Node.js 底层解析 #6 - 老式 V8 引擎

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在上一篇文章中，我们讨论了变量分配、隐藏类以及 V8 如何处理 JavaScript 代码。现在，我们将更深入地了解编译流程以及 V8 的各个组件。

在 2017 年 V8.5.9 版本发布之前，V8 使用的是一套旧的执行流程，它由一个完整的代码生成编译器和一个名为 Crankshaft 的 JIT 编译器组成，Crankshaft 又包含两个子组件：Hydrogen 和 Lithium。Mathias Bynens 提供的这张图很好地展示了我们之前的流程：

我们来简单谈谈它们。

完整的代码生成编译器

全代码生成编译器是一个简单且速度极快的编译器，它生成的是简单但速度相对较慢（未经优化）的机器代码。该编译器的主要目的是追求极致速度，但生成极其糟糕的代码。因此，它能以光速将 JavaScript 代码翻译成机器代码，但生成的代码未经优化，运行速度可能非常慢。此外，它还会处理类型反馈，在程序运行时收集有关数据类型和函数使用情况的信息。

它首先读取我们的抽象语法树（AST），遍历所有节点，并直接向宏汇编器发出调用。结果：生成通用的本地代码。就是这样！完整的代码生成器完成了它的任务。所有复杂情况都通过向运行时过程发出调用来处理，所有局部变量都像往常一样存储在堆上。当 V8 识别出热函数和冷函数时，神奇的事情就开始了！

热点函数是指在程序执行过程中被多次调用的函数，因此需要比其他函数进行更多优化。冷门函数则恰恰相反。这时就需要用到 Crankshaft 编译功能了。

曲轴

Crankshaft 编译器曾经是默认的 JIT 编译器，负责处理 JS 的所有优化部分。

在接收到运行时生成的类型信息和调用信息后，Crankshaft 会分析数据，找出哪些函数已成为热点。然后，Crankshaft 会遍历抽象语法树 (AST)，为这些特定函数生成优化代码。之后，优化后的函数将使用所谓的栈上替换 (OSR) 技术替换未优化的函数。

但是，这个优化后的函数并不能涵盖所有情况，因为它只针对执行过程中我们传递的那些已定义的类型进行了优化。让我们想象一下我们的readFile函数。在函数的开头几行，我们有：

const readFileAsync = (filePath) => { /* ... */ }

假设这个函数很热门，filePath并且返回一个字符串，那么 Crankshaft 会对其进行优化以使其适用于字符串。但现在，假设返回值filePath是空字符串null，或者是一个数字（谁知道呢？）。那么优化后的函数就不适用于这种情况了。因此，Crankshaft 会取消优化，用原始函数替换它。

为了解释这种神奇的运作原理，我们需要了解曲轴内部的一些部件。

氢编译器

Hydrogen 编译器以带有类型反馈信息的抽象语法树 (AST) 作为输入。基于这些信息，它生成所谓的高级中间表示 (HIR)，该表示具有静态单赋值 (SSA) 形式的控制流图 (CFG)，其形式如下：

对于以下给定函数：

function clamp (x, lower, upper) {
  if (x < lower) x = lower
  else if (x > upper) x = upper
  return x
}

SSA 的翻译是：

entry:
  x0, lower0, upper0 = args;
  goto b0;

b0:
  t0 = x0 < lower0;
  goto t0 ? b1 : b2;

b1:
  x1 = lower0;
  goto exit;

b2:
  t1 = x0 > upper0;
  goto t1 ? b3 : exit;

b3:
  x2 = upper0;
  goto exit;

exit:
  x4 = phi(x0, x1, x2);
  return x4;

在 SSA 中，变量不会重复赋值；它们只绑定一次，即被赋予一个值。这种形式将任何过程分解为若干个基本计算块，每个计算块都以跳转到另一个计算块结束，无论该​​跳转是否基于条件。如您所见，变量在每次赋值时都绑定到一个唯一的名称，最后，函数phi会将所有x赋值后的变量合并在一起，并返回具有值的那个变量。

在生成 HIR 时，Hydrogen 会对代码应用多种优化，例如常量折叠、方法内联以及我们将在本指南末尾看到的其他内容——这部分内容有专门的章节介绍。

Hydrogen 输出的结果是一个优化的 CFG，下一个编译器 Lithium 将其作为输入来生成实际的优化代码。

锂编译器

正如我们所说，Lithium 编译器会将 HIR 转换为特定于机器的底层中间表示 (LIR)。LIR 在概念上类似于机器代码，但它是平台无关的。

在生成此 LIR 的同时，应用了新的代码优化，但这次是低级优化。

最后，读取此 LIR，Crankshaft 为每个 Lithium 指令生成一系列本地指令，应用 OSR，然后执行代码。

结论

这是我们讨论V8编译流程系列文章的第一部分（共两部分）。敬请期待本系列的下一篇文章！

如果您发现本文有任何拼写错误、语法错误或其他问题，请告诉我！所有反馈对我都非常重要，有助于我提升文章质量！<3