一、JAVAScript
1.JavaScript語言
JavaScript是ECMAScript的實現(xiàn),由ECMA 39(歐洲計算機制造商協(xié)會39號技術(shù)委員會)負(fù)責(zé)制定ECMAScript標(biāo)準(zhǔn)。
ECMAScript發(fā)展史:
2.JavaScript引擎
JavaScript引擎是指用于處理以及執(zhí)行JavaScript腳本的虛擬機。
常見的JavaScript引擎:
?3.JavaScript引擎工作原理
a.V8引擎工作原理
b.Turbofan技術(shù)實例說明
function sum(a, b) {
return a + b;
}
這里a和b可以是任意類型數(shù)據(jù)，當(dāng)執(zhí)行sum函數(shù)時，Ignition解釋器會檢查a和b的數(shù)據(jù)類型，并相應(yīng)地執(zhí)行加法或者連接字符串的操作。
如果 sum函數(shù)被調(diào)用多次，每次執(zhí)行時都要檢查參數(shù)的數(shù)據(jù)類型是很浪費時間的。此時TurboFan就出場了。它會分析函數(shù)的執(zhí)行信息，如果以前每次調(diào)用sum函數(shù)時傳遞的參數(shù)類型都是數(shù)字，那么TurboFan就預(yù)設(shè)sum的參數(shù)類型是數(shù)字類型，然后將其編譯為機器碼。
但是如果某一次的調(diào)用傳入的參數(shù)不再是數(shù)字時，表示TurboFan的假設(shè)是錯誤的，此時優(yōu)化編譯生成的機器代碼就不能再使用了，于是就需要進(jìn)行回退到字節(jié)碼的操作。
三、QuickJS
1.QuickJS作者簡介
法布里斯·貝拉 (Fabrice Bellard)
2.QuickJS簡介
QuickJS 是一個小型的嵌入式 Javascript 引擎。 它支持 ES2023 規(guī)范，包括模塊、異步生成器、代理和 BigInt。
它可以選擇支持?jǐn)?shù)學(xué)擴展，例如大十進(jìn)制浮點數(shù) (BigDecimal)、大二進(jìn)制浮點數(shù) (BigFloat) 和運算符重載。
•小且易于嵌入：只需幾個 C 文件，無外部依賴項，一個簡單的 hello world 程序的 210 KiB x86 代碼。
•啟動時間極短的快速解釋器：在臺式 PC 的單核上運行 ECMAScript 測試套件的 76000 次測試只需不到 2 分鐘。 運行時實例的完整生命周期在不到 300 微秒的時間內(nèi)完成。
•幾乎完整的 ES2023 支持，包括模塊、異步生成器和完整的附錄 B 支持（舊版 Web 兼容性）。
•通過了近 100% 的 ECMAScript 測試套件測試: Test262 Report(https://test262.fyi/#)。
•可以將 Javascript 源代碼編譯為可執(zhí)行文件，無需外部依賴。
•使用引用計數(shù)（以減少內(nèi)存使用并具有確定性行為）和循環(huán)刪除的垃圾收集。
•數(shù)學(xué)擴展：BigDecimal、BigFloat、運算符重載、bigint 模式、數(shù)學(xué)模式。
•用 Javascript 實現(xiàn)的帶有上下文著色的命令行解釋器。
•帶有 C 庫包裝器的小型內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)庫。
3.QuickJS工程簡介
5.94MB quickjs
├── 17.6kB cutils.c /// 輔助函數(shù)
├── 7.58kB cutils.h /// 輔助函數(shù)
├── 241kB libbf.c /// BigFloat相關(guān)
├── 17.9kB libbf.h /// BigFloat相關(guān)
├── 2.25kB libregexp-opcode.h /// 正則表達(dá)式操作符
├── 82.3kB libregexp.c /// 正則表達(dá)式相關(guān)
├── 3.26kB libregexp.h /// 正則表達(dá)式相關(guān)
├── 3.09kB list.h /// 鏈表實現(xiàn)
├── 16.7kB qjs.c /// QuickJS stand alone interpreter
├── 22kB qjsc.c /// QuickJS command line compiler
├── 73.1kB qjscalc.js /// 數(shù)學(xué)計算器
├── 7.97kB quickjs-atom.h /// 定義了javascript中的關(guān)鍵字
├── 114kB quickjs-libc.c
├── 2.57kB quickjs-libc.h /// C API
├── 15.9kB quickjs-opcode.h /// 字節(jié)碼操作符定義
├── 1.81MB quickjs.c
├── 41.9kB quickjs.h /// QuickJS Engine
├── 49.8kB repl.js /// REPL
├── 218kB libunicode-table.h /// unicode相關(guān)
