编译原理与回收机制

编译原理

JavaScript (JS) 是一种解释型语言，它的编译原理与传统编译型语言（如C或C++）有所不同。在传统的编译型语言中，源代码被完全转换为机器码，然后执行。而在 JavaScript 中，这个过程更加复杂和动态。以下是 JavaScript 编译的基本步骤：

1、词法分析/分词（Lexical Analysis/Lexing）：

在这个阶段，源代码被分割成一系列有意义的符号（tokens）。例如，关键字、变量名、运算符等。

2、语法分析/解析（Parsing）：

解析器将这些 tokens 组合成一个抽象语法树（AST, Abstract Syntax Tree），这是一个表示程序结构的树状数据结构。

3、代码生成（Code Generation）：

从 AST 创建字节码或者直接生成机器码。对于现代 JavaScript 引擎来说，它们通常会生成中间表示（IR, Intermediate Representation）代码。

4、优化（Optimization）：

某些引擎可能会对 IR 进行优化，以提高性能。这包括内联函数调用、消除死代码等。

5、编译（Compilation）：

最终，经过优化的 IR 被编译成机器码，可以直接由 CPU 执行。

6、执行（Execution）：

生成的机器码被执行。同时，某些现代 JavaScript 引擎会在运行时监控代码的行为，并可能进行即时编译（JIT, Just-In-Time Compilation）以进一步优化热路径上的代码。 JavaScript 引擎，比如 Google 的 V8 或 Mozilla 的 SpiderMonkey，在上述过程中加入了许多高级特性，比如：

• 隐藏类（Hidden Classes）：用于加速属性访问。
• 内联缓存（Inline Caching）：加快对象属性的查找速度。
• 多态内联缓存（Polymorphic Inline Caches）：处理多个不同类型的对象访问。
• 垃圾回收（Garbage Collection）：自动管理内存分配和释放。

这些机制使得 JavaScript 引擎能够在保持灵活性的同时提供良好的性能。需要注意的是，具体的实现细节会根据不同的 JavaScript 引擎而有所差异

垃圾回收机制

JavaScript 的垃圾回收机制（Garbage Collection, GC）是自动化的，它负责管理内存分配和释放。开发者不需要手动管理内存，这减少了编程时的复杂性和出错的可能性。以下是 JavaScript 中垃圾回收的主要方法和技术：

引用计数垃圾收集

早期版本的浏览器使用引用计数来跟踪对象的生命周期。每个对象都有一个引用计数器，记录有多少个地方在引用这个对象。当一个对象不再被任何地方引用（即它的引用计数为零），它就被认为是可以回收的。

然而，引用计数有一个主要的问题：循环引用。如果两个或更多对象相互引用，即使它们不再被外部代码访问，它们的引用计数也不会降为零，因此无法被垃圾回收器识别为可回收的对象。

标记-清除（Mark-and-Sweep） 现代 JavaScript 引擎大多采用标记-清除算法来处理垃圾回收。其工作原理如下：

• 1、标记阶段：从一组“根”对象（如全局对象、当前执行的函数等）开始，垃圾回收器会遍历所有可达对象，并对这些对象做上标记。
• 2、清除阶段：一旦标记完成，垃圾回收器会遍历堆中的所有对象，将未标记的对象视为垃圾并回收它们占用的内存。

这种方法可以有效解决循环引用的问题，因为它只关注那些仍然活跃的对象（即可以从根对象直接或间接访问到的对象）。

增量标记（Incremental Marking）

为了减少长时间暂停应用程序进行垃圾回收所带来的影响，一些引擎实现了增量标记技术。这意味着垃圾回收过程不是一次性完成，而是分多个小步骤完成，这样可以在每次回收一点内存的同时允许程序继续运行。

代际假设与分代收集（Generational Collection）

大多数垃圾回收器都基于一个经验法则：大部分对象很快就会变成垃圾（称为“弱世代假设”）。基于此，垃圾回收器将对象分为不同的“代”：

• 年轻代（Young Generation）：新创建的对象首先会被放置在这里。因为这里的对象更有可能成为垃圾，所以这个区域会更频繁地进行垃圾回收。
• 老年代（Old Generation）：存活了一段时间的对象会被移动到这里。由于这里的对象较稳定，垃圾回收频率较低。

通过这种方式，垃圾回收器能够更加高效地管理内存，同时尽量减少对性能的影响。

对象可达性分析

除了上述技术外，JavaScript 引擎还会利用其他优化策略，例如对象形状（shape）共享、内联缓存等，以提高垃圾回收效率和整体性能。

总之，虽然 JavaScript 的垃圾回收机制是自动化的，但了解其工作原理可以帮助开发者编写更高效的代码，避免不必要的内存泄漏等问题。