Javascriptエンジンの仕組みを詳しく解説

Javascript エンジンの動作メカニズム

JavaScript の定義から実行まで、JS エンジンは実装層で多くの初期化作業を行うため、JS エンジンの動作メカニズムを学ぶ前に、いくつかの関連する概念を導入する必要があります: 実行環境スタック、グローバル オブジェクト、実行環境、変数オブジェクト、アクティブ オブジェクト、スコープとスコープ チェーンなど。これらの概念は、JS エンジンのコア コンポーネントです。この記事の目的は、各概念を個別に説明することではなく、簡単なデモを使用して分析を行い、JS エンジンの定義から実行までの詳細と、その中でこれらの概念が果たす役割を包括的に説明することです。

var x = 1; //定义一个全局变量 x
function A(y){
  var x = 2; //定义一个局部变量 x
  function B(z){ //定义一个内部函数 B
    console.log(x+y+z);
  }
  return B; //返回函数B的引用
}
var C = A(1); //执行A,返回B
C(1); //执行函数B

このデモはクロージャであり、実行結果は 4 です。以下では、グローバル初期化、実行関数 A、実行関数 B の 3 つの段階で JS エンジンの動作メカニズムを分析します:

1 . グローバル初期化

JS エンジンが実行可能コードを入力するとき、次の 3 つの初期化タスクを完了する必要があります:

まず、グローバル オブジェクト (グローバル オブジェクト) のコピーが 1 つだけ存在します。 Access のプロパティはどこでも使用でき、その存在はアプリケーションのライフサイクル全体に伴います。グローバル オブジェクトが作成されると、Math、String、Date、document などの一般的に使用される JS オブジェクトがその属性として使用されます。このグローバル オブジェクトには名前で直接アクセスできないため、別の属性 window があり、window 自体がポイントされているため、window を通じてグローバル オブジェクトにアクセスできます。疑似コードでシミュレートされたグローバル オブジェクトの一般的な構造は次のとおりです。

//创建一个全局对象
var globalObject = {
  Math:{},
  String:{},
  Date:{},
  document:{}, //DOM操作
  ...
  window:this //让window属性指向了自身
}

次に、JS エンジンは実行環境スタック (実行コンテキスト スタック) を構築する必要があります。グローバル実行環境 (実行コンテキスト) EC を作成し、このグローバル実行環境 EC を実行環境スタックにプッシュします。実行環境スタックの機能は、プログラムが正しい順序で実行できるようにすることです。 JavaScript では、関数ごとに独自の実行環境があり、関数が実行されると、その関数の実行環境が実行環境スタックの先頭にプッシュされ、実行権限が取得されます。関数の実行が完了すると、その実行環境はスタックの最上位から削除され、実行権限は前の実行環境に戻ります。疑似コードを使用して、実行環境スタックと EC の間の関係をシミュレートします。

var ECStack = []; //定义一个执行环境栈，类似于数组
 
var EC = {};  //创建一个执行空间，
//ECMA-262规范并没有对EC的数据结构做明确的定义，你可以理解为在内存中分配的一块空间
 
ECStack.push(EC); //进入函数，压入执行环境
ECStack.pop(EC); //函数返回后，删除执行环境

最後に、JS エンジンは EC に関連付けられたグローバル変数オブジェクト (Varibale オブジェクト) VO も作成し、VO をグローバル オブジェクトにポイントします。 , VO グローバル オブジェクトの元の属性だけでなく、グローバルに定義された変数 x と関数 A も含まれます。同時に、関数 A を定義するときに、内部属性スコープも A に追加され、スコープはVO を指さした。各関数が定義されると、それに関連付けられたスコープ属性が作成され、スコープは常に関数が定義されている環境を指します。このときの ECStack の構造は以下の通りです:

ECStack = [  //执行环境栈
  EC(G) = {  //全局执行环境
    VO(G):{ //定义全局变量对象
      ... //包含全局对象原有的属性
      x = 1; //定义变量x
      A = function(){...}; //定义函数A
      A[[scope]] = this; //定义A的scope，并赋值为VO本身
    }
  }
];

2. 関数 A を実行します

実行が A(1) に入ると、JS エンジンは次の作業を完了する必要があります:

まず、JS エンジンは関数 A EC の実行環境を作成すると、EC が実行環境スタックの最上位にプッシュされ、実行権限を取得します。このとき、実行環境スタックには、グローバル実行環境と関数 A の実行環境の 2 つの実行環境が存在します。スタックの最上位に A の実行環境、最下位にグローバル実行環境があります。スタックの。次に、関数 A のスコープ チェーン (Scope Chain) を作成します。JavaScript では、実行環境ごとに識別子解決用のスコープ チェーンがあり、実行環境の作成時にそのスコープ チェーンに含まれるオブジェクトが初期化されます。現在実行中の関数の。

