JavaScript 运行原理解析

说到JAVAScript的运行原理，自然绕不开JS引擎，运行上下文，单线程，事件循环，事件驱动，回调函数等概念。本文主要参考文章[1,2]。

为了更好的理解JavaScript如何工作的，首先要理解以下几个概念。

• JS Engine（JS引擎）
• Runtime（运行上下文）
• Call Stack (调用栈)
• Event Loop（事件循环）
• Callback (回调)

1.JS Engine

简单来说，JS引擎主要是对JS代码进行词法、语法等分析，通过编译器将代码编译成可执行的机器码让计算机去执行。

目前最流行的JS引擎非V8莫属了，Chrome浏览器和Node.js采用的引擎就是V8引擎。引擎的结构可以简单由下图表示：

就如JVM虚拟机一样，JS引擎中也有堆(Memory Heap)和栈(Call Stack)的概念。

• 栈。用来存储方法调用的地方，以及基础数据类型(如var a = 1)也是存储在栈里面的，会随着方法调用结束而自动销毁掉(入栈-->方法调用后-->出栈)。
• 堆。JS引擎中给对象分配的内存空间是放在堆中的。如var foo = {name: 'foo'} 那么这个foo所指向的对象是存储在堆中的。

此外，JS中存在闭包的概念，对于基本类型变量如果存在与闭包当中，那么也将存储在堆中。详细可见此处1,3

关于闭包的情况，就涉及到Captured Variables。我们知道Local Variables是最简单的情形，是直接存储在栈中的。而Captured Variables是对于存在闭包情况和with,try catch情况的变量。

function foo () {
 var x; // local variables
 var y; // captured variable, bar中引用了y
 function bar () {
 // bar 中的context会capture变量y
 use(y);
 }
 return bar;
}
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如上述情况，变量y存在与bar()的闭包中，因此y是captured variable，是存储在堆中的。

2.RunTime

JS在浏览器中可以调用浏览器提供的API，如window对象，DOM相关API等。这些接口并不是由V8引擎提供的，是存在与浏览器当中的。因此简单来说，对于这些相关的外部接口，可以在运行时供JS调用，以及JS的事件循环(Event Loop)和事件队列(Callback Queue)，把这些称为RunTime。有些地方也把JS所用到的core lib核心库也看作RunTime的一部分。

同样，在Node.js中，可以把Node的各种库提供的API称为RunTime。所以可以这么理解，Chrome和Node.js都采用相同的V8引擎，但拥有不同的运行环境(RunTime Environments)[4]。

3.Call Stack

JS被设计为单线程运行的，这是因为JS主要用来实现很多交互相关的操作，如DOM相关操作，如果是多线程会造成复杂的同步问题。因此JS自诞生以来就是单线程的，而且主线程都是用来进行界面相关的渲染操作 (为什么说是主线程，因为html5 提供了Web Worker，独立的一个后台JS，用来处理一些耗时数据操作。因为不会修改相关DOM及页面元素，因此不影响页面性能)，如果有阻塞产生会导致浏览器卡死。

如果一个递归调用没有终止条件，是一个死循环的话，会导致调用栈内存不够而溢出，如：

function foo() {
 foo();
}
foo();
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例子中foo函数循环调用其本身，且没有终止条件，浏览器控制台输出调用栈达到最大调用次数。

JS线程如果遇到比较耗时操作，如读取文件，AJAX请求操作怎么办？这里JS用到了Callback回调函数来处理。

对于Call%20Stack中的每个方法调用，都会形成它自己的一个执行上下文Execution%20Context，关于执行上下文的详细阐述请看这篇文章

4.Event%20Loop%20&%20Callback

JS通过回调的方式，异步处理耗时的任务。一个简单的例子：

var%20result%20=%20ajax('...');
console.log(result);
复制代码

此时并不会得到result的值，result是undefined。这是因为ajax的调用是异步的，当前线程并不会等到ajax请求到结果后才执行console.log语句。而是调用ajax后请求的操作交给回调函数，自己是立刻返回。正确的写法应该是：

ajax('...',%20function(result)%20{
%20console.log(result);
})
复制代码

此时才能正确输出请求返回的结果。

JS引擎其实并不提供异步的支持，异步支持主要依赖于运行环境(浏览器或Node.js)。

So,%20for%20example,%20when%20your%20JavaScript%20program%20makes%20an%20Ajax%20request%20to%20fetch%20some%20data%20from%20the%20server,%20you%20set%20up%20the%20“response”%20code%20in%20a%20function%20(the%20“callback”),%20and%20the%20JS%20Engine%20tells%20the%20hosting%20environment:%20“Hey,%20I’m%20going%20to%20suspend%20execution%20for%20now,%20but%20whenever%20you%20finish%20with%20that%20network%20request,%20and%20you%20have%20some%20data,%20please%20call%20this%20function%20back.”

The%20browser%20is%20then%20set%20up%20to%20listen%20for%20the%20response%20from%20the%20network,%20and%20when%20it%20has%20something%20to%20return%20to%20you,%20it%20will%20schedule%20the%20callback%20function%20to%20be%20executed%20by%20inserting%20it%20into%20the%20event%20loop.

上面这两段话摘自于How%20JavaScript%20works，以通俗的方式解释了JS如何调用回调函数实现异步处理。

所以什么是Event%20Loop?

Event%20Loop只做一件事情，负责监听Call%20Stack和Callback%20Queue。当Call%20Stack里面的调用栈运行完变成空了，Event%20Loop就把Callback%20Queue里面的第一条事件(其实就是回调函数)放到调用栈中并执行它，后续不断循环执行这个操作。

一个setTimeout的例子以及对应的Event%20Loop动态图：

console.log('Hi');
setTimeout(function%20cb1()%20{%20
%20console.log('cb1');
},%205000);
console.log('Bye');
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console.log('Hi');
setTimeout(function() {
 console.log('callback');
}, 0);
console.log('Bye');
// 输出
// Hi
// Bye
// callback
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for (var i = 0; i < 5; i++) {
 setTimeout(function() {
 console.log(i);
 }, 1000 * i);
}
	
// 输出：5 5 5 5 5
复制代码