型、函数的调用次数等。这些信息就像是代码的“体检报告”，为TurboFan的优化提供依据。 - 优化触发：当一段代码被频繁执行时，V8 引擎会认为这段代码是“热点代码”，值得进行优化。
TurboFan就会被触发，对这段代码进行深度优化。 - 优化编译：
TurboFan根据Ignition收集的信息，对代码进行各种优化，比如类型推断、内联、循环优化等。TurboFan就像一个精明的工程师，对代码进行精雕细琢，使其运行效率达到最高。 - 机器码执行：
TurboFan将优化后的代码转换为原生机器码，直接在 CPU 上执行。这意味着代码的执行效率将大大提高。 - 反优化：如果在执行机器码的过程中，发现之前基于类型推断的优化失效了（例如，变量的类型发生了变化），
TurboFan会进行反优化，退回到Ignition解释执行。这就像是代码的“安全阀”，保证代码的正确性。
第四章：一些更深入的探讨
1. Hidden Classes
Hidden Classes 是 V8 用来优化对象属性访问的一种技术。JavaScript 是一种动态语言，对象的属性可以在运行时动态添加和删除。这给 V8 的优化带来了很大的挑战。
为了解决这个问题，V8 引入了 Hidden Classes 的概念。Hidden Classes 本质上是一个描述对象属性布局的类。当 V8 第一次遇到一个对象时，会为其创建一个 Hidden Class。如果后续创建的对象具有相同的属性和相同的属性顺序，那么它们就可以共享同一个 Hidden Class。
通过 Hidden Classes，V8 可以快速地查找对象的属性，而不需要每次都进行动态查找。这大大提高了对象属性访问的效率。
function Point(x, y) {
this.x = x;
this.y = y;
}
let p1 = new Point(1, 2);
let p2 = new Point(3, 4);在这个例子中，p1 和 p2 具有相同的属性 (x 和 y) 和相同的属性顺序，因此它们可以共享同一个 Hidden Class。
2. Inline Caches (ICs)
Inline Caches 是一种用于优化函数调用和属性访问的技术。它的基本思想是将之前执行的结果缓存起来，以便下次使用。
当 V8 第一次执行一个函数调用或属性访问时，它会记录下调用的目标函数或属性的位置。下次再执行相同的调用或访问时，V8 会首先检查缓存中是否存在之前的结果。如果存在，V8 就可以直接使用缓存的结果，而不需要再次进行查找。
Inline Caches 可以显著提高函数调用和属性访问的效率，特别是对于频繁调用的函数和频繁访问的属性。
3. Crankshaft 的历史
在 TurboFan 之前，V8 使用的是 Crankshaft 作为优化编译器。Crankshaft 是一种基于海豚/线性扫描寄存器分配器（LRA）的编译器。虽然 Crankshaft 在当时取得了很大的成功，但是它也存在一些问题：
- 代码复杂：
Crankshaft的代码非常复杂，难以维护和扩展。 - 优化能力有限：
Crankshaft的优化能力有限，无法充分利用现代 CPU 的特性。 - 对 JavaScript 新特性支持不足：
Crankshaft对 JavaScript 的新特性支持不足，无法很好地处理 ES6 及以后的特性。
因此，V8 团队决定开发一种新的优化编译器，这就是 TurboFan。TurboFan 采用了全新的架构和优化策略，克服了 Crankshaft 的缺点，成为了 V8 的新一代优化编译器。
第五章：总结
Ignition 和 TurboFan 是 V8 引擎中的两把利剑，它们共同协作，将 JavaScript 代码变成飞一般的存在。Ignition 负责快速启动和收集信息，TurboFan 负责深度优化和生成机器码。它们的协作流程可以概括为：
- 快速启动：
Ignition迅速解析和执行 JavaScript 代码。 - 信息收集：
Ignition在执行过程中收集代码的运行信息。 - 优化触发： 当代码被频繁执行时，
TurboFan被触发。 - 深度优化：
TurboFan根据收集到的信息，对代码进行深度优化。 - 机器码生成：
TurboFan生成原生机器码，直接在 CPU 上执行。 - 反优化： 如果优化失效，
TurboFan会进行反优化，退回到Ignition解释执行。
理解 Ignition 和 TurboFan 的协作流程，可以帮助我们更好地理解 V8 引擎的工作原理，从而编写出更高效的 JavaScript 代码。
结束语
希望今天的讲座能让大家对 V8 引擎的 Ignition 和 TurboFan 有更深入的了解。JavaScript 的世界充满着惊喜，让我们一起探索，不断学习！ 谢谢大家！