手把手教会你JavaScript引擎如何执行JavaScript代码

　　JavaScript 在运行过程中与其他语言有所不一样，如果不理解 JavaScript 的词法环境、执行上下文等内容，很容易会在开发过程中产生 Bug，比如this指向和预期不一致、某个变量不知道为什么被改了，等等。所以今天我们就来聊一聊 JavaScript 代码的运行过程。
　　大家都知道，JavaScript 代码是需要在 JavaScript 引擎中运行的。我们在说到 JavaScript 运行的时候，常常会提到执行环境、词法环境、作用域、执行上下文、闭包等内容。这些概念看起来都差不多，却好像又不大容易区分清楚，它们分别都在描述什么呢?
　　这些词语都是与 JavaScript 引擎执行代码的过程有关，为了搞清楚这些概念之间的区别，我们可以回顾下 JavaScript 代码运行过程中的各个阶段。
　　JavaScript 代码运行的各个阶段
　　JavaScript 是弱类型语言，在运行时才能确定变量类型。JavaScript 引擎在执行 JavaScript 代码时，也会从上到下进行词法分析、语法分析、语义分析等处理，并在代码解析完成后生成 AST(抽象语法树)，最终根据 AST 生成 CPU 可以执行的机器码并执行。
　　这个过程，我们称之为语法分析阶段。除了语法分析阶段，JavaScript 引擎在执行代码时还会进行其他的处理。以 V8 引擎为例，在 V8 引擎中 JavaScript 代码的运行过程主要分成三个阶段。
　　语法分析阶段。该阶段会对代码进行语法分析，检查是否有语法错误(SyntaxError)，如果发现语法错误，会在控制台抛出异常并终止执行。
　　编译阶段。该阶段会进行执行上下文(Execution Context)的创建，包括创建变量对象、建立作用域链、确定 this 的指向等。每进入一个不同的运行环境时，V8 引擎都会创建一个新的执行上下文。
　　执行阶段。将编译阶段中创建的执行上下文压入调用栈，并成为正在运行的执行上下文，代码执行结束后，将其弹出调用栈。
　　其中，语法分析阶段属于编译器通用内容，就不再赘述。前面提到的执行环境、词法环境、作用域、执行上下文等内容都是在编译和执行阶段中产生的概念。
　　执行上下文的创建
　　执行上下文的创建离不开 JavaScript 的运行环境，JavaScript 运行环境包括全局环境、函数环境和eval，其中全局环境和函数环境的创建过程如下：
　　第一次载入 JavaScript 代码时，首先会创建一个全局环境。全局环境位于最外层，直到应用程序退出后(例如关闭浏览器和网页)才会被销毁。
　　每个函数都有自己的运行环境，当函数被调用时，则会进入该函数的运行环境。当该环境中的代码被全部执行完毕后，该环境会被销毁。不同的函数运行环境不一样，即使是同一个函数，在被多次调用时也会创建多个不同的函数环境。
　　在不同的运行环境中，变量和函数可访问的其他数据范围不同，环境的行为(比如创建和销毁)也有所区别。而每进入一个不同的运行环境时，JavaScript 都会创建一个新的执行上下文，该过程包括：
　　建立作用域链(Scope Chain);
　　创建变量对象(Variable Object，简称 VO);
　　确定 this 的指向。
　　由于建立作用域链过程中会涉及变量对象的概念，因此我们先来看看变量对象的创建，再看建立作用域链和确定 this 的指向。
　　创建变量对象
　　变量对象(VO)
　　每个执行上下文都会有一个关联的变量对象，该对象上会保存这个上下文中定义的所有变量和函数。
　　在浏览器中，全局环境的变量对象是window对象，因此所有的全局变量和函数都是作为window对象的属性和方法创建的。相应的，在 Node 中全局环境的变量对象则是global对象。
　　创建VO的过程
　　创建变量对象将会创建arguments对象(仅函数环境下)，同时会检查当前上下文的函数声明和变量声明。
　　对于变量声明：此时会给变量分配内存，并将其初始化为undefined(该过程只进行定义声明，执行阶段才执行赋值语句)。
　　对于函数声明：此时会在内存里创建函数对象，并且直接初始化为该函数对象。
　　变量声明和函数声明的处理过程，便是我们常说的变量提升和函数提升，其中函数声明提升会优先于变量声明提升。因为变量提升容易带来变量在预期外被覆盖掉的问题，同时还可能导致本应该被销毁的变量没有被销毁等情况。因此 ES6 中引入了let和const关键字，从而使 JavaScript 也拥有了块级作用域。
　　作用域
