javaScript的底层(详解)

简介:

JavaScript 是一种高级编程语言，通常在网页开发中用于前端和后端开发。JavaScript 的底层实现是浏览器或服务器上的 JavaScript 引擎。不同的引擎可能有不同的底层实现，但它们都有一个共同的目标，即执行 JavaScript 代码。

JavaScript 的底层实现涉及到多个方面，包括解释器、编译器、内存管理、执行上下文、作用域链等。以下是 JavaScript 底层的详细解释

解释器和编译器:

解释器：JavaScript 引擎中的解释器负责解析和执行 JavaScript 代码。它逐行读取源代码，将其翻译成机器代码并执行。解释器通常用于快速启动和执行代码。

编译器：某些 JavaScript 引擎包括编译器，用于将 JavaScript 代码转换成优化的中间代码或直接编译成本地机器代码。这样可以提高执行速度。V8 引擎就包括了一个即时编译器（Just-In-Time Compiler，JIT），它将 JavaScript 代码编译成机器代码以提高性能。

执行上下文:

执行上下文是 JavaScript 引擎用来跟踪代码执行的上下文信息。每当函数被调用时，都会创建一个新的执行上下文。执行上下文包含了当前函数的变量、作用域链、this 指向等信息。这些信息在代码执行期间被使用，以确保正确的变量访问和函数调用

作用域链:

作用域链是执行上下文中的一个关键概念。它用于查找变量和函数的定义。当 JavaScript 代码在一个作用域中引用一个变量时，引擎会从当前执行上下文的变量对象开始查找，如果找不到，则会继续向上查找作用域链，直到找到或者达到全局作用域

内存管理:

avaScript 引擎负责管理内存。它使用垃圾回收机制来检测和回收不再使用的对象，以防止内存泄漏。垃圾回收器会定期扫描内存，标记不再引用的对象，并将其释放

事件循环（在浏览器环境中）:

事件循环是 JavaScript 处理异步事件的机制。它允许 JavaScript 在等待异步操作完成时继续执行其他任务，而不会阻塞应用程序。事件循环不断地检查事件队列中是否有待处理的事件，并按照特定的顺序处理它们。

APIs（在浏览器环境中）：

JavaScript 可以与浏览器提供的各种 API 进行交互，包括 DOM 操作、Ajax 请求、Canvas 绘图等。这些 API 允许 JavaScript 与用户界面和网络进行交互，实现丰富的前端功能。

总而言之，JavaScript 的底层实现是一个复杂的系统，它涉及多个组件和机制，用于解释、执行和优化 JavaScript 代码。不同的 JavaScript 引擎可能在底层实现上有所不同，但它们都遵循了 JavaScript 语言规范，以确保代码在不同环境中的一致性和可移植性。这些底层机制和概念共同使 JavaScript 成为一门功能强大的编程语言。

详解:

解释器和编译器:

解析器（Parser）：

解析器是 JavaScript 引擎的一部分，它负责将源代码字符串转化为抽象语法树（AST）。AST 是一个树状结构，表示了代码的语法结构，包括变量声明、函数定义、表达式等。

解析器执行的过程包括词法分析（Lexical Analysis）和语法分析（Syntax Analysis）：

词法分析：解析器将源代码字符串分割成词法单元（tokens），例如标识符、运算符、数字、字符串等。这些词法单元是语法分析的基本单位。

语法分析：解析器使用词法单元构建抽象语法树，根据语法规则验证代码的合法性。如果代码不符合语法规则，解析器会抛出语法错误。

编译器（Compiler）：

编译器是 JavaScript 引擎的另一部分，它负责将 AST 编译成可执行代码。编译器的工作包括优化和生成目标代码的阶段：

优化：某些 JavaScript 引擎包括一个即时编译器（Just-In-Time Compiler，JIT），它会对 AST 进行优化，尝试将代码转化为更高效的中间代码或直接编译成本地机器代码，以提高执行速度。

