新手入門帶你學(xué)習(xí)JavaScript引擎運行原理

一些名詞

JS引擎 — 一個讀取代碼并運行的引擎，沒有單一的“JS引擎”;，每個瀏覽器都有自己的引擎，如谷歌有V。

作用域 — 可以從中訪問變量的“區(qū)域”。

詞法作用域— 在詞法階段的作用域,換句話說，詞法作用域是由你在寫代碼時將變量和塊作用域?qū)懺谀睦飦頉Q定的，因此當(dāng)詞法分析器處理代碼時會保持作用域不變。

塊作用域 — 由花括號{}創(chuàng)建的范圍

作用域鏈 — 函數(shù)可以上升到它的外部環(huán)境(詞法上)來搜索一個變量，它可以一直向上查找，直到它到達全局作用域。

同步 — 一次執(zhí)行一件事， “同步”引擎一次只執(zhí)行一行，JavaScript是同步的。

異步 — 同時做多個事，JS通過瀏覽器API模擬異步行為

事件循環(huán)(Event Loop) - 瀏覽器API完成函數(shù)調(diào)用的過程，將回調(diào)函數(shù)推送到回調(diào)隊列(callback queue)，然后當(dāng)堆棧為空時，它將回調(diào)函數(shù)推送到調(diào)用堆棧。

堆棧 —一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，只能將元素推入并彈出頂部元素。 想想堆疊一個字形的塔樓; 你不能刪除中間塊，后進先出。

堆 — 變量存儲在內(nèi)存中。

調(diào)用堆棧 — 函數(shù)調(diào)用的隊列，它實現(xiàn)了堆棧數(shù)據(jù)類型，這意味著一次可以運行一個函數(shù)。 調(diào)用函數(shù)將其推入堆棧并從函數(shù)返回將其彈出堆棧。

執(zhí)行上下文 — 當(dāng)函數(shù)放入到調(diào)用堆棧時由JS創(chuàng)建的環(huán)境。

閉包 — 當(dāng)在另一個函數(shù)內(nèi)創(chuàng)建一個函數(shù)時，它“記住”它在以后調(diào)用時創(chuàng)建的環(huán)境。

垃圾收集 — 當(dāng)內(nèi)存中的變量被自動刪除時，因為它不再使用，引擎要處理掉它。

變量的提升— 當(dāng)變量內(nèi)存沒有賦值時會被提升到全局的頂部并設(shè)置為undefined。

this —由JavaScript為每個新的執(zhí)行上下文自動創(chuàng)建的變量/關(guān)鍵字。

調(diào)用堆棧(Call Stack)

看看下面的代碼：

var myOtherVar = 10
function a() {
console.log('myVar', myVar)
b()
}
function b() {
console.log('myOtherVar', myOtherVar)
c()
}
function c() {
console.log('Hello world!')
}
a()
var myVar = 5

有幾個點需要注意：

當(dāng)它被執(zhí)行時你期望發(fā)生什么？ 是否發(fā)生錯誤，因為b在a之后聲明或者一切正常？ console.log 打印的變量又是怎么樣？

以下是打印結(jié)果：

"myVar" undefined
"myOtherVar" 10
"Hello world!"

來分解一下上述的執(zhí)行步驟。

1. 變量和函數(shù)聲明(創(chuàng)建階段)

第一步是在內(nèi)存中為所有變量和函數(shù)分配空間。 但請注意，除了undefined之外，尚未為變量分配值。 因此，myVar在被打印時的值是undefined，因為JS引擎從頂部開始逐行執(zhí)行代碼。

函數(shù)與變量不一樣，函數(shù)可以一次聲明和初始化，這意味著它們可以在任何地方被調(diào)用。

所以以上代碼看起來像這樣子：

var myOtherVar = undefined
var myVar = undefined
function a() {...}
function b() {...}
function c() {...}

