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JavaScript内核与高级编程之：`V8`引擎的`JIT`（即时编译）工作原理：从`Ignition`到`TurboFan`。

各位老铁，大家好！ 今天咱们聊聊V8引擎里的JIT（即时编译）这玩意儿。别看名字挺唬人，其实说白了，就是让JavaScript跑得更快！ 我们会像剥洋葱一样，一层一层地扒开V8的JIT，从最基础的Ignition解释器，到火力全开的TurboFan编译器，保证你听完之后，也能成为JIT小能手。

Part 1: JavaScript引擎概览：不编译，毋宁死？

先来简单回顾一下JavaScript引擎。顾名思义，引擎就是用来执行JavaScript代码的。最初，JavaScript引擎都是解释器，一行一行地解释执行代码。但这样效率太低了，就像你请了个翻译，一句一句给你翻译电影，累死个人！

为了提高效率，聪明的工程师们就想到了JIT编译。简单来说，JIT就是把JavaScript代码编译成机器码，让CPU直接执行，速度嗖嗖的。

Part 2: Ignition：V8的入门级解释器，快速启动是关键

V8引擎的第一个阶段是Ignition解释器。 想象一下，你刚打开一个网页，JavaScript代码还没跑起来，时间就是金钱！Ignition的主要任务就是快速启动，它会把JavaScript代码解析成一种叫做Bytecode的中间代码。

  • 什么是Bytecode？

    Bytecode就像是JavaScript代码的“简化版”，更容易被引擎处理。你可以把它想象成一种汇编语言，但不是真正的机器码。

  • Ignition的工作流程：

    1. Parse (解析): 将JavaScript代码解析成抽象语法树 (AST)。
    2. Generate Bytecode (生成字节码): 将AST转换成Bytecode。
    3. Execute Bytecode (执行字节码): Ignition解释器逐条执行Bytecode。

举个例子：

function add(x, y) {
  return x + y;
}

add(1, 2);

这段代码经过Ignition处理后，可能会生成如下形式的Bytecode（这只是一个示意，实际的Bytecode更复杂）：

LdaSmi 1      // Load Small Integer 1 (加载小整数1)
Star r0       // Store to register r0 (存储到寄存器r0)
LdaSmi 2      // Load Small Integer 2 (加载小整数2)
Star r1       // Store to register r1 (存储到寄存器r1)
Ldar r0       // Load register r0 (加载寄存器r0)
Add r1        // Add register r1 (加寄存器r1)
Return        // Return (返回)

注意，Ignition执行Bytecode的时候，仍然是解释执行，只不过Bytecode比JavaScript源代码更容易解释。

  • Ignition的优势：

    • 启动速度快： 不需要花费大量时间进行编译，快速生成Bytecode并执行。
    • 内存占用小： Bytecode比编译后的机器码更小，节省内存。

  • Ignition的劣势：

    • 执行速度慢： 毕竟是解释执行，效率不如编译后的机器码。

Part 3: TurboFan：V8的王牌编译器，性能优化到极致

如果一段JavaScript代码被频繁执行，Ignition就会把它交给TurboFan编译器。TurboFan会把Bytecode编译成高度优化的机器码，让代码跑得飞起。

  • TurboFan的工作流程：

    1. Profiling (性能分析): TurboFan会监控Ignition执行Bytecode的情况，找出热点代码 (Hot Spot)，也就是被频繁执行的代码。
    2. Optimization (优化编译): TurboFan会对热点代码进行深度优化，生成高度优化的机器码。
    3. Deoptimization (反优化): 如果TurboFan的优化假设失效，它会放弃优化后的机器码，退回到Ignition解释执行。

  • TurboFan的优化手段：

    TurboFan使用了各种各样的优化手段，包括：

    • Inline Caching (内联缓存): 缓存函数调用的结果，避免重复计算。
    • Hidden Class (隐藏类): 为JavaScript对象创建隐藏类，提高属性访问速度。
    • Type Feedback (类型反馈): 收集变量的类型信息，进行类型推断和优化。
    • Loop Optimization (循环优化): 对循环进行展开、向量化等优化。

让我们用一个例子来说明类型反馈的作用：

function add(x, y) {
  return x + y;
}

add(1, 2);       // 第一次调用，x和y都是数字
add(3, 4);       // 第二次调用，x和y都是数字
add("hello", " world"); // 第三次调用，x和y都是字符串