生成目标代码：编译器将优化后的代码转化为目标代码，这可以是中间代码，也可以是机器代码（取决于引擎的实现）。目标代码可以由解释器执行或由底层硬件执行。

总结起来，解析器和编译器的工作流程如下：

解析器接收 JavaScript 源代码字符串，并将其分析成词法单元。

解析器使用语法规则将词法单元构建成抽象语法树（AST）。

编译器接收 AST，并可能对其进行优化。

编译器将优化后的代码生成目标代码，可以是中间代码或机器代码。

最终，目标代码由解释器或底层硬件执行，实现 JavaScript 代码的功能。

不同的 JavaScript 引擎可能有不同的解析器和编译器实现，以及不同的优化策略，这些差异可以影响代码的执行性能。一些引擎，如 V8（Chrome 的 JavaScript 引擎），在性能方面非常出色，通过 JIT 编译技术和优化算法来加速 JavaScript 代码的执行。

执行上下文

全局执行上下文（Global Execution Context）：

当 JavaScript 代码首次加载时，会创建一个全局执行上下文。这是整个程序的最顶层执行上下文，它负责管理全局范围的变量和函数。全局执行上下文通常只有一个，在整个程序的生命周期中存在。

函数执行上下文（Function Execution Context）：

每当函数被调用时，都会创建一个新的函数执行上下文。这个执行上下文与函数相关联，包括了函数的参数、局部变量和内部函数。

每个函数执行上下文都有自己的作用域链，用于查找变量和函数的定义。

函数执行上下文的数量可以随着函数的嵌套调用而增加，每个函数执行上下文都有自己的活动记录（Activation Record）。

作用域链（Scope Chain）：

执行上下文中的作用域链是一个包含变量对象的链条，用于查找变量和函数的定义。它从当前执行上下文的变量对象开始，然后逐级向外部执行上下文的变量对象查找，直到找到或达到全局执行上下文。

作用域链的目的是实现词法作用域，即变量的作用域由代码的静态结构决定，而不受运行时条件的影响。

变量对象（Variable Object）：

每个执行上下文都有一个与之关联的变量对象，用于存储变量和函数的定义。全局执行上下文的变量对象称为全局对象（Global Object）。

变量对象包括了函数的参数、函数内部声明的变量（包括函数声明）以及在该作用域内可访问的全局变量。

this 指向：

执行上下文还包括了一个 this 指向，它指示了当前代码片段所属的对象。在全局执行上下文中，this 指向全局对象（通常是 window 对象），而在函数执行上下文中，this 的值取决于函数的调用方式。

执行阶段：

执行上下文有两个阶段：创建阶段（Creation Phase）和执行阶段（Execution Phase）。

在创建阶段，变量对象被设置，函数声明被提升，作用域链被创建。

在执行阶段，JavaScript 代码逐行执行，变量分配、函数调用等操作都发生在这个阶段。

销毁执行上下文：

当函数执行结束时，或者全局代码执行完成时，相应的执行上下文会被销毁，释放相关的内存和资源。

了解执行上下文的工作原理是理解 JavaScript 作用域、变量生命周期和函数调用的关键。不同的执行上下文之间相互嵌套，并且通过作用域链形成了变量的访问路径，这是 JavaScript 语言的一个核心特性。

作用域链:

执行上下文栈（Execution Context Stack）：

JavaScript 使用执行上下文栈来管理执行上下文的创建和销毁。每当函数被调用时，都会创建一个新的函数执行上下文，并将其推入执行上下文栈。当函数执行结束时，相应的执行上下文会被弹出栈并销毁。

执行上下文栈遵循后进先出（Last-In-First-Out，LIFO）原则，最后进入栈的执行上下文最先执行完成。

变量对象（Variable Object）：

每个执行上下文都有一个与之关联的变量对象，用于存储变量、函数声明和函数参数。

变量对象包含了当前执行上下文中的变量和函数的定义，以及指向外部（包围）执行上下文的变量对象的引用。

作用域链的构建：

当执行上下文被创建时，会同时创建一个作用域链。作用域链的构建是基于当前执行上下文的变量对象和对外部执行上下文的引用。

作用域链的顶部始终是当前执行上下文的变量对象，而下一个链条通常是对包围该执行上下文的外部执行上下文的变量对象的引用。

作用域链会一直延伸，直到达到全局执行上下文，全局执行上下文的变量对象通常是全局对象，如 window（在浏览器环境中）。

变量查找过程：

当在 JavaScript 代码中引用一个变量时，引擎首先在当前执行上下文的变量对象中查找。如果找不到，它会沿着作用域链向外部执行上下文查找，直到找到变量或达到全局执行上下文。

