Virtual Mashinalar: JavaScript Dvigatelining Ichki Tuzilishini Oydinlashtirish

Internetni quvvatlantiruvchi hamma joyda mavjud bo'lgan til - JavaScript, kodni samarali bajarish uchun murakkab dvigatellarga tayanadi. Bu dvigatellarning markazida virtual mashina (VM) tushunchasi yotadi. Ushbu VMlar qanday ishlashini tushunish JavaScriptning ishlash xususiyatlari haqida qimmatli ma'lumotlar berishi va dasturchilarga yanada optimallashtirilgan kod yozish imkonini berishi mumkin. Ushbu qo'llanma JavaScript VMlarining arxitekturasi va ishlash tamoyillarini chuqur o'rganadi.

Virtual Mashina nima?

Aslida, virtual mashina - bu dasturiy ta'minotda amalga oshirilgan abstrakt kompyuter arxitekturasidir. U ma'lum bir tilda (masalan, JavaScript) yozilgan dasturlarning asosiy qurilmadan mustaqil ravishda ishlashiga imkon beruvchi muhitni ta'minlaydi. Bu izolyatsiya portativlik, xavfsizlik va resurslarni samarali boshqarish imkonini beradi.

Buni shunday tasavvur qiling: siz VM yordamida macOS ichida Windows operatsion tizimini ishga tushirishingiz mumkin. Xuddi shunday, JavaScript dvigatelining VMsi JavaScript kodining ushbu dvigatel o'rnatilgan har qanday platformada (brauzerlar, Node.js va hokazo) bajarilishiga imkon beradi.

JavaScript Bajarilish Konveyeri: Boshlang'ich Koddan Bajarilishgacha

JavaScript kodining dastlabki holatidan VM ichida bajarilishigacha bo'lgan yo'li bir necha muhim bosqichlarni o'z ichiga oladi:

Tahlil qilish (Parsing): Dvigatel avval JavaScript kodini tahlil qilib, uni Abstrakt Sintaktik Daraxt (AST) deb nomlanuvchi tuzilmali ko'rinishga ajratadi. Bu daraxt kodning sintaktik tuzilishini aks ettiradi.
Kompilyatsiya/Interpretatsiya: So'ngra AST qayta ishlanadi. Zamonaviy JavaScript dvigatellari gibrid yondashuvdan foydalanib, ham interpretatsiya, ham kompilyatsiya usullaridan foydalanadi.
Bajarish: Kompilyatsiya qilingan yoki interpretatsiya qilingan kod VM ichida bajariladi.
Optimallashtirish: Kod ishlayotgan vaqtda dvigatel doimiy ravishda unumdorlikni kuzatib boradi va bajarilish tezligini oshirish uchun optimallashtirishlarni qo'llaydi.

Interpretatsiya va Kompilyatsiya

Tarixda JavaScript dvigatellari asosan interpretatsiyaga tayangan. Interpretatorlar kodni qatorma-qator qayta ishlaydi, har bir ko'rsatmani ketma-ket tarjima qilib bajaradi. Bu yondashuv tez ishga tushishni ta'minlaydi, lekin kompilyatsiyaga qaraganda sekinroq bajarilish tezligiga olib kelishi mumkin. Kompilyatsiya esa, aksincha, bajarilishdan oldin butun manba kodini mashina kodiga (yoki oraliq ko'rinishga) tarjima qilishni o'z ichiga oladi. Bu tezroq bajarilishga olib keladi, lekin ishga tushirish uchun ko'proq vaqt talab etadi.

Zamonaviy dvigatellar har ikki yondashuvning afzalliklarini birlashtirgan Just-In-Time (JIT) kompilyatsiya strategiyasidan foydalanadi. JIT kompilyatorlari kodni ish vaqtida tahlil qiladi va tez-tez bajariladigan qismlarni (issiq nuqtalar) optimallashtirilgan mashina kodiga kompilyatsiya qilib, unumdorlikni sezilarli darajada oshiradi. Minglab marta ishlaydigan tsiklni ko'rib chiqing – JIT kompilyatori ushbu tsiklni bir necha marta bajarilganidan keyin optimallashtirishi mumkin.