├── 53kB libunicode.c /// unicode相關(guān)
├── 3.86kB libunicode.h /// unicode相關(guān)
├── 86.4kB unicode_gen.c /// unicode相關(guān)
└── 6.99kB unicode_gen_def.h /// unicode相關(guān)
4.QuickJS工作原理
QuickJS的解釋器是基于棧的。
QuickJS的對byte-code會優(yōu)化兩次,通過一個簡單例子看看QuickJS的字節(jié)碼與優(yōu)化器的輸出,以及執(zhí)行過程。
function sum(a, b) {
return a + b;
}
•第一階段(未經(jīng)過優(yōu)化的字節(jié)碼)
;; function sum(a, b) {
enter_scope 1
;; return a + b;
line_num 2
scope_get_var a,1 ///通用的獲取變量的指令
scope_get_var b,1
add
return
;; }
•第二階段
;; function sum(a, b) {
;; return a + b;
line_num 2
get_arg 0: a /// 獲取參數(shù)列表中的變量
get_arg 1: b
add
return
;; }
•第三階段
;; function sum(a, b) {
;; return a + b;
get_arg0 0: a /// 精簡成獲取參數(shù)列表中第0個參數(shù)
get_arg1 1: b
add
return
;; }
sum(1,2);
通過上述簡單的函數(shù)調(diào)用,觀察sum函數(shù)調(diào)用過程中棧幀的變化,通過計算可知sum函數(shù)最棧幀大小為兩個字節(jié)
get_arg0
get_arg1
add
return
1
2
3
將棧頂?shù)臄?shù)據(jù)3返回
1
5.內(nèi)存管理
QuickJS通過引用計算來管理內(nèi)存,在使用C API時需要根據(jù)不同API的說明手動增加或者減少引用計數(shù)器。
對于循環(huán)引用的對象,QuickJS通過臨時減引用保存到臨時數(shù)組中的方法來判斷相互引用的對象是否可以回收。
6.QuickJS簡單使用
從Github上clone完最新的源碼后,通過執(zhí)行(macos 環(huán)境)以下代碼即可在本地安裝好qjs、qjsc、qjscalc幾個命令行程序
sudo make
sudo make install
•qjs: JavaScript代碼解釋器
•qjsc: JavaScript代碼編譯器
•qjscalc: 基于QuickJS的REPL計算器程序
通過使用qjs可以直接運行一個JavaScript源碼,通過qsjc的如下命令,則可以輸出一個帶有byte-code源碼的可直接運行的C源文件:
qjsc -e -o add.c examples/add.js
#include "quickjs-libc.h"
const uint32_t qjsc_add_size = 135;
const uint8_t qjsc_add[135] = {
0x02, 0x06, 0x06, 0x73, 0x75, 0x6d, 0x0e, 0x63,
0x6f, 0x6e, 0x73, 0x6f, 0x6c, 0x65, 0x06, 0x6c,
0x6f, 0x67, 0x1e, 0x65, 0x78, 0x61, 0x6d, 0x70,
0x6c, 0x65, 0x73, 0x2f, 0x61, 0x64, 0x64, 0x2e,
0x6a, 0x73, 0x02, 0x61, 0x02, 0x62, 0x0e, 0x00,
0x06, 0x00, 0xa2, 0x01, 0x00, 0x01, 0x00, 0x05,
0x00, 0x01, 0x25, 0x01, 0xa4, 0x01, 0x00, 0x00,
0x00, 0x3f, 0xe3, 0x00, 0x00, 0x00, 0x40, 0xc2,
0x00, 0x40, 0xe3, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x38,
0xe4, 0x00, 0x00, 0x00, 0x42, 0xe5, 0x00, 0x00,
0x00, 0x38, 0xe3, 0x00, 0x00, 0x00, 0xb8, 0xb9,
0xf2, 0x24, 0x01, 0x00, 0xcf, 0x28, 0xcc, 0x03,
0x01, 0x04, 0x1f, 0x00, 0x08, 0x0a, 0x0e, 0x43,
0x06, 0x00, 0xc6, 0x03, 0x02, 0x00, 0x02, 0x02,
0x00, 0x00, 0x04, 0x02, 0xce, 0x03, 0x00, 0x01,
0x00, 0xd0, 0x03, 0x00, 0x01, 0x00, 0xd3, 0xd4,
0x9e, 0x28, 0xcc, 0x03, 0x01, 0x01, 0x03,
};
static JSContext *JS_NewCustomContext(JSRuntime *rt)
{
JSContext *ctx = JS_NewContextRaw(rt);
if (!ctx)
