JS引擎(1):JS引擎擂台赛，JavaScript引擎的特征比较及术语科普

上篇介绍过JavaScript引擎的历史，《JS引擎(0):起底各种JavaScript引擎群雄争霸之路》

一些流行的 JavaScript 引擎

SpiderMonkey ，Brendan Eich 在Netscape创建，由 C/C++ 语言开发，可适配 ECMA-262 Edition 5 及其之后的标准版本
Rhino，由 Norris Boyd（归属Netscape）创建，则是一个 Java 语言开发的 JavaScript 实现，跟SpiderMonkey
Google 的 V8，在 Google Chrome 浏览器和较新的 Opera 浏览器中使用。这同时也是Node.js使用的引擎。
JavaScriptCore (SquirrelFish/Nitro)，被用在了一些 WebKit 浏览器如 Apple Safari。
Carakan，用在旧版本 Opera 中。
The Chakra 引擎

几种较老的JavaScript引擎的特征：

	SpiderMonkey	JScript	KJS
实现语言	C	C++	C++
执行模式	解释执行	解释执行	解释执行
解释器	字节码解释器：基于栈的字节码	字节码解释器：基于栈的字节码	树遍历解释器
动态编译器	无	无	无
自动内存管理	mark-and-sweep	mark-and-sweep	mark-and-sweep
对象布局	?	基本上是HashTable	?
针对密集数组的优化	?	无 (JScript < 5.7）；有（JScript 5.8）	?
Inline-cache	?	?	?
值表现形式	tagged-value	堆对象	堆对象
Function.prototype.toString()	从字节码反编译	?	?

在Google推出V8之后，业界受到巨大冲击。V8的性能远高于当时所有其它JavaScript引擎，可以有效支撑起当时兴起的大量使用JavaScript的Web应用。

各大JavaScript引擎的实现者都坐不住了，像打了鸡血似的使劲优化优化再优化。先是把已在其它HLLVM上得到充分验证的优化技术引入到JavaScript引擎中，然后再针对JavaScript语言的特点做专项优化。

现在（2013-04）几种主流的JavaScript引擎的特征：

	V8	SpiderMonkey	Chakra	Nitro	Nashorn
实现语言	C++/汇编	C++	C++	C++/汇编	Java
执行模式	纯编译: 两层编译	解释/编译混合式: 3层执行模式	解释/编译混合: 2层执行模式，后台编译	解释/编译混合: 3层执行模式	纯编译
解释器	无	字节码解释器	字节码解释器：基于寄存器的字节码	字节码解释器 LLInt：基于寄存器的字节码	无
动态编译器	初级编译器 + 优化编译器	初级编译器 Baseline + 优化编译器 IonMonkey	有	初级编译器 method JIT + 优化编译器 DFG JIT	有
自动内存管理	分代式GC: 初生代: copying收集器; 年老代: 增量式mark-and-sweep, 可选compact	分代式GC	分代式GC: 初生代: copying收集; 年老代: 并发式mark-and-sweep	分代式GC	依赖于底层JVM的GC
对象布局	紧凑+隐藏类 Map	紧凑+隐藏类 Shape	紧凑+隐藏类	紧凑+隐藏类 Structure	紧凑+隐藏类 PropertyMap
针对密集数组的优化	有	有	有	有	有
Inline-cache	MIC/PIC	PIC	PIC	PIC	MIC/PIC
值表现形式	tagged-pointer / IEEE 754 double / integer	pun-boxing	tagged-value	NaN-boxing	堆对象 / integer
正则表达式	编译 Irregexp	编译	编译	编译 WREC	混合
Function. prototype. toString()	保留源码原文	(2012年7月前) 从字节码反编译; (761723后) 保留源码原文	?	?	保留源码原文

JavaScript引擎相关术语解析

树遍历解释器：tree-walking interpreter。遍历抽象语法树来解释执行的解释器。
对象布局: object representation 或者 object layout。指在堆上分配的JavaScript对象的在内存中的布局。
值表现形式: value representation。注意跟“对象布局”说的不是一件事。这个指的是原始类型数据、指向堆上分配的对象的指针之类的值的表现形式。对某些JavaScript引擎来说这是指“JSValue”背后在内存中的表现形式。新生代中的对象98%是“朝生夕死”的，所以并不需要按照1:1的比例来划分内存空间，而是将内存分为一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间，每次使用Eden和其中一块Survivor。当回收时，将Eden和Survivor中还存活着的对象一次性的复制到另外一块Survivor。当回收时，将Eden和Survivor中还存活着的对象一次性的复制到另外一块Survivor空间上，最后清理掉Eden和刚才用过的Survivor空间。HotSpot虚拟机默认Eden和Survivor的大小比例是8:1，也就是每次新生代中可用内存为整个新生代容量的90%（80%+10%），只有10%的内存会被“浪费”。
copying GC: 也叫scavenger。垃圾收集算法——复制算法，他将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。这样使得每次都是对整个半区进行内存回收，内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况，只要移动堆顶指针，按顺序分配内存即可，实现简单，运行高效。