這些都存在于JS創(chuàng)建的全局上下文中，因為它位于全局空間中。

在全局上下文中，JS還添加了：

1. 全局對象(瀏覽器中是 window 對象，NodeJs 中是 global 對象)
2. this 指向全局對象

2. 執(zhí)行

接下來，JS 引擎會逐行執(zhí)行代碼。

myOtherVar = 10在全局上下文中，myOtherVar被賦值為10

已經(jīng)創(chuàng)建了所有函數(shù)，下一步是執(zhí)行函數(shù) a()

每次調(diào)用函數(shù)時，都會為該函數(shù)創(chuàng)建一個新的上下文(重復(fù)步驟1)，并將其放入調(diào)用堆棧。

function a() {
console.log('myVar', myVar)
b()
}

如下步驟：

1. 創(chuàng)建新的函數(shù)上下文
2. a 函數(shù)里面沒有聲明變量和函數(shù)
3. 函數(shù)內(nèi)部創(chuàng)建了 this 并指向全局對象(window)
4. 接著引用了外部變量 myVar，myVar 屬于全局作用域的。
5. 接著調(diào)用函數(shù) b ，函數(shù)b的過程跟 a一樣，這里不做分析。

下面調(diào)用堆棧的執(zhí)行示意圖：

1. 創(chuàng)建全局上下文，全局變量和函數(shù)。
2. 每個函數(shù)的調(diào)用，會創(chuàng)建一個上下文,外部環(huán)境的引用及 this。
3. 函數(shù)執(zhí)行結(jié)束后會從堆棧中彈出，并且它的執(zhí)行上下文被垃圾收集回收(閉包除外)。
4. 當(dāng)調(diào)用堆棧為空時，它將從事件隊列中獲取事件。

作用域及作用域鏈

在前面的示例中，所有內(nèi)容都是全局作用域的，這意味著我們可以從代碼中的任何位置訪問它。 現(xiàn)在，介紹下私有作用域以及如何定義作用域。

函數(shù)/詞法作用域

考慮如下代碼：

function a() {
var myOtherVar = 'inside A'
b()
}
function b() {
var myVar = 'inside B'
console.log('myOtherVar:', myOtherVar)
function c() {
console.log('myVar:', myVar)
}
c()
}
var myOtherVar = 'global otherVar'
var myVar = 'global myVar'
a()

需要注意以下幾點：

1. 全局作用域和函數(shù)內(nèi)部都聲明了變量
2. 函數(shù)c現(xiàn)在在函數(shù)b中聲明

打印結(jié)果如下：

myOtherVar: "global otherVar"
myVar: "inside B"

執(zhí)行步驟：

1. 全局創(chuàng)建和聲明 - 創(chuàng)建內(nèi)存中的所有函數(shù)和變量以及全局對象和 this
2. 執(zhí)行 - 它逐行讀取代碼，給變量賦值，并執(zhí)行函數(shù)a
3. 函數(shù)a創(chuàng)建一個新的上下文并被放入堆棧，在上下文中創(chuàng)建變量myOtherVar，然后調(diào)用函數(shù)b
4. 函數(shù)b 也會創(chuàng)建一個新的上下文，同樣也被放入堆棧中
5. 函數(shù)b的上下文中創(chuàng)建了 myVar 變量，并聲明函數(shù)c

上面提到每個新上下文會創(chuàng)建的外部引用，外部引用取決于函數(shù)在代碼中聲明的位置。

1. 函數(shù)b試圖打印myOtherVar，但這個變量并不存在于函數(shù)b中，函數(shù)b 就會使用它的外部引用上作用域鏈向上找。由于函數(shù)b是全局聲明的，而不是在函數(shù)a內(nèi)部聲明的，所以它使用全局變量myOtherVar。
2. 函數(shù)c執(zhí)行步驟一樣。由于函數(shù)c本身沒有變量myVar，所以它它通過作用域鏈向上找，也就是函數(shù)b，因為myVar是函數(shù)b內(nèi)部聲明過。

下面是執(zhí)行示意圖：

請記住，外部引用是單向的，它不是雙向關(guān)系。例如，函數(shù)b不能直接跳到函數(shù)c的上下文中并從那里獲取變量。

最好將它看作一個只能在一個方向上運行的鏈(范圍鏈)。

在上面的圖中，你可能注意到，函數(shù)是創(chuàng)建新作用域的一種方式。(除了全局作用域)然而，還有另一種方法可以創(chuàng)建新的作用域，就是塊作用域。