　　在各类编程语言中，作用域分为静态作用域和动态作用域。JavaScript 采用的是词法作用域(Lexical Scoping)，也就是静态作用域。词法作用域中的变量，在编译过程中会产生一个确定的作用域。
　　词法作用域中的变量，在编译过程中会产生一个确定的作用域，这个作用域即当前的执行上下文，在 ES5 后我们使用词法环境(Lexical Environment)替代作用域来描述该执行上下文。因此，词法环境可理解为我们常说的作用域，同样也指当前的执行上下文(注意，是当前的执行上下文)。
　　在 JavaScript 中，词法环境又分为词法环境(Lexical Environment)和变量环境(Variable Environment)两种，其中：
　　变量环境用来记录var/function等变量声明;
　　词法环境是用来记录let/const/class等变量声明。
　　也就是说，创建变量过程中会进行函数提升和变量提升，JavaScript 会通过词法环境来记录函数和变量声明。通过使用两个词法环境(而不是一个)分别记录不同的变量声明内容，JavaScript 实现了支持块级作用域的同时，不影响原有的变量声明和函数声明。
　　这就是创建变量的过程，它属于执行上下文创建中的一环。创建变量的过程会产生作用域，作用域也被称为词法环境。
　　建立作用域链
　　作用域链，就是将各个作用域通过某种方式连接在一起。作用域就是词法环境，而词法环境由两个成员组成。
　　环境记录(Environment Record)：用于记录自身词法环境中的变量对象。
　　外部词法环境引用(Outer Lexical Environment)：记录外层词法环境的引用。
　　通过外部词法环境的引用，作用域可以层层拓展，建立起从里到外延伸的一条作用域链。当某个变量无法在自身词法环境记录中找到时，可以根据外部词法环境引用向外层进行寻找，直到最外层的词法环境中外部词法环境引用为null，这便是作用域链的变量查询。
　　JavaScript 代码运行过程分为定义期和执行期，前面提到的编译阶段则属于定义期，代码示例如下：
　　function foo() { // 定义全局函数foo console.dir(bar); var a = 1; function bar() { // 在foo函数内部定义函数bar a = 2; }}console.dir(foo);foo();
　　前面我们说到，JavaScript 使用的是静态作用域，因此函数的作用域在定义期已经决定了。在上面的例子中，全局函数foo创建了一个foo的[[scope]]属性，包含了全局[[scope]]：
　　foo[[scope]] = [globalContext];
　　而当我们执行foo()时，也会分别进入foo函数的定义期和执行期。
　　在foo函数的定义期时，函数bar的[[scope]]将会包含全局[[scope]]和foo的[[scope]]：
　　bar[[scope]] = [fooContext, globalContext];
　　运行上述代码，我们可以在控制台看到符合预期的输出：
　　可以看到：
　　foo的[[scope]]属性包含了全局[[scope]]
　　bar的[[scope]]将会包含全局[[scope]]和foo的[[scope]]
　　也就是说，JavaScript 会通过外部词法环境引用来创建变量对象的一个作用域链，从而保证对执行环境有权访问的变量和函数的有序访问。除了创建作用域链之外，在这个过程中还会对创建的变量对象做一些处理。
　　在编译阶段会进行变量对象(VO)的创建，该过程会进行函数声明和变量声明，这时候变量的值被初始化为 undefined。在代码进入执行阶段之后，JavaScript 会对变量进行赋值，此时变量对象会转为活动对象(Active Object，简称 AO)，转换后的活动对象才可被访问，这就是 VO -> AO 的过程，示例如下：
　　function foo(a) { var b = 2; function c() {} var d = function() {};}foo(1);
　　在执行foo(1)时，首先进入定义期，此时：
　　参数变量a的值为1
　　变量b和d初始化为undefined
　　函数c创建函数并初始化
　　AO = { arguments: { 0: 1, length: 1 }, a: 1, b: undefined, c: reference to function() c() {} d:undefined}
　　前面我们也有提到，进入执行期之后，会执行赋值语句进行赋值，此时变量b和d会被赋值为 2 和函数表达式：