return NULL;
JS_AddIntrinsicBaseobjects(ctx);
JS_AddIntrinsicDate(ctx);
JS_AddIntrinsicEval(ctx);
JS_AddIntrinsicStringNormalize(ctx);
JS_AddIntrinsicRegExp(ctx);
JS_AddIntrinsicJSON(ctx);
JS_AddIntrinsicProxy(ctx);
JS_AddIntrinsicMapSet(ctx);
JS_AddIntrinsicTypedArrays(ctx);
JS_AddIntrinsicPromise(ctx);
JS_AddIntrinsicBigInt(ctx);
return ctx;
}
int mAIn(int argc, char **argv)
{
JSRuntime *rt;
JSContext *ctx;
rt = JS_NewRuntime();
js_std_set_worker_new_context_func(JS_NewCustomContext);
js_std_init_handlers(rt);
JS_SetModuleLoaderFunc(rt, NULL, js_module_loader, NULL);
ctx = JS_NewCustomContext(rt);
js_std_add_helpers(ctx, argc, argv);
js_std_eval_binary(ctx, qjsc_add, qjsc_add_size, 0);
js_std_loop(ctx);
js_std_free_handlers(rt);
JS_FreeContext(ctx);
JS_FreeRuntime(rt);
return 0;
}
上面的這個C源文件，通過如下命令即可編譯成可執(zhí)行文件:
gcc add.c -o add_exec -I/usr/local/include quickjs-libc.c quickjs.c cutils.c libbf.c libregexp.c libunicode.c -DCONFIG_BIGNUM
也可以直接使用如下命令,將JavaScript文件直接編譯成可執(zhí)行文件:
qjsc -o add_exec examples/add.js
7.給qjsc添加擴展
QuickJS只實現(xiàn)了最基本的JavaScript能力，同時QuickJS也可以實現(xiàn)能力的擴展，比如給QuickJS添加打開文件并讀取文件內(nèi)容的內(nèi)容,這樣在JavaScript代碼中即可通過js代碼打開并讀取到文件內(nèi)容了。
通過一個例子來看看添加擴展都需要做哪些操作:
•編寫一個C語言的擴展模塊
#include "quickjs.h"
#include "cutils.h"
/// js中對應(yīng)plus函數(shù)的C語言函數(shù)
static JSValue plusNumbers(JSContext *ctx, JSValueConst this_val, int argc, JSValueConst *argv) {
int a, b;
if (JS_ToInt32(ctx, &a, argv[0]))
return JS_EXCEPTION;
if (JS_ToInt32(ctx, &b, argv[1]))
return JS_EXCEPTION;
return JS_NewInt32(ctx, a + b);
}
/// 模塊需要導(dǎo)致的列表
static const JSCFunctionListEntry js_my_module_funcs[] = {
JS_CFUNC_DEF("plus", 2, plusNumbers),
};
/// 模塊初始化函數(shù),并將plus導(dǎo)出
static int js_my_module_init(JSContext *ctx, JSModuleDef *m) {
return JS_SetModuleExportList(ctx, m, js_my_module_funcs, countof(js_my_module_funcs));
}
JSModuleDef *js_init_module_my_module(JSContext *ctx, const char *module_name) {
JSModuleDef *m;
m = JS_NewCModule(ctx, module_name, js_my_module_init);
if (!m)
return NULL;
JS_AddModuleExportList(ctx, m, js_my_module_funcs, countof(js_my_module_funcs));
return m;
}
•Makefile文件中添加my_module.c模塊的編譯
QJS_LIB_OBJS= ... $(OBJDIR)/my_module.o
•在qjsc.c文件中注冊模塊
namelist_add（＆cmodule_list，“my_module”，“my_module”，0）;
•編寫一個my_module.js測試文件
import * as mm from 'my_module';
const value = mm.plus(1, 2);