塊作用域

下面代碼中，我們有兩個變量和兩個循環(huán)，在循環(huán)重新聲明相同的變量，會打印什么(反正我是做錯了)？

function loopScope () {
var i = 50
var j = 99
for (var i = 0; i < 10; i++) {}
console.log('i =', i)
for (let j = 0; j < 10; j++) {}
console.log('j =', j)
}
loopScope()

打印結(jié)果：

i = 10
j = 99

第一個循環(huán)覆蓋了var i，對于不知情的開發(fā)人員來說，這可能會導(dǎo)致bug。

第二個循環(huán),每次迭代創(chuàng)建了自己作用域和變量。 這是因為它使用let關(guān)鍵字，它與var相同，只是let有自己的塊作用域。 另一個關(guān)鍵字是const，它與let相同，但const常量且無法更改(指內(nèi)存地址)。

塊作用域由大括號 {} 創(chuàng)建的作用域

再看一個例子：

function blockScope () {
let a = 5
{
const blockedVar = 'blocked'
var b = 11
a = 9000
}
console.log('a =', a)
console.log('b =', b)
console.log('blockedVar =', blockedVar)
}
blockScope()

打印結(jié)果：

a = 9000
b = 11
ReferenceError: blockedVar is not defined

1. a是塊作用域，但它在函數(shù)中，而不是嵌套的，本例中使用var是一樣的。
2. 對于塊作用域的變量，它的行為類似于函數(shù)，注意var b可以在外部訪問，但是const blockedVar不能。
3. 在塊內(nèi)部，從作用域鏈向上找到 a 并將let a更改為9000。

使用塊作用域可以使代碼更清晰，更安全，應(yīng)該盡可能地使用它。

事件循環(huán)(Event Loop)

接下來看看事件循環(huán)。 這是回調(diào)，事件和瀏覽器API工作的地方

我們沒有過多討論的事情是堆，也叫全局內(nèi)存。它是變量存儲的地方。由于了解JS引擎是如何實現(xiàn)其數(shù)據(jù)存儲的實際用途并不多，所以我們不在這里討論它。

來個異步代碼：

function logMessage2 () {
console.log('Message 2')
}
console.log('Message 1')
setTimeout(logMessage2, 1000)
console.log('Message 3')

上述代碼主要是將一些 message 打印到控制臺。 利用setTimeout函數(shù)來延遲一條消息。 我們知道js是同步，來看看輸出結(jié)果

Message 1
Message 3
Message 2

1. 打印 Message 1
2. 調(diào)用 setTimeout
3. 打印 Message 3
4. 打印 Message 2

它記錄消息3

稍后，它會記錄消息2

setTimeout是一個 API，和大多數(shù)瀏覽器 API一樣，當(dāng)它被調(diào)用時，它會向瀏覽器發(fā)送一些數(shù)據(jù)和回調(diào)。我們這邊是延遲一秒打印 Message 2。

調(diào)用完setTimeout 后，我們的代碼繼續(xù)運行，沒有暫停，打印 Message 3 并執(zhí)行一些必須先執(zhí)行的操作。
瀏覽器等待一秒鐘，它就會將數(shù)據(jù)傳遞給我們的回調(diào)函數(shù)并將其添加到事件/回調(diào)隊列中( event/callback queue)。 然后停留在

隊列中，只有當(dāng)**調(diào)用堆棧(call stack)**為空時才會被壓入堆棧。

代碼示例

要熟悉JS引擎，最好的方法就是使用它，再來些有意義的例子。

簡單的閉包

這個例子中 有一個返回函數(shù)的函數(shù)，并在返回的函數(shù)中使用外部的變量， 這稱為閉包。

function exponent (x) {
return function (y) {
//和math.pow() 或者x的y次方是一樣的
return y ** x
}
}
const square = exponent(2)
console.log(square(2), square(3)) // 4, 9
console.log(exponent(3)(2)) // 8

