各位观众，晚上好！ 欢迎来到“JavaScript引擎底层大冒险”之“JIT编译分层策略与Deoptimization”特别节目。 今天，咱们就来聊聊JavaScript引擎里那些“偷偷摸摸”提升性能的黑科技。 别害怕，虽然听起来很深奥，但我保证用最通俗易懂的方式，把这玩意儿给您掰开了、揉碎了，让您听完之后，也能在面试的时候侃侃而谈。
咱们今天主要讲三个部分：
- JIT编译的分层策略：Ignition和TurboFan—— 简单来说，就是JavaScript引擎是怎么从小透明变成肌肉猛男的。
- Deoptimization：从天堂到地狱 —— 告诉您什么情况下，肌肉猛男会瞬间变成小弱鸡。
- 实际案例分析 —— 咱们用代码说话，看看这些理论在实际场景中是怎么发挥作用的。
准备好了吗？ 系好安全带，咱们出发！
第一部分：JIT编译的分层策略：Ignition和TurboFan
JavaScript，这门灵活又奔放的语言，一开始可是个“解释型”选手。啥是解释型呢？ 简单来说，就是代码一行一行地读，一行一行地执行，就像一个老老实实的翻译，慢吞吞的。
但是，程序员都是懒人，怎么能忍受这么慢的速度呢？ 于是，JIT (Just-In-Time) 编译技术就应运而生了。 JIT编译就像一个“加速器”，它会在程序运行的时候，把一部分代码“编译”成更高效的机器码，直接让CPU执行，速度嗖嗖的往上涨。
但是，JIT编译也不是免费的午餐，它需要消耗时间和内存。 所以，JavaScript引擎的开发者们就想出了一个绝妙的主意：分层编译。
分层编译，顾名思义，就是把JIT编译分成不同的层次，根据代码的执行情况，逐步优化。 目前主流的JavaScript引擎（比如V8，也就是Chrome和Node.js用的那个），通常采用两层编译策略：
- Ignition： 快速启动，快速执行，但优化程度较低。
- TurboFan： 深度优化，性能更强，但编译时间更长。
你可以把Ignition想象成一个“新手村”，TurboFan就是一个“高级副本”。
1. Ignition：快速启动，快速执行
Ignition是JavaScript引擎的“基线编译器”。 它的主要任务是：
- 快速将JavaScript代码编译成字节码（Bytecode）。 字节码是一种中间代码，比JavaScript代码更容易执行，但仍然需要解释器来执行。
- 收集代码的执行信息（Profiling）。 比如，哪些函数被调用了多少次，变量的类型是什么等等。 这些信息是TurboFan进行深度优化的重要依据。
Ignition的优点是启动速度快，内存占用低。 这对于提高网页的首次加载速度至关重要。
咱们来看一个简单的例子：
function add(x, y) {
return x + y;
}
for (let i = 0; i < 1000; i++) {
add(i, i + 1);
}当JavaScript引擎第一次执行这段代码时，Ignition会快速将add函数编译成字节码，然后开始执行。 同时，Ignition会记录add函数的执行次数，以及x和y的类型。
2. TurboFan：深度优化，性能更强
当Ignition收集到足够多的信息后，它会判断哪些函数是“热点代码”（Hot Spot），也就是执行频率很高的代码。 对于这些热点代码，引擎会将其交给TurboFan进行深度优化。
TurboFan会根据Ignition收集到的信息，进行一系列的优化，比如：
- 类型推断（Type Inference）： 根据变量的类型，生成更高效的机器码。 比如，如果TurboFan确定
x和y都是整数，它就可以直接生成整数加法的机器码，而不需要进行类型检查。 - 内联（Inlining）： 将函数调用替换成函数体本身，减少函数调用的开销。
- 循环优化（Loop Optimization）： 对循环进行各种优化，比如循环展开、循环不变式外提等等。
TurboFan的优点是性能非常高，可以大幅提升JavaScript代码的执行速度。 但是，它的缺点是编译时间长，内存占用高。
还是上面的例子，当add函数被调用了很多次之后，Ignition会将其标记为热点代码，然后交给TurboFan进行优化。 TurboFan会发现x和y通常都是整数，于是它会生成针对整数加法的机器码。 这样，add函数的执行速度就会大幅提升。
我们可以用一个表格来总结一下Ignition和TurboFan的特点：
| 特性 | Ignition | TurboFan |
|---|---|---|
| 编译速度 | 快 | 慢 |
| 内存占用 | 低 | 高 |
| 优化程度 | 低 | 高 |
| 适用场景 | 快速启动，执行不频繁的代码 | 热点代码，需要高性能的代码 |
第二部分：Deoptimization：从天堂到地狱
JIT编译听起来很美好，但是，它有一个致命的弱点：Deoptimization（去优化）。
啥是Deoptimization呢？ 简单来说，就是当TurboFan生成的优化代码不再有效时，引擎会放弃这些优化代码，回到Ignition的字节码解释器执行。 这就像一个运动员，本来跑得飞快，突然崴了一下脚，只能拄着拐杖慢慢走了。
Deoptimization是很痛苦的，因为它会导致性能急剧下降。 所以，我们应该尽量避免Deoptimization的发生。
那么，什么情况下会触发Deoptimization呢？ 常见的原因有：
- 类型突变（Type Mismatch）： TurboFan在进行类型推断时，会假设变量的类型是不变的。 但是，如果变量的类型在运行时发生了变化，那么TurboFan生成的优化代码就失效了。
- 代码变更（Code Modification）： 如果JavaScript代码在运行时被修改了（比如使用
eval函数），那么TurboFan生成的优化代码也需要被丢弃。 - 异常处理（Exception Handling）： 在某些情况下，异常处理会导致Deoptimization的发生。
咱们来看一个类型突变的例子：
function calculate(x) {
return x * 2;
}
calculate(5); // x是数字
calculate("10"); // x变成了字符串在这个例子中，calculate函数第一次被调用时，x是数字，TurboFan会生成针对数字乘法的优化代码。 但是，当calculate函数第二次被调用时，x变成了字符串，TurboFan发现类型不匹配，就会触发Deoptimization，回到Ignition的字节码解释器执行。