console.log(`my_module.plus: ${value}`);
•重新編譯
sudo make && sudo make install
qjsc -m -o my_module examples/my_module.js /// 這里需要指定my_module模塊
最終生成的my_module可執(zhí)行文件,通過執(zhí)行my_module輸出:
my_module.plus: 3
8.使用C API
在第5個步驟時,生成了add.c文件中實際上已經(jīng)給出了一個簡單的使用C API最基本的代碼。當(dāng)編寫一下如下的js源碼時,會發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的qjsc編譯后的可執(zhí)行文件或者qjs執(zhí)行這段js代碼與我們的預(yù)期不符:
function getName() {
return new Promise((resolve, reject) => {
setTimeout(() => {
resolve("張三峰");
}, 2000);
});
}
console.log(`開始執(zhí)行`);
getName().then(name => console.log(`promise name: ${name}`));
上面的代碼并不會按預(yù)期的效果輸出結(jié)果,因為js環(huán)境下的loop只執(zhí)行了一次,任務(wù)隊列還沒有來得急執(zhí)行程序就結(jié)束了,稍微改動一下讓程序可以正常輸出,如下：
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <uv.h>
/* File generated automatically by the QuickJS compiler. */
#include "quickjs-libc.h"
#include <string.h>
static JSContext *JS_NewCustomContext(JSRuntime *rt) {
JSContext *ctx = JS_NewContextRaw(rt);
if (!ctx)
return NULL;
JS_AddIntrinsicBaseObjects(ctx);
JS_AddIntrinsicDate(ctx);
JS_AddIntrinsicEval(ctx);
JS_AddIntrinsicStringNormalize(ctx);
JS_AddIntrinsicRegExp(ctx);
JS_AddIntrinsicJSON(ctx);
JS_AddIntrinsicProxy(ctx);
JS_AddIntrinsicMapSet(ctx);
JS_AddIntrinsicTypedArrays(ctx);
JS_AddIntrinsicPromise(ctx);
JS_AddIntrinsicBigInt(ctx);
return ctx;
}
JSRuntime *rt = NULL;
JSContext *ctx = NULL;
void *run(void *args) {
const char *file_path = "/Volumes/Work/分享/quickjs/code/quickjs/examples/promise.js";
size_t pbuf_len = 0;
js_std_set_worker_new_context_func(JS_NewCustomContext);
js_std_init_handlers(rt);
JS_SetModuleLoaderFunc(rt, NULL, js_module_loader, NULL);
ctx = JS_NewCustomContext(rt);
js_std_add_helpers(ctx, 0, NULL);
js_init_module_os(ctx, "test");
const uint8_t *code = js_load_file(ctx, &pbuf_len, file_path);
JSValue js_ret_val = JS_Eval(ctx, (char *)code, pbuf_len, "add", JS_EVAL_TYPE_MODULE);
if(JS_IsError(ctx, js_ret_val) || JS_IsException(js_ret_val)) {
js_std_dump_error(ctx);
}
return NULL;
}
pthread_t quickjs_t;
int main(int argc, char **argv) {
rt = JS_NewRuntime();
pthread_create(&quickjs_t, NULL, run, NULL);
while (1) {
if(ctx) js_std_loop(ctx);
}
js_std_free_handlers(rt);
JS_FreeContext(ctx);
JS_FreeRuntime(rt);
return 0;
}
這樣的操作只適合用于測試一下功能,實際生產(chǎn)中使用需要一個即可以在必要的時候調(diào)用loop又可以做到不搶占過多的CPU或者只搶占較少的CPU時間片。
四、libuv
1.libuv簡價
