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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

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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
}

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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

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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
    }
  }
];

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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)
    }
  }
];

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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)
    }
  }
];

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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)

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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！