再来看一个代码变更的例子：
function add(x, y) {
return x + y;
}
add(1, 2); // TurboFan会优化add函数
eval("function add(x, y) { return x - y; }"); // 代码被修改
add(1, 2); // TurboFan需要重新编译add函数在这个例子中，add函数一开始被TurboFan优化了。 但是，当使用eval函数修改了add函数的定义后，TurboFan需要丢弃之前的优化代码，重新编译add函数。
Deoptimization的影响是非常严重的。 它会导致程序的执行速度大幅下降，甚至可能导致程序崩溃。 因此，在编写JavaScript代码时，我们应该尽量避免触发Deoptimization。
我们可以用一个表格来总结一下Deoptimization的触发条件和影响：
| 触发条件 | 影响 |
|---|---|
| 类型突变 | 性能急剧下降，回到字节码解释器执行 |
| 代码变更 | 性能急剧下降，需要重新编译代码 |
| 异常处理 | 性能下降，可能导致程序崩溃 |
第三部分：实际案例分析
光说不练假把式，咱们来看几个实际的例子，看看JIT编译和Deoptimization在实际场景中是怎么发挥作用的。
案例一：循环优化
function sum(arr) {
let total = 0;
for (let i = 0; i < arr.length; i++) {
total += arr[i];
}
return total;
}
const numbers = [1, 2, 3, 4, 5];
sum(numbers);在这个例子中，sum函数计算一个数组的和。 TurboFan会对这个循环进行优化，比如循环展开、循环不变式外提等等。 这些优化可以大幅提升循环的执行速度。
但是，如果我们在循环中修改了数组的长度，就会触发Deoptimization：
function sum(arr) {
let total = 0;
for (let i = 0; i < arr.length; i++) {
total += arr[i];
arr.push(i + 6); // 修改数组长度
}
return total;
}
const numbers = [1, 2, 3, 4, 5];
sum(numbers);在这个修改后的例子中，我们在循环中使用了arr.push方法，修改了数组的长度。 这样，TurboFan之前对循环进行的优化就失效了，引擎会触发Deoptimization，回到Ignition的字节码解释器执行。 这样，循环的执行速度就会大幅下降。
案例二：类型推断
function multiply(x, y) {
return x * y;
}
multiply(2, 3); // x和y都是数字
multiply(4, 5); // x和y都是数字
multiply("6", 7); // x变成了字符串，触发Deoptimization在这个例子中，multiply函数计算两个数的乘积。 TurboFan会根据x和y的类型进行优化。 如果x和y都是数字，TurboFan会生成针对数字乘法的优化代码。
但是，如果x和y的类型发生了变化（比如x变成了字符串），TurboFan会触发Deoptimization，回到Ignition的字节码解释器执行。
案例三：隐藏类（Hidden Classes）
JavaScript 是一种动态类型语言，对象的结构可以在运行时动态改变。 为了优化对象的属性访问，V8 引擎引入了隐藏类（Hidden Classes）的概念。隐藏类是一种内部数据结构，用于描述对象的形状（shape），即属性的名称和类型。
function Point(x, y) {
this.x = x;
this.y = y;
}
const p1 = new Point(1, 2);
const p2 = new Point(3, 4);在这个例子中，p1和p2 具有相同的形状（都有 x 和 y 属性），因此它们会被分配到同一个隐藏类。 这样，V8 引擎就可以快速访问它们的属性。
但是，如果我们在运行时给对象添加新的属性，就会导致隐藏类的改变，从而触发 Deoptimization。
function Point(x, y) {
this.x = x;
this.y = y;
}
const p1 = new Point(1, 2);
const p2 = new Point(3, 4);
p1.z = 5; // 给 p1 添加新的属性在这个例子中，我们给 p1 对象添加了 z 属性，导致 p1 的形状发生了改变。 V8 引擎需要为 p1 创建一个新的隐藏类，并且更新所有访问 p1 属性的代码。 这会导致性能下降。
如何避免Deoptimization
既然Deoptimization这么可怕，那么我们该如何避免它呢？ 这里有一些建议：
- 保持类型稳定： 尽量避免变量的类型在运行时发生变化。 如果可以，尽量使用类型化的语言，比如TypeScript。
- 避免代码变更： 尽量不要使用
eval函数，也不要动态修改对象的属性。 - 优化数据结构： 尽量使用数组和对象字面量，避免使用
new关键字创建对象。 - 使用严格模式： 严格模式可以帮助我们发现一些潜在的类型错误，从而避免Deoptimization。
- 了解引擎的优化策略： 不同的JavaScript引擎有不同的优化策略，了解这些策略可以帮助我们编写更高效的代码。
总结
今天，我们一起探索了JavaScript引擎的JIT编译分层策略和Deoptimization。 我们了解到，JIT编译是一种非常强大的优化技术，它可以大幅提升JavaScript代码的执行速度。 但是，JIT编译也有它的局限性，比如Deoptimization。
要编写高性能的JavaScript代码，我们需要了解JIT编译的原理，并且尽量避免触发Deoptimization。 这需要我们不断学习和实践，才能真正掌握这门技术。
好了，今天的讲座就到这里。 感谢大家的收看！ 如果您觉得今天的讲座对您有所帮助，请点个赞，转发一下，让更多的人了解JavaScript引擎的底层原理。
下次再见！