libuv 是一個使用C語言編寫的多平臺支持庫，專注于異步 I/O。 它主要是為 Node.js 使用而開發(fā)的，但 Luvit、Julia、uvloop 等也使用它。
功能亮點
•由 epoll、kqueue、IOCP、事件端口支持的全功能事件循環(huán)。
•異步 TCP 和 UDP 套接字
•異步 DNS 解析
•異步文件和文件系統(tǒng)操作
•文件系統(tǒng)事件
•ANSI 轉(zhuǎn)義碼控制的 TTY
•具有套接字共享的 IPC，使用 Unix 域套接字或命名管道 (windows)
•子進(jìn)程
•線程池
•信號處理
•高分辨率時鐘
•線程和同步原語
2.libuv運行原理
int uv_run(uv_loop_t* loop, uv_run_mode mode) {
r = uv__loop_alive(loop);
if (!r)
uv__update_time(loop);
while (r != 0 && loop->stop_flag == 0) {
uv__update_time(loop);
uv__run_timers(loop);
ran_pending = uv__run_pending(loop);
uv__run_idle(loop);
uv__run_prepare(loop);
uv__io_poll(loop, timeout);
uv__run_check(loop);
uv__run_closing_handles(loop);
}
}
3.簡單使用
static void timer_cb(uv_timer_t *handler) {
printf("timer_cb exec.rn");
}
int main(int argc, const char * argv[]) {
uv_loop_t *loop = uv_default_loop();
uv_timer_t *timer = (uv_timer_t*)malloc(sizeof(uv_timer_t));
uv_timer_init(loop, timer);
uv_timer_start(timer, timer_cb, 2000, 0);
uv_run(loop, UV_RUN_DEFAULT);
}
五、QuickJS + libuv
console.log(`開始執(zhí)行`);
function getName() {
return new Promise((resolve, reject) => {
setTimeout(() => {
resolve("張三峰");
}, 2000);
});
}
getName().then(name => console.log(`promise name: ${name}`));
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <uv.h>
/* File generated automatically by the QuickJS compiler. */
#include "quickjs-libc.h"
#include <string.h>
typedef struct once_timer_data {
JSValue func;
JSValue this_val;
JSContext *ctx;
} once_timer_data;
void once_timer_cb(uv_timer_t *once_timer) {
once_timer_data *data = (once_timer_data *)once_timer->data;
JSContext *ctx = data->ctx;
JSValue js_ret_val = JS_Call(data->ctx, data->func, data->this_val, 0, NULL);
if(JS_IsError(ctx, js_ret_val) || JS_IsException(js_ret_val)) {
js_std_dump_error(ctx);
}
JS_FreeValue(data->ctx, js_ret_val);
JS_FreeValue(data->ctx, data->func);
JS_FreeValue(data->ctx, data->this_val);
free(data);
uv_timer_stop(once_timer);
free(once_timer);
}
void check_cb(uv_check_t *check) {
JSContext *ctx = (JSContext *)check->data;
js_std_loop(ctx);
}
void idle_cb(uv_idle_t *idle) {
}
JSValue set_timeout(JSContext *ctx, JSValue this_val, int argc, JSValue *argv) {
if(argc != 2) return JS_NULL;
JSValue func_val = argv[0];
JSValue delay_val = argv[1];
int64_t delay = 0;
int ret = JS_ToInt64(ctx, &delay, delay_val);
if(ret < 0) js_std_dump_error(ctx);
