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V8 与 JIT ​

JIT ​

即时编译（英语：Just-in-time compilation），动态编译的一种形式，是一种提高程序运行效率的方法。

通常，程序有两种运行方式：静态编译与动态解释。静态编译的程序在执行前全部被翻译为机器码，而解释执行的则是一句一句边运行边翻译。

即时编译器则混合了这二者，一句一句编译源代码，但是会将翻译过的代码缓存起来以降低性能损耗。相对于静态编译代码，即时编译的代码可以处理延迟绑定并增强安全性。

JIT运用的地方很多，如.NET、JVM、PyPy等。在多个JS引擎均使用JIT技术提升js执行速度。

解释与编译 ​

通常有两种方法将高级语言代码转换为机器代码，解释与编译。

  • 解释器：一行一行的翻译代码，因此我们不需要等待所有代码都编译完成便可开始执行，能够尽快看到执行效果，这非常适合Web的场景；但是解释执行的问题是，解释器可能针对同一行代码重复翻译多次，如循环语句。然后解释器在翻译过程中不能花太多时间在各种优化机制上面。

  • 编译器：方式则相反，其在执行前将完整的程序翻译成机器码，执行的时候就不用考虑翻译的事情，所以就不会出现同一段代码重复翻译的问题。然后编译方式可以在翻译的时候花更多的事情在优化上面。

什么是机器码

  1. 机器码（Machine Code）是计算机的底层指令集，由二进制数表示。它是由硬件（中央处理器、内存等）直接执行的。机器码是由编译器或汇编器将高级编程语言（如 C、C++、Java 等）编写的源代码翻译而来的。

  2. 机器码是一组二进制指令，每条指令都执行特定的操作，如加载数据、存储数据、算术运算、控制流等。机器码是特定于硬件架构的，因此不同类型的计算机（如 x86、ARM、MIPS 等）具有不同的机器码。

  3. 在机器码中，每条指令都由一个或多个字节表示，并且可以包含操作数和寻址模式。操作数可以是立即数、寄存器、内存地址等。寻址模式指定了如何获取操作数的值。

  4. 机器码的执行速度通常比高级编程语言更快，因为它是直接在硬件上执行的。然而，编写、调试和维护机器码的过程非常困难，因为它与高级编程语言相比缺乏抽象和可读性。

V8将解释与编译结合 ​

  • 为了解决解释器的低效问题，V8 把编译器也引入进来，结合了解释器和编译器两者优点设计了即时编译（JIT）的双轮驱动的设计，形成混合模式，给 JavaScript 的执行速度带来了极大的提升。
  • 不同的浏览器的JIT实现方式略有区别，但基本思想一致。

    即在js引擎中加入一个叫做monitor的部分来监控代码执行，并记录下每部分代码执行的次数以及使用的类型。如果monitor发现同一段代码执行多次，就会将此段代码标记为warm，如果执行次数非常多，就将其标记为hot。warm标记的代码会被放到baseline compiler，hot标记的代码会被放到optimizing compiler。

warm ：baseline compiler

当某段代码被标记为warm，将不直接通过解释执行，而是通过baseline compiler，baseline compiler会存储这段代码的编译结果：

  • js引擎会为每一行代码生成一个"上下文"，"上下文"中包含代码行号和变量类型信息，当monitor发现同一段代码被执行，且其中变量类型相同，则会输出它之前已经编译好版本。
  • 编译器还能做一系列的优化工作，优化工作会花费一定的时间从而阻塞代码执行，但是如果某段代码执行的频率确实很高，那么牺牲一定时间来做这些优化工作是值得的。

hot ：optimizing compiler

如果某段代码被标记为hot，这段代码会被放到 optimizing compiler ， optimizing compiler 会对代码进行更多优化，产生一个执行更快的编译版本并进行存储：

