javascript從定義到執行，JS引擎在實現層做了很多初始化工作，因此在學習JS引擎工作機制之前，我們需要引入幾個相關的概念：執行環境棧、全域性物件、執行環境、變數物件、活動物件、作用域和作用域鏈等，這些概念正是JS引擎工作的核心元件。這篇文章的目的不是孤立的為你講解每一個概念，而是通過一個簡單的demo來展開分析，全域性講解JS引擎從定義到執行的每一個細節，以及這些概念在其中所扮演的角色。
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var x = 1; //定義一個全域性變數 x function A(y){ var x = 2; //定義一個區域性變數 x function B(z){ //定義一個內部函式 B console.log(x+y+z); } return B; //返回函式B的引用 } var C = A(1); //執行A,返回B C(1); //執行函式B |
這個demo是一個閉包，執行結果是4，下面我們將分全域性初始化、執行函式A、執行函式B 三個階段來分析JS引擎的工作機制:
一、全域性初始化
JS引擎在進入一段可執行的程式碼時，需要完成以下三個初始化工作：
首先，建立一個全域性物件(Global Object) ， 這個物件全域性只存在一份，它的屬性在任何地方都可以訪問，它的存在伴隨著應用程式的整個生命週期。全域性物件在建立時，將Math,String,Date,document 等常用的JS物件作為其屬性。由於這個全域性物件不能通過名字直接訪問，因此還有另外一個屬性window,並將window指向了自身，這樣就可以通過window訪問這個全域性物件了。用虛擬碼模擬全域性物件的大體結構如下：
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//建立一個全域性物件 var globalObject = { Math:{}, String:{}, Date:{}, document:{}, //DOM操作 ... window:this //讓window屬性指向了自身 } |
然後，JS引擎需要構建一個執行環境棧( Execution Context Stack) ，與此同時，也要建立一個全域性執行環境（Execution Context）EC ，並將這個全域性執行環境EC壓入執行環境棧中。執行環境棧的作用是為了保證程式能夠按照正確的順序被執行。在javascript中，每個函式都有自己的執行環境，當執行一個函式時，該函式的執行環境就會被推入執行環境棧的頂部並獲取執行權。當這個函式執行完畢，它的執行環境又從這個棧的頂部被刪除，並把執行權並還給之前執行環境。我們用虛擬碼來模擬執行環境棧和EC的關係：
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var ECStack = []; //定義一個執行環境棧，類似於陣列 var EC = {}; //建立一個執行空間， //ECMA-262規範並沒有對EC的資料結構做明確的定義，你可以理解為在記憶體中分配的一塊空間 ECStack.push(EC); //進入函式，壓入執行環境 ECStack.pop(EC); //函式返回後，刪除執行環境 |
最後，JS引擎還要建立一個與EC關聯的全域性變數物件(Varibale Object) VO, 並把VO指向全域性物件，VO中不僅包含了全域性物件的原有屬性，還包括在全域性定義的變數x 和函式 A，與此同時，在定義函式A的時候，還為 A 新增了一個內部屬性scope，並將scope指向了VO。每個函式在定義的時候，都會建立一個與之關聯的scope屬性，scope總是指向定義函式時所在的環境。此時的ECStack結構如下：
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ECStack = [ //執行環境棧 EC(G) = { //全域性執行環境 VO(G):{ //定義全域性變數物件 ... //包含全域性物件原有的屬性 x = 1; //定義變數x A = function(){...}; //定義函式A A[[scope]] = this; //定義A的scope，並賦值為VO本身 } } ]; |
二、 執行函式A
當執行進入A(1) 時，JS引擎需要完成以下工作：
首先，JS引擎會建立函式A的執行環境EC，然後EC推入執行環境棧的頂部並獲取執行權。此時執行環境棧中有兩個執行環境，分別是全域性執行環境和函式A執行環境，A的執行環境在棧頂，全域性執行環境在棧的底部。然後，建立函式A的作用域鏈(Scope Chain) ，在javascript中，每個執行環境都有自己的作用域鏈，用於識別符號解析，當執行環境被建立時，它的作用域鏈就初始化為當前執行函式的scope所包含的物件。