uv_timer_t *once_timer = (uv_timer_t *)malloc(sizeof(uv_timer_t));
once_timer_data *data = (once_timer_data *)malloc(sizeof(once_timer_data));
data->func = JS_DupValue(ctx, func_val);
data->this_val = JS_DupValue(ctx, this_val);
data->ctx = ctx;
once_timer->data = data;
uv_timer_init(uv_default_loop(), once_timer);
uv_timer_start(once_timer, once_timer_cb, delay, 0);
JSValue js_timer = JS_NewInt64(ctx, (uint64_t)once_timer);
return js_timer;
}
static JSContext *JS_NewCustomContext(JSRuntime *rt) {
JSContext *ctx = JS_NewContextRaw(rt);
if (!ctx)
return NULL;
JS_AddIntrinsicBaseObjects(ctx);
JS_AddIntrinsicDate(ctx);
JS_AddIntrinsicEval(ctx);
JS_AddIntrinsicStringNormalize(ctx);
JS_AddIntrinsicRegExp(ctx);
JS_AddIntrinsicJSON(ctx);
JS_AddIntrinsicProxy(ctx);
JS_AddIntrinsicMapSet(ctx);
JS_AddIntrinsicTypedArrays(ctx);
JS_AddIntrinsicPromise(ctx);
JS_AddIntrinsicBigInt(ctx);
return ctx;
}
void js_job(uv_timer_t *timer) {
JSRuntime *rt = timer->data;
const char *file_path = "/Volumes/Work/分享/quickjs/code/quickjs/examples/promise.js";
size_t pbuf_len = 0;
JSContext *ctx;
js_std_set_worker_new_context_func(JS_NewCustomContext);
js_std_init_handlers(rt);
JS_SetModuleLoaderFunc(rt, NULL, js_module_loader, NULL);
ctx = JS_NewCustomContext(rt);
uv_check_t *check = (uv_check_t *)malloc(sizeof(uv_check_t));
uv_check_init(uv_default_loop(), check);
check->data = ctx;
uv_check_start(check, check_cb);
JSValue global = JS_GetGlobalObject(ctx);
JSValue func_val = JS_NewCFunction(ctx, set_timeout, "setTimeout", 1);
JS_SetPropertyStr(ctx, global, "setTimeout", func_val);
JS_FreeValue(ctx, global);
js_std_add_helpers(ctx, 0, NULL);
js_init_module_os(ctx, "test");
const uint8_t *code = js_load_file(ctx, &pbuf_len, file_path);
JSValue js_ret_val = JS_Eval(ctx, (char *)code, pbuf_len, "add", JS_EVAL_TYPE_MODULE);
if(JS_IsError(ctx, js_ret_val) || JS_IsException(js_ret_val)) {
js_std_dump_error(ctx);
}
js_std_free_handlers(rt);
JS_FreeContext(ctx);
}
int main(int argc, char **argv) {
JSRuntime *rt = JS_NewRuntime();
uv_loop_t *loop = uv_default_loop();
uv_timer_t *timer = (uv_timer_t*)malloc(sizeof(uv_timer_t));
timer->data = rt;
uv_timer_init(loop, timer);
uv_timer_start(timer, js_job, 0, 0);
uv_idle_t *idle = (uv_idle_t *)malloc(sizeof(uv_idle_t));
uv_idle_init(loop, idle);
uv_idle_start(idle, idle_cb);
uv_run(loop, UV_RUN_DEFAULT);
JS_FreeRuntime(rt);
return 0;
}