JavaScript Virtual Mashinasining Asosiy Komponentlari

JavaScript VMlari odatda quyidagi muhim komponentlardan iborat:

Parser (Tahlilchi): JavaScript manba kodini ASTga aylantirish uchun mas'ul.
Interpretator: ASTni to'g'ridan-to'g'ri bajaradi yoki uni bayt-kodga tarjima qiladi.
Kompilyator (JIT): Tez-tez bajariladigan kodni optimallashtirilgan mashina kodiga kompilyatsiya qiladi.
Optimizator: Kod samaradorligini oshirish uchun turli optimallashtirishlarni amalga oshiradi (masalan, funksiyalarni ichki joylashtirish, keraksiz kodni yo'qotish).
Axlat Yig'uvchi (Garbage Collector): Endi ishlatilmayotgan obyektlarni qaytarib olib, xotirani avtomatik boshqaradi.
Ish vaqti tizimi (Runtime System): Bajarilish muhiti uchun muhim xizmatlarni taqdim etadi, masalan, DOMga (brauzerlarda) yoki fayl tizimiga (Node.jsda) kirish.

Mashhur JavaScript Dvigatellari va Ularning Arxitekturalari

Bir nechta mashhur JavaScript dvigatellari brauzerlar va boshqa ish vaqti muhitlarini quvvatlantiradi. Har bir dvigatel o'zining noyob arxitekturasi va optimallashtirish usullariga ega.

V8 (Chrome, Node.js)

Google tomonidan ishlab chiqilgan V8 eng keng tarqalgan JavaScript dvigatellaridan biridir. U to'liq JIT kompilyatoridan foydalanadi va dastlab JavaScript kodini mashina kodiga kompilyatsiya qiladi. V8 shuningdek, obyekt xususiyatlariga kirishni optimallashtirish uchun inline kesh va yashirin sinflar kabi usullarni o'z ichiga oladi. V8 ikkita kompilyatordan foydalanadi: Full-codegen (nisbatan sekin, ammo ishonchli kod ishlab chiqaradigan asl kompilyator) va Crankshaft (yuqori darajada optimallashtirilgan kod yaratadigan optimallashtiruvchi kompilyator). Yaqinda V8 yanada ilg'or optimallashtiruvchi kompilyator bo'lgan TurboFanni taqdim etdi.

V8 arxitekturasi tezlik va xotira samaradorligi uchun yuqori darajada optimallashtirilgan. U xotira sizib chiqishini minimallashtirish va samaradorlikni oshirish uchun ilg'or axlat yig'ish algoritmlaridan foydalanadi. V8ning samaradorligi ham brauzer ishlashi, ham Node.js server tomonidagi ilovalar uchun juda muhimdir. Masalan, Google Docs kabi murakkab veb-ilovalar sezgir foydalanuvchi tajribasini ta'minlash uchun V8ning tezligiga katta tayanadi. Node.js kontekstida, V8ning samaradorligi kengaytiriladigan veb-serverlarda minglab bir vaqtning o'zida so'rovlarni qayta ishlashga imkon beradi.

SpiderMonkey (Firefox)

Mozilla tomonidan ishlab chiqilgan SpiderMonkey, Firefoxni quvvatlantiruvchi dvigateldir. Bu interpretator va bir nechta JIT kompilyatorlarini o'z ichiga olgan gibrid dvigateldir. SpiderMonkey uzoq tarixga ega va yillar davomida sezilarli evolyutsiyani boshdan kechirgan. Tarixda SpiderMonkey interpretator va keyin IonMonkey (JIT kompilyatori) dan foydalangan. Hozirda SpiderMonkey bir nechta bosqichli JIT kompilyatsiyasiga ega zamonaviyroq arxitekturadan foydalanadi.