次に、JS エンジンは現在の関数の Activation オブジェクト (Activation Object) AO を作成します。ここでのアクティビティ オブジェクトは変数オブジェクトの役割を果たしますが、その名前は関数内で異なります (変数オブジェクトと考えることができます)。一般的な概念として、アクティブなオブジェクトはそのブランチです)、AO には関数の仮パラメータ、引数オブジェクト、このオブジェクト、およびローカル変数と内部関数の定義が含まれており、AO が先頭にプッシュされます。スコープチェーンの。関数 B を定義するときに、JS エンジンはスコープ属性も B に追加し、そのスコープが関数 B が定義されている環境を指すことに注意してください。関数 B が定義されている環境は、A のアクティブ オブジェクト AO です。 . AO はリンク リストのフロントエンドに位置します。リンク リストはエンドツーエンドで接続されているため、関数 B のスコープは A のスコープ チェーン全体を指します。 このときの ECStack 構造を見てみましょう:

ECStack = [  //执行环境栈
  EC(A) = {  //A的执行环境
    [scope]:VO(G), //VO是全局变量对象
    AO(A) : { //创建函数A的活动对象
      y:1,
      x:2, //定义局部变量x
      B:function(){...}, //定义函数B
      B[[scope]] = this; //this指代AO本身，而AO位于scopeChain的顶端，因此B[[scope]]指向整个作用域链
      arguments:[],//平时我们在函数中访问的arguments就是AO中的arguments
      this:window //函数中的this指向调用者window对象
    },
    scopeChain:<AO(A),A[[scope]]> //链表初始化为A[[scope]],然后再把AO加入该作用域链的顶端,此时A的作用域链：AO(A)->VO(G)
  },
  EC(G) = {  //全局执行环境
    VO(G):{ //创建全局变量对象
      ... //包含全局对象原有的属性
      x = 1; //定义变量x
      A = function(){...}; //定义函数A
      A[[scope]] = this; //定义A的scope，A[[scope]] == VO(G)
    }
  }
];

3. 関数 B を実行します

関数 A が実行されると、B への参照が返され、変数 C に代入されます。 C(1) を実行すると、 B(1) を実行するには、JS エンジンは次の作業を完了する必要があります:

首先，还和上面一样，创建函数B的执行环境EC，然后EC推入执行环境栈的顶部并获取执行权。 此时执行环境栈中有两个执行环境，分别是全局执行环境和函数B的执行环境，B的执行环境在栈顶，全局执行环境在栈的底部。（注意：当函数A返回后，A的执行环境就会从栈中被删除，只留下全局执行环境）然后，创建函数B的作用域链，并初始化为函数B的scope所包含的对象，即包含了A的作用域链。最后，创建函数B的活动对象AO,并将B的形参z, arguments对象 和 this对象作为AO的属性。此时ECStack将会变成这样：

ECStack = [  //执行环境栈
  EC(B) = {  //创建B的执行环境,并处于作用域链的顶端
    [scope]:AO(A), //指向函数A的作用域链,AO(A)->VO(G)
    var AO(B) = { //创建函数B的活动对象
      z:1,
      arguments:[],
      this:window
    }
    scopeChain:<AO(B),B[[scope]]> //链表初始化为B[[scope]],再将AO(B)加入链表表头，此时B的作用域链：AO(B)->AO(A)-VO(G)
  },
  EC(A), //A的执行环境已经从栈顶被删除,
  EC(G) = {  //全局执行环境
    VO:{ //定义全局变量对象
      ... //包含全局对象原有的属性
      x = 1; //定义变量x
      A = function(){...}; //定义函数A
      A[[scope]] = this; //定义A的scope，A[[scope]] == VO(G)
    }
  }
];

当函数B执行“x+y+z”时，需要对x、y、z 三个标识符进行一一解析，解析过程遵守变量查找规则：先查找自己的活动对象中是否存在该属性，如果存在，则停止查找并返回；如果不存在，继续沿着其作用域链从顶端依次查找，直到找到为止，如果整个作用域链上都未找到该变量，则返回“undefined”。从上面的分析可以看出函数B的作用域链是这样的：

AO(B)->AO(A)->VO(G)

因此，变量x会在AO(A)中被找到，而不会查找VO(G)中的x，变量y也会在AO(A)中被找到，变量z 在自身的AO(B)中就找到了。所以执行结果：2+1+1=4.

 简单的总结语

了解了JS引擎的工作机制之后，我们不能只停留在理解概念的层面，而要将其作为基础工具，用以优化和改善我们在实际工作中的代码，提高执行效率，产生实际价值才是我们的真正目的。就拿变量查找机制来说，如果你的代码嵌套很深，每引用一次全局变量，JS引擎就要查找整个作用域链，比如处于作用域链的最底端window和document对象就存在这个问题，因此我们围绕这个问题可以做很多性能优化的工作，当然还有其他方面的优化，此处不再赘述，本文仅当作抛砖引玉吧！