塊代碼

我們使用無限循環(huán)將將調(diào)用堆棧塞滿，會發(fā)生什么，回調(diào)隊列被會阻塞，因為只能在調(diào)用堆棧為空時添加回調(diào)隊列。

function blockingCode() {
const startTime = new Date().getSeconds()
// 延遲函數(shù)250毫秒
setTimeout(function() {
const calledAt = new Date().getSeconds()
const diff = calledAt - startTime
// 打印調(diào)用此函數(shù)所需的時間
console.log(`Callback called after: ${diff} seconds`)
}, 250)
// 用循環(huán)阻塞堆棧2秒鐘
while(true) {
const currentTime = new Date().getSeconds()
// 2 秒后退出
if(currentTime - startTime >= 2) break
}
}
blockingCode() // 'Callback called after: 2 seconds'

我們試圖在250毫秒之后調(diào)用一個函數(shù),但因為我們的循環(huán)阻塞了堆棧所花了兩秒鐘，所以回調(diào)函數(shù)實際是兩秒后才會執(zhí)行，這是JavaScript應(yīng)用程序中的常見錯誤。

setTimeout不能保證在設(shè)置的時間之后調(diào)用函數(shù)。相反，更好的描述是，在至少經(jīng)過這段時間之后調(diào)用這個函數(shù)。

延遲函數(shù)

當(dāng) setTimeout 的設(shè)置為0，情況是怎么樣？

function defer () {
setTimeout(() => console.log('timeout with 0 delay!'), 0)
console.log('after timeout')
console.log('last log')
}
defer()

你可能期望它被立即調(diào)用，但是，事實并非如此。

執(zhí)行結(jié)果：

after timeout
last log
timeout with 0 delay!

它會立即被推到回調(diào)隊列，但它仍然會等待調(diào)用堆棧為空才會執(zhí)行。

用閉包來緩存

Memoization是緩存函數(shù)調(diào)用結(jié)果的過程。

例如，有一個添加兩個數(shù)字的函數(shù)add。調(diào)用add（1,2）返回3，當(dāng)再次使用相同的參數(shù)add（1,2）調(diào)用它，這次不是重新計算，而是記住1 + 2是3的結(jié)果并直接返回對應(yīng)的結(jié)果。 Memoization可以提高代碼運行速度，是一個很好的工具。
我們可以使用閉包實現(xiàn)一個簡單的memoize函數(shù)。

// 緩存函數(shù)，接收一個函數(shù)
const memoize = (func) => {
// 緩存對象
// keys 是 arguments, values are results
const cache = {}
// 返回一個新的函數(shù)
// it remembers the cache object & func (closure)
// ...args is any number of arguments
return (...args) => {
// 將參數(shù)轉(zhuǎn)換為字符串，以便我們可以存儲它
const argStr = JSON.stringify(args)
// 如果已經(jīng)存，則打印
console.log('cache', cache, !!cache[argStr])
cache[argStr] = cache[argStr] || func(...args)
return cache[argStr]
}
}
const add = memoize((a, b) => a + b)
console.log('first add call: ', add(1, 2))
console.log('second add call', add(1, 2))

執(zhí)行結(jié)果：

cache {} false
first add call: 3
cache { '[1,2]': 3 } true
second add call 3

第一次 add 方法，緩存對象是空的，它調(diào)用我們的傳入函數(shù)來獲取值3.然后它將args/value鍵值對存儲在緩存對象中。
在第二次調(diào)用中，緩存中已經(jīng)有了，查找到并返回值。

對于add函數(shù)來說，有無緩存看起來無關(guān)緊要，甚至效率更低，但是對于一些復(fù)雜的計算，它可以節(jié)省很多時間。這個示例并不是一個完美的緩存示例，而是閉包的實際應(yīng)用。

代碼部署后可能存在的BUG沒法實時知道，事后為了解決這些BUG，花了大量的時間進行l(wèi)og 調(diào)試，這邊順便給大家推薦一個好用的BUG監(jiān)控工具 Fundebug。

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