SpiderMonkey standartlarga muvofiqlik va xavfsizlikka e'tibor qaratishi bilan mashhur. U foydalanuvchilarni zararli koddan himoya qilish uchun mustahkam xavfsizlik xususiyatlarini o'z ichiga oladi. Uning arxitekturasi mavjud veb-standartlari bilan moslikni saqlashga ustuvorlik beradi va shu bilan birga zamonaviy samaradorlik optimallashtirishlarini ham o'z ichiga oladi. Mozilla Firefoxning raqobatbardosh brauzer bo'lib qolishini ta'minlash uchun SpiderMonkey'ning samaradorligi va xavfsizligini oshirishga doimiy ravishda sarmoya kiritadi. Ichki foydalanish uchun Firefox'dan foydalanadigan Yevropa banki nozik moliyaviy ma'lumotlarni himoya qilish uchun SpiderMonkey'ning xavfsizlik xususiyatlarini qadrlashi mumkin.

JavaScriptCore (Safari)

Nitro nomi bilan ham tanilgan JavaScriptCore, Safari va boshqa Apple mahsulotlarida ishlatiladigan dvigateldir. Bu JIT kompilyatoriga ega yana bir dvigatel. JavaScriptCore mashina kodini yaratish uchun orqa qism sifatida LLVM (Low Level Virtual Machine) dan foydalanadi, bu esa a'lo darajada optimallashtirish imkonini beradi. Tarixda JavaScriptCore JIT kompilyatorining dastlabki versiyasi bo'lgan SquirrelFish Extreme'dan foydalangan.

JavaScriptCore Apple ekotizimi bilan chambarchas bog'liq va Apple qurilmalari uchun kuchli optimallashtirilgan. U iPhone va iPad kabi mobil qurilmalar uchun juda muhim bo'lgan quvvat samaradorligiga e'tibor qaratadi. Apple o'z qurilmalarida silliq va sezgir foydalanuvchi tajribasini ta'minlash uchun JavaScriptCore'ni doimiy ravishda takomillashtirib boradi. JavaScriptCore optimallashtirishlari, ayniqsa, murakkab grafikalarni render qilish yoki katta hajmdagi ma'lumotlarni qayta ishlash kabi resurs talab qiladigan vazifalar uchun muhimdir. iPad'da silliq ishlayotgan o'yinni tasavvur qiling; bu qisman JavaScriptCore'ning samarali ishlashi tufayli. iOS uchun to'ldirilgan reallik ilovalarini ishlab chiquvchi kompaniya JavaScriptCore'ning qurilmaga moslashtirilgan optimallashtirishlaridan foyda ko'radi.

Bayt-kod va Oraliq Ko'rinish

Ko'pgina JavaScript dvigatellari ASTni to'g'ridan-to'g'ri mashina kodiga tarjima qilmaydi. Buning o'rniga, ular bayt-kod deb ataladigan oraliq ko'rinishni yaratadilar. Bayt-kod - bu kodning past darajali, platformadan mustaqil ko'rinishi bo'lib, uni asl JavaScript manbasidan ko'ra optimallashtirish va bajarish osonroq. Keyin interpretator yoki JIT kompilyatori bayt-kodni bajaradi.

Bayt-koddan foydalanish ko'proq portativlikka imkon beradi, chunki bir xil bayt-kodni qayta kompilyatsiya qilishni talab qilmasdan turli platformalarda bajarish mumkin. Shuningdek, u JIT kompilyatsiya jarayonini soddalashtiradi, chunki JIT kompilyatori kodning yanada tuzilmali va optimallashtirilgan ko'rinishi bilan ishlashi mumkin.

