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javascript引擎执行的过程的理解--语法分析和预编译阶段

一、概述

js是一种非常灵活的语言,理解js引擎的执行过程对于我们学习js是非常有必要的。看了很多这方便文章,大多数是讲的是事件循环(event loop)或者变量提升的等,并没有全面分析其中的过程。所以觉得把这个js执行的详细过程整理一下,帮助更好的理解js。

1.1基础概念

js是单线程语言。

在浏览器中一个页面永远只有一个线程在执行js脚本代码

js是单线程怨言,但是代码解析是非常迅速的,不会发生解析阻塞。

js是异步执行的,通过实践循环(event loop)方式实现的


暂时我们不考虑事件循环(event loop),我们先来看这样一段代码,来确定我们是否理解js引擎的执行过程

console.log(person)

console.log(personFun)

var person = "saucxs";

console.log(person)

function personFun() {
    console.log(person)
    var person = "songEagle";
    console.log(person)
}

personFun()

console.log(person)

可以自己直接使用浏览器看出输出结果

首先我们来分析一下上面的代码,虽然很多开发人员基本上都能答出来,但是还是要啰嗦一下。

全面分析js引擎的执行过程,分为三个阶段

1、语法分析

2、预编译阶段

3、执行阶段

说明:浏览器先按照js的顺序加载<script>标签分隔的代码块,js代码块加载完毕之后,立刻进入到上面的三个阶段,然后再按照顺序找下一个代码块,再继续执行三个阶段,无论是外部脚本文件(不异步加载)还是内部脚本代码块,都是一样的,并且都在同一个全局作用域中。


二、语法分析

js的代码块加载完毕之后,会首先进入到语法分析阶段,该阶段的主要作用:

分析该js脚本代码块的语法是否正确,如果出现不正确会向外抛出一个语法错误(syntaxError),停止改js代码的执行,然后继续查找并加载下一个代码块;如果语法正确,则进入到预编译阶段。

类似的语法报错的如下图所示:



三、预编译阶段

js代码块通过语法分析阶段之后,语法都正确的下回进入预编译阶段。

在分析预编译阶段之前,我们先来了解一下js的运行环境,运行环境主要由三种:

1、全局环境(js代码加载完毕后,进入到预编译也就是进入到全局环境)

2、函数环境(函数调用的时候,进入到该函数环境,不同的函数,函数环境不同)

3、eval环境(不建议使用,存在安全、性能问题)


每进入到一个不同的运行环境都会创建 一个相应的执行上下文(execution context),那么在一段js程序中一般都会创建多个执行上下文,js引擎会以栈的数据结构对这些执行进行处理,形成函数调用栈(call stack),栈底永远是全局执行上下文(global execution context),栈顶则永远时当前的执行上下文。


3.1函数调用栈

什么是函数调用栈?

函数调用栈就是使用栈存取的方式进行管理运行环境,特点是先进后出,后进后出

我们来分析一下简答的js代码来理解函数调用栈:

function bar() {
    var B_context = "bar saucxs";

    function foo() {
        var f_context = "foo saucxs";
    }

    foo()
}

bar()

上面代码块通过语法分析后,进入预编译阶段,如图所示

stack

1、首先进入到全局环境,创建全局执行上下文(global Execution Context ),推入到stack中;

2、调用bar函数,进入bar函数运行环境,创建bar函数执行上下文(bar Execution Context),推入stack栈中;

3、在bar函数内部调用foo函数,则再进入到foo函数运行环境中,创建foo函数执行上下文(foo Execution Context),如上图,由于foo函数内部没有再调用其他函数,那么则开始出栈;

5、foo函数执行完毕之后,栈顶foo函数执行上下文(foo Execution Context)首先出栈;

6、bar函数执行完毕,bar函数执行上下文(bar Execution Context)出栈;

7、全局上下文(global Execution Cntext)在浏览器或者该标签关闭的时候出栈。

说明:不同的运行环境执行都会进入到代码预编译和执行两个阶段,语法分析则在代码块加载完毕时统一检查语法。


3.2创建执行上下文

执行上下文可以理解成当前的执行环境,与该运行环境相对应。创建执行上下文的过程中,主要是做了下面三件事,如图所示:

EC

1、创建变量对象(variable object)

2、创建作用域链(scope chain)

3、确定this的指向


3.2.1创建变量对象

创建变量对象主要是经过以下过程,如图所示:

VO

1、创建arguments对象,检查当前上下文的参数,建立该对象的属性与属性值,仅在函数环境(非箭头函数)中进行的,全局环境没有此过程。

2、检查当前上下文的函数声明,按照代码顺序查找,将找到的函数提前声明,如果当前上下文的变量对象没有该函数名属性,则在该变量对象以函数名建立一个属性,属性值则指向该函数所在堆内存地址引用,如果存在,则会被新的引用覆盖掉。

