浏览器-09 javascript引擎和Chromium网络栈

语言的运行

C/C++语言

• 使用编译器直接将它们编译成本地代码(机器指令)，这是由开发人员在代码编写完成之后实施;
• 用户只是使用这些编译好的本地代码，这些本地代码被系统的加载器加载执行，由操作系统调度CPU直接执行，无需其它额外的辅助虚拟机等;
• 这一过程基本上是从源代码开始，然后抽象语法树，之后中间表示，最后到本地代码;

Python等脚本语言

• 处理脚本语言通常的做法是开发者将写好的代码直接交给用户，用户使用脚本的解释器将脚本文件加载然后解释执行;
• 当然，现在Python也可以支持将脚本编译生成中间表示;
• 所以对于脚本语言，一般需要开发人员的编译过程；
• 这主要因为使用场景不一样，它的目的不是高性能;
• 这一过程是源代码，到抽象语法树，再到解释器解释执行;

Java语言

• 其可以理解为比较明显的两个阶段:
  • 首先是像C++语言一样的编译器，但是，同C++编译器生成的本地代码结果不同，经过编译器编译之后的是字节码，字节码是平台无关的;
  • 在运行字节码阶段，Java的运行环境也就是Java虚拟机会加载字节码，使用解释执行这些字节码;
  • 同时现代Java虚拟机一般都引入了JIT技术，也就是前面说的将字节码转变成本地代码来提高执行效率;
• 这主要两个阶段，第一阶段对时间要求不严格，第二阶段则对每个步骤所花费的时间非常敏感，时间越短越好;

JavaScript语言

• 它是一种解释性脚本语言，但是随着众多工程师不断投入资源来提高它的速度，这使得它能够使用了Java虚拟机和C++编译器中众多的技术;
• 同时它的工作方式也在演变:
  • 早期由解释器来解释它们即可，就是将源代码转变成抽象语法树，然后在抽象语法树上解释执行;
  • 随着将Java虚拟机的JIT技术引入，现在的做法是将抽象语法树转成中间表示（也就是字节码），然后通过JIT技术转成本地代码，这能够大大的提高了执行效率;
  • 当然也有些做法直接从抽象语法树生成本地代码的JIT技术，例如V8;
• JavaScript跟Java还是有以下一些区别：
  • JavaScript是无类型的语言，这使得对于对象的表示和属性的访问上比Java存在比较大的性能损失;
  • Java语言通常是将源代码编译成字节码，这个同执行阶段是分开的，也就是从源代码到抽象语法树到字节码这段时间的长短是无所谓的，主要是尽可能的生成高效的字节码即可;而对于JavaScript，这些都是在网页和JavaScript文件下载后同执行阶段一起在网页的加载和渲染过程中来实施的，所以对它们的处理时间也有着很高的要求;

JavaScript引擎主要包括

• 编译器:主要工作是将源代码编译成抽象语法树，然后在某些引擎中还包含将抽象语法树转换成字节码;
• 解释器:在某些引擎中，解释器主要是接受字节码，解释执行这个字节码，然后也依赖来及回收机制等;
• JIT工具:一个能够能够JIT的工具，将字节码或者抽象语法树转换成本地代码;
• 垃圾回收器和分析工具:负责垃圾回收和收集引擎中的信息，帮助改善引擎的性能和功效;

JavaScriptCore引擎和V8引擎

WebKit中的JavaScript引擎

• 在WebKit项目中，最初只有JavaScriptCore引擎;在Blink还独立出来之前，为了支持不同的JavaScript引擎，WebKit设计了一套接口可以切换使用不同的JavaScript引擎（事实上，这一接口会降低性能），所以，WebKit当时可以支持两种类型的JavaScript引擎，那就是JavaScriptCore引擎和V8引擎;两者都是基于WebKit所提供的接口来同渲染引擎协同工作;

  JavaScriptCore引擎

• JavaScriptCore引擎是WebKit中默认的引擎;
• 在早期阶段，性能不是特别突出;特别是，它只有解释器来解释执行JavaScript代码,这一效率十分的低效;
• 从2008年开始,JavaScriptCore引擎开始一个新的优化工作;

• JavaScriptCore最简单的处理部分，主要是将源代码翻译成抽象语法树，之后是平台无关的字节码，在最初的版本中，字节码会被JavaScriptCore引擎解释执行;在后面的版本中，逐渐加入了JIT编译器，将热点函数生成本地代码;