Bajarilish Kontekstlari va Chaqiruvlar Steki

JavaScript kodi bajarilish konteksti ichida bajariladi, u kodning ishlashi uchun zarur bo'lgan barcha ma'lumotlarni, jumladan o'zgaruvchilar, funksiyalar va ko'lam zanjirini o'z ichiga oladi. Funksiya chaqirilganda, yangi bajarilish konteksti yaratiladi va chaqiruvlar stekiga qo'shiladi. Chaqiruvlar steki funksiya chaqiruvlari tartibini saqlaydi va funksiyalar bajarilishini tugatgandan so'ng to'g'ri joyga qaytishini ta'minlaydi.

Chaqiruvlar stekini tushunish JavaScript kodini diskretlash uchun juda muhimdir. Xatolik yuzaga kelganda, chaqiruvlar steki xatolikka olib kelgan funksiya chaqiruvlarining izini taqdim etadi, bu esa dasturchilarga muammoning manbasini aniqlashga yordam beradi.

Axlat Yig'ish

JavaScript axlat yig'uvchi (GC) orqali avtomatik xotira boshqaruvidan foydalanadi. GC endi erishib bo'lmaydigan yoki ishlatilmayotgan obyektlar egallagan xotirani avtomatik ravishda qaytarib oladi. Bu xotira sizib chiqishining oldini oladi va dasturchilar uchun xotira boshqaruvini soddalashtiradi. Zamonaviy JavaScript dvigatellari to'xtalishlarni minimallashtirish va samaradorlikni oshirish uchun murakkab GC algoritmlaridan foydalanadi. Turli dvigatellar turli GC algoritmlaridan foydalanadi, masalan, belgilash-va-supurish yoki avlodli axlat yig'ish. Masalan, avlodli GC obyektlarni yoshiga qarab tasniflaydi, yoshroq obyektlarni eski obyektlarga qaraganda tez-tez yig'adi, bu esa odatda samaraliroq bo'ladi.

Axlat yig'uvchi xotira boshqaruvini avtomatlashtirsa-da, JavaScript kodida xotiradan foydalanishga e'tiborli bo'lish hali ham muhim. Ko'p sonli obyektlar yaratish yoki obyektlarni kerak bo'lgandan uzoqroq ushlab turish GCga bosim o'tkazishi va samaradorlikka ta'sir qilishi mumkin.

JavaScript Samaradorligi uchun Optimallashtirish Usullari

JavaScript dvigatellari qanday ishlashini tushunish dasturchilarga yanada optimallashtirilgan kod yozishda yo'l-yo'riq ko'rsatishi mumkin. Mana bir nechta asosiy optimallashtirish usullari:

Global o'zgaruvchilardan saqlaning: Global o'zgaruvchilar xususiyatlarni qidirishni sekinlashtirishi mumkin.
Mahalliy o'zgaruvchilardan foydalaning: Mahalliy o'zgaruvchilarga global o'zgaruvchilarga qaraganda tezroq kiriladi.
DOM manipulyatsiyasini minimallashtiring: DOM operatsiyalari qimmat. Iloji boricha yangilanishlarni guruhlang.
Tsikllarni optimallashtiring: Samarali tsikl tuzilmalaridan foydalaning va tsikllar ichidagi hisob-kitoblarni minimallashtiring.
Memoizatsiyadan foydalaning: Keraksiz hisob-kitoblarni oldini olish uchun qimmat funksiya chaqiruvlari natijalarini keshlang.
Kodingizni profillang: Samaradorlikdagi to'siqlarni aniqlash uchun profillash vositalaridan foydalaning.

Masalan, veb-sahifadagi bir nechta elementni yangilash kerak bo'lgan vaziyatni ko'rib chiqing. Har bir elementni alohida yangilash o'rniga, qo'shimcha xarajatlarni kamaytirish uchun yangilanishlarni bitta DOM operatsiyasiga guruhlang. Xuddi shunday, tsikl ichida murakkab hisob-kitoblarni bajarayotganda, keraksiz hisob-kitoblarni oldini olish uchun tsikl davomida doimiy qoladigan har qanday qiymatlarni oldindan hisoblashga harakat qiling.