如果变量在整个作用域链上都没有找到，JavaScript 引擎将抛出一个 “ReferenceError”。

词法作用域：

作用域链的构建是基于代码的静态结构，这意味着作用域链在函数定义时就已经确定了，而不受运行时条件的影响。这一特性称为词法作用域（Lexical Scope）。

词法作用域决定了变量的作用域是由代码的嵌套结构决定的，而不是运行时的调用链。

闭包（Closures）：

闭包是指函数可以访问其词法作用域之外的变量。这是由于函数在创建时会捕获其外部作用域的引用，形成闭包。

闭包使得函数可以在不同的上下文中访问相同的变量，它在事件处理、异步编程等方面具有重要作用。

了解作用域链是理解 JavaScript 作用域、变量访问和闭包的关键。它决定了代码中变量和函数的可见性和访问路径，并帮助 JavaScript 实现词法作用域，确保代码的静态结构决定了变量的作用域。

内存分配:

内存分配：

内存分配是指为变量、对象和数据结构分配内存空间。JavaScript 引擎使用动态内存分配来为这些数据分配内存，这意味着在运行时可以根据需要分配内存。

变量和数据的生命周期：

变量和数据的生命周期是指它们在内存中存在的时间段。在 JavaScript 中，内存管理负责跟踪变量和数据的生命周期，并在不再使用时释放内存。

变量的生命周期通常由其作用域决定。一旦变量超出了其作用域，它就可以被认为是不再使用，内存可以被释放。

对象的生命周期通常由垃圾回收机制来管理，当对象不再被引用时，垃圾回收器会将其标记为可回收，然后在适当的时机进行回收。

垃圾回收（Garbage Collection）：

垃圾回收是 JavaScript 引擎的一部分，它负责检测和回收不再被引用的对象和数据，以释放内存。垃圾回收可以使用不同的算法来确定哪些对象可以被回收。

常见的垃圾回收算法包括标记-清除（Mark and Sweep）、引用计数（Reference Counting）和分代回收（Generational Collection）等。

内存泄漏（Memory Leaks）：

内存泄漏是指应用程序中的对象或数据持续占用内存而不被释放。这通常是由于代码中的变量或对象仍然保持对它们的引用，即使它们不再需要。

内存泄漏可能导致应用程序的内存使用不断增加，最终导致性能问题和崩溃。

手动内存管理：

在 JavaScript 中，开发人员通常不需要手动管理内存，因为垃圾回收机制会自动处理大部分内存管理任务。但在某些情况下，如管理大量数据的内存，手动内存管理可能是有益的。

性能优化：

合理的内存管理对于应用程序性能至关重要。避免不必要的内存分配和减少内存泄漏有助于提高性能。

使用智能的数据结构和算法，以减少内存使用和提高代码的执行效率。

总结来说，JavaScript 引擎的底层内存管理负责分配、使用和释放内存，以确保代码运行期间能够高效地管理数据。垃圾回收是其中的关键组成部分，它确保不再使用的内存可以被及时回收，避免内存泄漏和性能问题。开发人员通常不需要手动管理内存，但了解内存管理的原理和最佳实践可以帮助编写更高效的 JavaScript 代码。