接著，JS引擎會建立一個當前函式的活動物件(Activation Object) AO，這裡的活動物件扮演著變數物件的角色，只是在函式中的叫法不同而已（你可以認為變數物件是一個總的概念，而活動物件是它的一個分支）， AO中包含了函式的形參、arguments物件、this物件、以及區域性變數和內部函式的定義，然後AO會被推入作用域鏈的頂端。需要注意的是，在定義函式B的時候，JS引擎同樣也會為B新增了一個scope屬性,並將scope指向了定義函式B時所在的環境，定義函式B的環境就是A的活動物件AO， 而AO位於連結串列的前端，由於連結串列具有首尾相連的特點，因此函式B的scope指向了A的整個作用域鏈。 我們再看看此時的ECStack結構：
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ECStack = [ //執行環境棧 EC(A) = { //A的執行環境 [scope]:VO(G), //VO是全域性變數物件 AO(A) : { //建立函式A的活動物件 y:1, x:2, //定義區域性變數x B:function(){...}, //定義函式B B[[scope]] = this; //this指代AO本身，而AO位於scopeChain的頂端，因此B[[scope]]指向整個作用域鏈 arguments:[],//平時我們在函式中訪問的arguments就是AO中的arguments this:window //函式中的this指向呼叫者window物件 }, scopeChain://連結串列初始化為A[[scope]],然後再把AO加入該作用域鏈的頂端,此時A的作用域鏈：AO(A)->VO(G) }, EC(G) = { //全域性執行環境 VO(G):{ //建立全域性變數物件 ... //包含全域性物件原有的屬性 x = 1; //定義變數x A = function(){...}; //定義函式A A[[scope]] = this; //定義A的scope，A[[scope]] == VO(G) } } ]; |
三、 執行函式B
函式A被執行以後，返回了B的引用，並賦值給了變數C，執行 C(1) 就相當於執行B(1)，JS引擎需要完成以下工作：
首先，還和上面一樣，建立函式B的執行環境EC，然後EC推入執行環境棧的頂部並獲取執行權。 此時執行環境棧中有兩個執行環境，分別是全域性執行環境和函式B的執行環境，B的執行環境在棧頂，全域性執行環境在棧的底部。（注意：當函式A返回後，A的執行環境就會從棧中被刪除，只留下全域性執行環境）然後，建立函式B的作用域鏈，並初始化為函式B的scope所包含的物件，即包含了A的作用域鏈。最後，建立函式B的活動物件AO,並將B的形參z, arguments物件 和 this物件作為AO的屬性。此時ECStack將會變成這樣：
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ECStack = [ //執行環境棧 EC(B) = { //建立B的執行環境,並處於作用域鏈的頂端 [scope]:AO(A), //指向函式A的作用域鏈,AO(A)->VO(G) var AO(B) = { //建立函式B的活動物件 z:1, arguments:[], this:window } scopeChain://連結串列初始化為B[[scope]],再將AO(B)加入連結串列表頭，此時B的作用域鏈：AO(B)->AO(A)-VO(G) }, EC(A), //A的執行環境已經從棧頂被刪除, EC(G) = { //全域性執行環境 VO:{ //定義全域性變數物件 ... //包含全域性物件原有的屬性 x = 1; //定義變數x A = function(){...}; //定義函式A A[[scope]] = this; //定義A的scope，A[[scope]] == VO(G) } } ]; |
當函式B執行“x+y+z”時，需要對x、y、z 三個識別符號進行一一解析，解析過程遵守變數查詢規則：先查詢自己的活動物件中是否存在該屬性，如果存在，則停止查詢並返回；如果不存在，繼續沿著其作用域鏈從頂端依次查詢，直到找到為止，如果整個作用域鏈上都未找到該變數，則返回“undefined”。從上面的分析可以看出函式B的作用域鏈是這樣的：
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AO(B)->AO(A)->VO(G) |
因此，變數x會在AO(A)中被找到，而不會查詢VO(G)中的x，變數y也會在AO(A)中被找到，變數z 在自身的AO(B)中就找到了。所以執行結果：2+1+1=4.
簡單的總結語
瞭解了JS引擎的工作機制之後，我們不能只停留在理解概念的層面，而要將其作為基礎工具，用以優化和改善我們在實際工作中的程式碼，提高執行效率，產生實際價值才是我們的真正目的。就拿變數查詢機制來說，如果你的程式碼巢狀很深，每引用一次全域性變數，JS引擎就要查詢整個作用域鏈，比如處於作用域鏈的最底端window和document物件就存在這個問題，因此我們圍繞這個問題可以做很多效能優化的工作，當然還有其他方面的優化，此處不再贅述，本文僅當作拋磚引玉吧！