V8引擎

• 为了达到高性能的JavaScript代码执行效率从而获得更好的网页浏览效果，它甚至采用直接将JavaScript编译成本地代码的方式;
• 首先它也是将源代码转变成抽象语法树的，这一点同JavaScriptCore引擎一样，之后两个引擎开始不同；
• 不同于JavaScriptCore引擎，V8引擎并不将抽象语法树转变成字节码或者其它中间表示，而是通过JIT编译器的全代码生成器从抽象语法树直接生成本地代码，所以没有像Java一样的虚拟机或者字节码解释器;
• 这样做，主要是因为减少这抽象语法树到字节码的转换时间，这一切都在网页加载时候完成，虽然可以提高优化的可能，但是这些分析可能带来巨大的时间浪费;当然，缺点也很明显，至少包括两点：
  • 第一是某些JavaScript使用场景其实使用解释器更为合适，因为没有必要生成本地代码；
  • 第二是因为没有中间表示，会减少优化的机会因为缺少一个中间表示层;
• 在之后的版本中，V8工程师们引入了Crankshaft编译器，它能够对热点的JS函数进行生成的分析和优化后再生成本地代码，原因在于不是所有的JavaScript代码都合适做如此深层次的优化，因为优化本身也需要花费一定的时间;

Chromium网络栈

概述

• 主要作用是使用网络来下载各种类型的资源，还需要支持最新的HTML5功能WebSockets ;
• 为了高效的网络机制，Chromium使用了预DNS解析和资源预取等技术，极大的减少了用户等待时间;
• Chromium又引入了SPDY和QUIC等新网络协议，用于减少网络传输时间;

调用栈

• 以HTTP协议为例，在建立TCP的socket连接过程中涉及的类;
• 首先是URLRequest被上层调用启动请求的时候，它会根据URL的scheme来决定需要创建什么类型的请求,例如http://，file://;还可以是自定义的scheme，例如Android系统的file://assets/;
  • URLRequest创建的是一个URLRequestJob子类的一个对象,为了支持自定义的scheme处理方式，它是利用工厂模式;基本的思路是，用户可以在该类中注册多个工厂，当有URLRequest请求时候，先有工厂检查它是否需要处理该scheme，如果没有，继续交由下一个工厂类;最后，如果没有任何工厂能够处理的话，则交给内置的工厂来检查和处理是否是http://，ftp://或者file://等;
• 其次，当URLRequestHttpJob被创建后，它首先从Cookie管理器中获取跟该URL相关联的信息;之后，同样借助于HttpTransactionFactory创建一个HttpTransaction类的对象来表示开启一个HTTP连接的事务（不同于数据库中的事务概念;
  • HttpCache类使用本地磁盘缓存机制，如果该请求对应的回复已经在磁盘缓存中，那么无需再建立HttpTransaction来发起连接，直接从磁盘中获取;
  • 如果磁盘中没有，同时如果目前该URL请求对应的HttpTransaction已经建立，那么只要等待它的回复即可;
  • 这些条件都不满足后，实际上才会真正创建HttpTransaction;
• 然后，HttpNetworkTransaction使用HttpNetworkSession来管理连接会话;
  • HttpNetworkSession通过它的成员HttpStreamFactory来建立TCP Socket连接;
  • 之后创建HttpStream对象;HttpStreamFactory将和网络之间的数据读写交给自己新创建的一个HttpStream对象来处理;
• 最后，是套接字的建立;Chromium中的跟服务器建立连接的套接字是StreamSocket，它是一个抽象类;同时，为了支持SSL机制，它还有一个子类就是SSLSocket;

SPDY

• 为了解决HTTP管线化技术的网络延迟和安全性问题;
• 使用SPDY协议的服务器和客户端可以将网络加载的时间减少64%;在HTTP2.0的草案中引入SPDY协议作为基础来编写;
• SPDY协议是一种新的会话层协议，它定义在HTTP协议和TCP协议之间;
• 协议的核心思想是多路复用，仅使用一个连接来传输一个网页中的众多资源;
  • 它本上并没有改变HTTP协议，只是将HTTP协议头通过SPDY来封装和传输;
  • 其传输方式也没有发生变化，然后使用TCP/IP协议;
  • 所以，它相对比较容易的布置，服务器只需要插入SPDY协议的解释层，从SPDY的消息头中获取各个资源的HTTP头即可;
  • SPDY协议必须建立在SSL层之上，这是一个比较大的限制，因为有很多网站不一定希望支持HTTPS;
• SPDY的工作方式有以下四个特征：
  • 利用一个TCP连接来传输不限个数的资源请求的读写流，这与之前的为每个资源请求都建立一个TCP连接大大不同，这明显提高了TCP连接的利用率，减少TCP连接的维护成本;
  • 根据资源请求的特性和优先级，SPDY可以调整它们的请求这些资源的优先级，例如对JavaScript资源的优先级很高，服务器优先传输回复该类型的请求;
  • 对这些请求使用压缩技术，大大减少需要传送的字节数;这一思想已广泛应用于各种浏览器中;
  • 当用户需要浏览某个网页的时候，支持SPDY协议的服务器在发送网页内容时候可以尝试发送一些信息给浏览器，告诉后面可能需要哪些资源，浏览器可以提前知道并决定是否需要下载;更极端的情况是，服务器可以主动发送资源;