3、检查当前上下文的变量声明,爱去哪找代码顺序查找,将找到的变量提前声明,如果当前上下文的变量对象没有变量名属性,则在该变量对象以变量名建立一个属性,属性值为undefined;如果存在,则忽略该变量声明。

说明:在全局环境中,window对象就是全局执行上下文的变量对象,所有的变量和函数都是window对象的属性方法。

所以函数声明提前和变量声明提升是在创建变量对象中进行的,且函数声明优先级高于变量声明。

下面我们再来分析这个简单代码

function fun(m,n){
    var saucxs = 1;

    function execution(){
        console.log(saucxs)
    }
}

fun(2,3)

这里我们在全局环境中调用fun函数,创建fun的执行上下文,这里暂时不说作用域链以及this指向的问题。

funEC = {
    //变量对象
    VO: {
        //arguments对象
        arguments: {
            m: undefined,
            n: undefined,
            length: 2
        },

        //execution函数
        execution: <execution reference>, 

        //num变量
        saucxs: undefined
    },

    //作用域链
    scopeChain:[],

    //this指向
    this: window
}

1、funEC表示fun函数的执行上下文(fun Execution Context 简写为funEC);

2、funEC的变量对象中arguments属性,上面这样写只是为了理解,在浏览器中展示以类数组的方式展示的

3、<execution reference>表示的是execution函数在堆内存地址的引用

说明:创建变量对象发生在预编译阶段,还没有进入到执行阶段,该变量对象都不能访问的,因为此时的变量对象中的变量属性尚未赋值,值仍为undefined,只有在进行执行阶段,变量中的变量属性才进行赋值后,变量对象(Variable Object)转为活动对象(Active Object)后,才能进行访问,这个过程就是VO->AO过程。


3.2.2创建作用域链

作用域链由当前执行环境的变量对象(未进入到执行阶段前)与上层环境的一系列活动对象组成,保证了当前执行还款对符合访问权限的变量和函数有序访问。

理解清楚作用域链可以帮助我们理解js很多问题包括闭包问题等,下面我们结合一个例子来理解一下作用域链。

var num = 30;

function test() {
    var a = 10;

    function innerTest() {
        var b = 20;

        return a + b
    }

    innerTest()
}

test()

在上面例子中,当执行到调用innerTest函数,进入到innerTest函数环境。全局执行上下文和test函数执行上下文已进入到执行阶段,innerTest函数执行上下文在预编译阶段创建变量对象,所以他们的活动对象和变量对象分别是AO(global),AO(test)和VO(innerTest),而innerTest的作用域链由当前执行环境的变量对象(未进入到执行阶段前)与上层环境的一系列活动对象组成,如下:

innerTestEC = {

    //变量对象
    VO: {b: undefined}, 

    //作用域链
    scopeChain: [VO(innerTest), AO(test), AO(global)],  
    
    //this指向
    this: window
}

我们这里可以直接使用数组表示作用域链,作用域链的活动对象或者变量对象可以直接理解成作用域。

1、作用域链的第一项永远是当前作用域(当前上下文的变量对象或者活动对象);

2、最后一项永远是全局作用域(全局上下文的活动对象);

3、作用域链保证了变量和函数的有序访问,查找方式是沿着作用域链从左至右查找变量或者函数,找到则会停止找,找不到则一直查找全局作用域,再找不到就会排除错误。


3.2.3闭包

什么是闭包?思考一下

看一下简单的例子

function foo() {
    var num = 20;

    function bar() {
        var result = num + 20;

        return result
    }

    bar()
}

foo()

因为对于闭包的有很多的不同理解,包括我看一些书籍(js高级程序设计),我这直接以浏览器解析,以浏览器的闭包为准来分析闭包,如图


如图所示,谷歌浏览器理解的闭包是foo,那么按照浏览器的标准是如何定义的闭包,自己总结为三点:

1、在函数内部定义新函数

2、新函数访问外层函数的局部变量,即访问外层函数环境的活动对象属性

3、新函数执行,创建新函数的执行上下文,外层函数即为闭包


3.2.4确定this指向

1、在全局环境下,全局执行的上下文中变量对象的this属性指向为window;

2、在函数环境下的this指向比较灵活,需要根据执行环境和执行方法确定,列举典型例子来分析


四、总结

由于涉及到的内容过多,下一次将第三阶段(执行阶段)单独分离出来。另开出新文章详细分析,主要介绍js执行阶段中的同步任务执行和异步任务执行机制(事件循环(Event Loop))。


五、参考书籍

  • 你不知道的javascript(上卷)


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