JavaScript Samaradorligini Tahlil qilish uchun Vositalar

Dasturchilarga JavaScript samaradorligini tahlil qilish va to'siqlarni aniqlashga yordam beradigan bir nechta vositalar mavjud:

Brauzer Dasturchi Vositalari: Ko'pgina brauzerlar kodingizning turli qismlarini bajarilish vaqtini o'lchashga imkon beruvchi profillash imkoniyatlarini taqdim etuvchi o'rnatilgan dasturchi vositalarini o'z ichiga oladi.
Lighthouse: Google tomonidan ishlab chiqilgan, veb-sahifalarni samaradorlik, mavjudlik va boshqa eng yaxshi amaliyotlar uchun tekshiradigan vosita.
Node.js Profileri: Node.js server tomonidagi JavaScript kodining samaradorligini tahlil qilish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan o'rnatilgan profiler taqdim etadi.

JavaScript Dvigatelini Rivojlantirishdagi Kelajakdagi Trendlar

JavaScript dvigatelini rivojlantirish - bu samaradorlik, xavfsizlik va standartlarga muvofiqlikni yaxshilash uchun doimiy sa'y-harakatlar bilan davom etadigan jarayon. Ba'zi asosiy tendentsiyalar quyidagilarni o'z ichiga oladi:

WebAssembly (Wasm): Internetda kodni ishga tushirish uchun ikkilik ko'rsatmalar formati. Wasm dasturchilarga boshqa tillarda (masalan, C++, Rust) kod yozish va uni Wasmga kompilyatsiya qilish imkonini beradi, keyin esa uni brauzerda deyarli mahalliy unumdorlik bilan bajarish mumkin.
Bosqichli Kompilyatsiya: Har bir bosqich progressiv ravishda yanada tajovuzkor optimallashtirishlarni qo'llaydigan ko'p bosqichli JIT kompilyatsiyasidan foydalanish.
Yaxshilangan Axlat Yig'ish: Yanada samarali va kamroq aralashuvchi axlat yig'ish algoritmlarini ishlab chiqish.
Apparat Tezlatish: JavaScript bajarilishini tezlashtirish uchun apparat xususiyatlaridan (masalan, SIMD ko'rsatmalari) foydalanish.

Ayniqsa, WebAssembly veb-ishlab chiqishda muhim o'zgarishni anglatadi, bu esa dasturchilarga yuqori samarali ilovalarni veb-platformaga olib kelish imkonini beradi. WebAssembly tufayli brauzerda to'g'ridan-to'g'ri ishlaydigan murakkab 3D o'yinlar yoki SAPR dasturlarini tasavvur qiling.

Xulosa

JavaScript dvigatellarining ichki ishlarini tushunish har qanday jiddiy JavaScript dasturchisi uchun juda muhimdir. Virtual mashinalar, JIT kompilyatsiyasi, axlat yig'ish va optimallashtirish usullari tushunchalarini o'zlashtirib, dasturchilar yanada samarali va unumli kod yozishlari mumkin. JavaScript rivojlanishda davom etar ekan va tobora murakkab ilovalarni quvvatlantirar ekan, uning asosiy arxitekturasi haqidagi chuqur tushuncha yanada qimmatli bo'lib boradi. Siz global auditoriya uchun veb-ilovalar yaratasizmi, Node.js bilan server tomonidagi ilovalarni ishlab chiqarasizmi yoki JavaScript bilan interaktiv tajribalar yaratasizmi, JavaScript dvigateli ichki tuzilishi haqidagi bilimlar shubhasiz mahoratingizni oshiradi va sizga yaxshiroq dasturiy ta'minot yaratish imkonini beradi.

JavaScript yordamida nimalar qilish mumkinligining chegaralarini o'rganishda, tajriba qilishda va kengaytirishda davom eting!