一开始，TurboFan会假设add函数接收的参数都是数字，并生成相应的优化代码。但是，当add函数接收到字符串参数时，TurboFan的假设就失效了，需要进行反优化，退回到Ignition解释执行。

  • Inline Caching (内联缓存) 例子：

    function getX(obj) {
  return obj.x;
}

let myObj = { x: 10, y: 20 };
getX(myObj); // 第一次调用

let anotherObj = { x: 5, z: 15 };
getX(anotherObj); // 第二次调用

    第一次调用 getX 时，TurboFan 会在 getX 函数内部缓存 myObj 的结构（隐藏类），以及 x 属性的偏移量。 这样，下次调用 getX 时，如果传入的对象结构相同，就可以直接从缓存中获取 x 属性，而不需要重新查找，大大提高了性能。 但是，如果传入的对象结构不同（比如 anotherObj），缓存就会失效，需要重新查找。

  • TurboFan的优势：

    • 执行速度快： 通过深度优化，生成高度优化的机器码，执行速度非常快。

  • TurboFan的劣势：

    • 编译时间长： 需要花费大量时间进行编译和优化。
    • 内存占用大： 编译后的机器码占用更多内存。

Part 4: Ignition + TurboFan：V8的黄金搭档，各司其职

Ignition和TurboFan并不是相互独立的，而是协同工作，共同提高JavaScript的执行效率。

  • Ignition负责快速启动，TurboFan负责优化热点代码。
  • Ignition和TurboFan之间可以相互切换，根据代码的执行情况动态调整。

可以用一张表格来总结一下Ignition和TurboFan的特点：

特性 Ignition (解释器) TurboFan (编译器)
启动速度 快 慢
执行速度 慢 快
内存占用 小 大
适用场景 所有代码 热点代码
优化程度 低 高

Part 5: 实际案例分析：JIT如何影响你的代码

了解了JIT的工作原理，我们来看看JIT如何影响你的代码。

  • 避免类型变化：

    尽量避免在同一个变量中存储不同类型的值，这会导致TurboFan的反优化。

    let x = 10;    // x是数字
x = "hello"; // x变成了字符串，会导致反优化

  • 使用相同结构的对象：

    尽量使用相同结构的对象，这样可以提高Inline Caching的效率。

    // 推荐：
function createPoint(x, y) {
  return { x: x, y: y };
}

let p1 = createPoint(1, 2);
let p2 = createPoint(3, 4);

// 不推荐：
let p3 = { x: 5, y: 6 };
let p4 = { y: 7, x: 8 }; // 属性顺序不同，结构不同

  • 编写可预测的代码：

    尽量编写可预测的代码，让TurboFan更容易进行优化。

    // 推荐：
for (let i = 0; i < 100; i++) {
  // 循环体内的代码尽量简单，避免复杂的判断和计算
}

// 不推荐：
for (let i = 0; i < 100; i++) {
  if (Math.random() > 0.5) {
    // 复杂的逻辑
  } else {
    // 另一套复杂的逻辑
  }
}

Part 6: 代码演示：JIT的实际效果

为了更直观地展示JIT的效果，我们来写一段代码，看看JIT如何提高代码的执行速度。

function fibonacci(n) {
  if (n <= 1) {
    return n;
  }
  return fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2);
}

console.time("fibonacci");
let result = fibonacci(40);
console.timeEnd("fibonacci");

console.log("Result:", result);

这段代码计算斐波那契数列的第40项。第一次执行的时候，Ignition会解释执行这段代码。但是，由于fibonacci函数被频繁调用，TurboFan会把它识别为热点代码，并进行优化编译。

你可以多次运行这段代码，你会发现第一次运行的时间比较长，后面的运行时间会逐渐缩短。这就是JIT的功劳！

Part 7: 总结：JIT是JavaScript的性能引擎

总而言之，JIT是JavaScript引擎的核心技术之一，它可以显著提高JavaScript代码的执行效率。Ignition负责快速启动，TurboFan负责优化热点代码，两者协同工作，让JavaScript跑得更快。

理解JIT的工作原理，可以帮助你编写更高性能的JavaScript代码。记住，编写可预测的代码，避免类型变化，使用相同结构的对象，这些都是优化JavaScript代码的有效手段。

好了，今天的讲座就到这里。希望大家有所收获，下次再见！ 别忘了点赞关注哦！ (虽然我并没有点赞和关注功能，手动狗头)

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