  • 但是 optimizing compiler 是基于一定假设的，比如，它假设通过某一构造器实例化出来的对象具有完全一样的结构，即拥有的属性相同，且属性顺序相同。
  • optimizing compiler 使用monitor收集到的代码信息来进行判断代码是否符合上述假设，在一个循环语句中，如果某个对象在前面的迭代中满足上面的条件， optimizing compiler 就会认为，在后续的迭代中，此对象依然会满足条件。
  • 但是由于JS的动态性，我们不能完全保证此假设成立，尽管是在同一循环期间，对象的结构也会发生变化。所以经过 optimizing compiler 编译的编译版本在执行之前需要进行检查，如果假设错误，将会丢弃此编译版本，然后将代码交回给解释器或者baseline cimpiler，此种行为被称为（弃优化）
  • 可见， optimizing compiler 机制可能会造成一些性能问题，如果js引擎针对某段代码在优化和弃优化直接不断循环，将会导致代码执行速度比没有使用优化机制更慢。

所以，浏览器在某段代码在优化和弃优化直接徘徊到一定次数后，将会放弃优化。

示例

optimizing compiler针对代码优化有许多手段，其中比较典型的一个例子就是类型特化(type specialization)，比如下面一段代码：

javascript
function arraySum(arr) {
  var sum = 0;
  for (var i = 0; i < arr.length; i++) {
    sum += arr[i];
  }
}
function arraySum(arr) {
  var sum = 0;
  for (var i = 0; i < arr.length; i++) {
    sum += arr[i];
  }
}

上面的代码看似简单，但是由于js是动态类型语言，在执行上面代码时，需要做许多额外的工作，当上面的代码被标记为warm时，将被交给baseline compiler，baseline compiler会为上面的每一行代码创建"上下文"，比如上面的sum += arr[i]，来表示整形相加合赋值操作。

但是，我们不能保证sum何arr[i]一定是整形，因为有可能arr的某一项并不是整形，如果其中一项是字符串类型，那么上面的加法操作执行策略就会不一样，需要被编译成新的版本。JIT的策略是对每一段代码产生多个"上下文"，如果该段代码在执行期间变量类型不变，只会产生一个"上下文"，否则会有多个"上下文"。这样，该段代码每次执行前都需要进行一个"决策"过程。这样引擎将会花大量时间在询问相同问题（决策）过程中。

而optimizing compiler的一个优化策略就是简化这样一个决策过程，对于其中一些变量的类型检查提前到循环之前。

有些JIT实现会在这方面做更进一步优化，比如firefox定义了一种只含有整数的特别数组，如果arr满足条件，上面图中每次执行前关于arr[i]的类型检查也可省去。


存在额外的开销：

  • 优化和弃优化的开销
  • monitor用于记录以及弃优化发生时恢复先前信息的开销
  • 存储baseline和优化版本的代码需要耗费一定内存

JIT 编译器优缺点 ​

优点

  1. 性能提升：JIT 编译器可以将 JavaScript 代码编译为机器代码，从而使其在执行时更快。这可以显著提高 Web 应用程序的性能，特别是那些包含大量 JavaScript 代码的应用程序。
  2. 代码优化：JIT 编译器可以分析运行时代码的行为和数据，并进行优化。例如，它可以检测到循环中的不变表达式并将其编译为单个指令，从而提高代码的执行速度。
  3. 内存管理：JIT 编译器可以实现更高效的内存管理。它可以检测并回收不再需要的内存，从而避免内存泄漏和提高应用程序的稳定性。

缺点

  1. 初始启动时间：JIT 编译器需要将源代码或字节码编译为机器代码，这需要一定的时间。在应用程序启动时，可能会出现明显的延迟。
  2. 内存占用：JIT 编译器需要额外的内存来存储编译后的机器代码。这可能对设备的内存有一定的要求。（其实就是空间换时间）
  3. 调试困难：由于 JIT 编译器将 JavaScript 代码编译为机器代码，调试 JavaScript 代码时可能需要将机器代码反汇编回原始的 JavaScript 代码，这可能更加困难。