　　AO = { arguments: { 0: 1, length: 1 }, a: 1, b: 2, c: reference to function c(){}, d: reference to FunctionExpression ＂d＂}
　　这就是 VO -> AO 过程。
　　在定义期(编译阶段)：该对象值仍为undefined，且处于不可访问的状态。
　　进入执行期(执行阶段)：VO 被激活，其中变量属性会进行赋值。
　　实际上在执行的时候，除了 VO 被激活，活动对象还会添加函数执行时传入的参数和arguments这个特殊对象，因此 AO 和 VO 的关系可以用以下关系来表达：
　　AO = VO + function parameters + arguments
　　现在，我们知道作用域链是在进入代码的执行阶段时，通过外部词法环境引用来创建的。总结如下：
　　在编译阶段，JavaScript 在创建执行上下文的时候会先创建变量对象(VO);
　　在执行阶段，变量对象(VO)被激活为活动对象( AO)，函数内部的变量对象通过外部词法环境的引用创建作用域链。
　　通过作用域链，我们可以在函数内部可以直接读取外部以及全局变量，但外部环境是无法访问内部函数里的变量。示例如下：
　　function foo() { var a = 1;}foo();console.log(a); // undefined
　　我们在全局环境下无法访问函数foo中的变量a，这是因为全局函数的作用域链里，不含有函数foo内的作用域。
　　如果我们想要访问内部函数的变量，可以通过函数foo中的函数bar返回变量a，并将函数bar返回，这样我们在全局环境中也可以通过调用函数foo返回的函数bar，来访问变量a：
　　function foo() { var a = 1; function bar() { return a; } return bar;}var b = foo();console.log(b()); // 1
　　当函数执行结束之后，执行期上下文将被销毁，其中包括作用域链和激活对象。
　　在上面的实例中;当b()执行时，foo函数上下文包括作用域都已经被销毁了，但是foo作用域下的a依然可以被访问到;这是因为bar函数引用了foo函数变量对象中的值，此时即使创建bar函数的foo函数执行上下文被销毁了，但它的变量对象依然会保留在 JavaScript 内存中，bar函数依然可以通过bar函数的作用域链找到它，并进行访问。这就是闭包;
　　闭包使得我们可以从外部读取局部变量，常见的用途包括：
　　用于从外部读取其他函数内部变量的函数;
　　可以使用闭包来模拟私有方法;
　　让这些变量的值始终保持在内存中。
　　注意，在使用闭包的时候，需要及时清理不再使用到的变量，否则可能导致内存泄漏问题。
　　确定 this 的指向
　　在 JavaScript 中，this指向执行当前代码对象的所有者，可简单理解为this指向最后调用当前代码的那个对象。
　　根据 JavaScript 中函数的调用方式不同，this的指向分为以下情况。
　　在全局环境中，this指向全局对象(在浏览器中为window)
　　在函数内部，this的值取决于函数被调用的方式
　　函数作为对象的方法被调用，this指向调用这个方法的对象
　　函数用作构造函数时(使用new关键字)，它的this被绑定到正在构造的新对象
　　在类的构造函数中，this是一个常规对象，类中所有非静态的方法都会被添加到this的原型中
　　在箭头函数中，this指向它被创建时的环境
　　使用apply、call、bind等方式调用：根据 API 不同，可切换函数执行的上下文环境，即this绑定的对象
　　可以看到，this在不同的情况下会有不同的指向，在 ES6 箭头函数还没出现之前，为了能正确获取某个运行环境下this对象，我们常常会使用以下代码：
　　var that = this;var self = this;
　　这样的代码将变量分配给this，便于使用。但是降低了代码可读性，不推荐使用，通过正确使用箭头函数，我们可以更好地管理作用域。
　　总结
　　今天我们了解了 JavaScript 代码的运行过程，该过程分为语法分析阶段、编译阶段、执行阶段三个阶段。
　　在编译阶段，JavaScript会进行执行上下文的创建，在执行阶段，变量对象(VO)会被激活为活动对象(AO)，变量会进行赋值，此时活动对象才可被访问。在执行结束之后，作用域链和活动对象均被销毁，使用闭包可使活动对象依然被保留在内存中。这就是 JavaScript 代码的运行过程。
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