现在的商业虚拟机都采用这种收集算法来回收新生代，这种算法的代价是将内存缩小为了原来的一半

IC，Inline caching，内联缓存。实际上是一门近30年的非常古老的技术，最初用在Smalltalk虚拟机上。工作原理：创建一个高速路来绕过运行时系统来读取对象的属性:对传入的对象及其属性作出某种假设，然后通过一个低成本的方式验证这个假设是否正确，如果正确就读取上次缓存的结果。在充满了动态类型和晚绑定以及其他古怪行为——比如eval——的语言里对一个对象作出合理的假设是非常困难的，所以我们退而求其次，让我们的读／写操作能够有学习能力：一旦它们看见某个对象它们就可以以某种方式来自适应，使得之后的读取操作在遇到类似结构的对象时能够更快地进行。在某种意义上，我们将要在读／写操作上缓存关于之前见过的对象的布局的相关知识——这也是内联缓存这个名字的由来。内联缓存可以被用在几乎所有需要动态行为的操作上，只要你可以找到正确的高速路：算数操作、调用自由函数、方法调用等等。有些内联缓存还能缓存不止一条快速通道，这些内联缓存就变成了多态的。
MIC: monomorphic inline-cache，单态内联缓存。有一个简单的直接类型检查开销，然后是普通的直接调用开销。

PIC: polymorphic inline-cache，多态内联缓存。
pun-boxing: Packed NaN unboxing，SpiderMonkey和LuaJIT似乎都在用pun boxing

当代JavaScript引擎之间有许多共通的实现技巧

当代JavaScript引擎之间有许多共通的实现技巧。多数优化会对JavaScript程序的行为做一定猜测（speculate），并基于猜测做激进优化（speculative optimization）。下面挑几个简单介绍一下。

从源语言到中间表示的编译器（source-to-IR compiler）

也叫做编译器的“前端”。

递归下降式语法分析器（recursive-descent parser）

运算符优先级式语法分析器（operator precedence parser）

deferred parser / diet parser（延迟语法分析）

从中间表示到目标代码的编译器（IR-to-target-code compiler）

也叫做编译器的“后端”。但因为这部分编译器经常被叫做“JIT”编译器，所以单独拿出来写

JIT style compiler: “just-in-time编译”狭义的定义是“即时编译”，也就是在某段代码即将第一次被执行时才对其编译。太早或太迟都不符合这个狭义版定义。所谓“JIT风格的编译器”通常意味着“编译是同步进行的”。这就自然的引出几个特征：

编译速度必须很快；
编译只能做有限的优化，只能选效费比高的来做。

optimizing compiler

多层编译（tiered compilation）
后台编译（background compilation）
类型反馈（type feedback）
类型特化（type specialization）
SSA-form IR

自动内存管理

分代式GC（generational GC）
增量式GC（incremental GC）
并发式GC（concurrent GC）
准确式GC（exact / accurate / type exact / type accurate / precise GC）

对象布局

紧凑对象布局 + 隐藏类

值表现形式

tagger-pointer 或 tagged-value
NaN-boxing

运行时系统

inline-cache
on-stack replacement
deoptimization
用native stack实现VM stack
cons-string 或者叫 rope 来优化字符串拼接
dependent string/sliced string 来优化字符串的子串操作
sparse array
B-tree

上面介绍的JavaScript引擎实现技巧也影响了“如何写出更高效的JavaScript代码”：尽量让代码的行为符合JavaScript引擎的猜测，效率就会高。

写类型稳定的代码

在构造器函数里声明和初始化所有属性
尽量不要delete属性；不要通过delete属性来把某个属性重置，赋值为undefined都好
不要把数组当一般对象用；不要把一般对象当数组用

参考内容：

各JavaScript引擎的简介，及相关资料/博客收集帖 https://hllvm-group.iteye.com/group/topic/37596

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