循环事件

事件队列（Event Queue）：

事件队列是存储待处理事件的数据结构，这些事件包括用户交互、网络请求、定时器等异步操作产生的事件。

事件队列中的事件按照它们的触发顺序排列，先进先出（First-In-First-Out，FIFO）。

回调函数（Callback Functions）：

异步操作通常会将回调函数注册到事件队列中。当异步操作完成时，会将相应的回调函数添加到事件队列中等待执行。

回调函数是 JavaScript 中处理异步操作的主要方式，它们允许代码在异步操作完成后执行特定的逻辑。

事件循环机制：

事件循环是 JavaScript 运行时环境的核心，它不断地检查事件队列中是否有待处理的事件。

事件循环的工作流程通常包括以下步骤：

检查事件队列是否为空。 如果队列为空，等待新的事件被添加到队列中。 如果队列中有待处理的事件，将队列中的事件出队并执行相应的回调函数。

重复上述步骤，直到队列为空。

宏任务和微任务：

在事件循环中，任务被分为两类：宏任务（Macro Tasks）和微任务（Micro Tasks）。

宏任务包括定时器回调、用户交互事件等，它们在事件循环的不同阶段执行。

微任务通常包括 Promise 的回调函数、MutationObserver 等，它们在宏任务执行完成后、下一个宏任务开始之前执行。微任务的执行优先级高于宏任务。

异步操作的执行顺序：

在事件循环中，宏任务按照它们的触发顺序执行，而微任务会在当前宏任务执行完成后立即执行。

这意味着微任务可以在宏任务之间执行，用于处理一些高优先级的工作，例如更新界面或处理 Promise 的结果。

事件循环的实现差异：

不同的 JavaScript 运行时环境（浏览器、Node.js 等）可能有不同的事件循环实现，但它们都遵循了一般的事件循环原理。

在浏览器中，事件循环通常与浏览器的多线程架构相关，涉及主线程、Web API、消息队列等。

在 Node.js 中，事件循环也有自己的实现，可以处理文件 I/O、网络请求等。

JavaScript 的底层事件循环是实现异步和非阻塞编程的关键机制，它允许代码在等待异步操作完成时继续执行其他任务，从而提高了应用程序的性能和响应性。了解事件循环的工作原理对于编写高效的异步 JavaScript 代码非常重要。

标准库和原生对象

标准库：

标准库是 JavaScript 语言规范中定义的一组内置对象和函数，它们提供了常见的操作和功能，使开发人员能够更轻松地编写 JavaScript 代码。

标准库包括了全局对象、数据结构、错误处理、日期和时间处理、正则表达式、JSON 等功能。

全局对象：

全局对象是 JavaScript 运行时环境提供的顶级对象，通常是 window（在浏览器环境中）或 global（在 Node.js 等环境中）。

全局对象包含了一些常见的全局属性和函数，例如 console、setTimeout、parseInt 等。这些属性和函数可以在任何地方直接访问。

原生对象：

原生对象是 JavaScript 中的内置对象，它们是构造函数或工厂函数，用于创建复杂的数据结构和执行各种任务。

常见的原生对象包括 Array、String、Date、RegExp、Object、Function 等。

这些底层标准库和原生对象是 JavaScript 语言的一部分，它们提供了丰富的功能和工具，使开发人员能够更高效地编写 JavaScript 应用程序。了解它们的用法和功能对于成为一个熟练的 JavaScript 开发人员至关重要。

APIs:

DOM API（文档对象模型）：

DOM API 允许 JavaScript 与网页文档进行交互。它包括了访问和操纵网页元素的方法，如获取、创建、修改和删除 HTML 元素。

常见的 DOM 操作包括 document.getElementById、element.appendChild、element.setAttribute 等。

XHR 和 Fetch API（XMLHttpRequest 和 Fetch）：

XHR API 和 Fetch API 允许 JavaScript 进行网络请求，与服务器进行通信，获取数据或发送数据。

XMLHttpRequest 是传统的方式，而 Fetch API 提供了一种更现代化和可扩展的方式进行网络请求。

这些 JavaScript 底层 API 提供了丰富的功能，使开发人员能够创建各种类型的应用程序，从简单的网页交互到复杂的图形应用程序和实时通信工具。不同的环境和用例可能涉及不同的底层 API，因此了解和熟练使用这些 API 对于开发应用程序至关重要