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呼叫堆疊與執行背景關系------HDDevTeam 20級暑期JavaScript學習(1)

2021-07-29 07:44:36 前端設計

所謂JS引擎,就是一種為解釋執行JavaScript代碼而專門設定的流程虛擬機,

其中最為重要的是一個組件是呼叫堆疊(Call Stack),它與全域記憶體執行背景關系一起運行代碼,

在讀取和執行代碼時,是由JS引擎來讀取代碼的,一旦讀取到參考,就會將參考放入全域記憶體(堆)中,

全域記憶體(堆)是JS引擎保存全域變數和全域函式宣告的地方,


那么,當在代碼中運行函式會發生什么呢?

代碼試例:

let [a,b] = [2,4];//解構賦值
function sum(a,b) {
    return a+b;
}
sum(a,b);

現在我執行了一個函式,這時如果JS引擎執行這段代碼,就要用到在上文中所說的一個基本組件----呼叫堆疊,

所謂呼叫堆疊,就是一種資料結構:元素可以從頂部進入,而如果元素上面還有其他元素的時候,則需要繼續等待上面頂部元素一一執行,

從這里,我們可以看出,JS是單執行緒的

但是需要注意的是,JavaScript 確實只在一個執行緒上運行,卻不代表 JavaScript 引擎只有一個執行緒,事實上,JavaScript 引擎有多個執行緒,單個腳本只能在一個執行緒上運行(稱為主執行緒),其他執行緒都是在后臺配合運行,

再強調一遍,JS單執行緒是指JS引擎執行JS代碼時只分了一個執行緒給它執行,也就是執行JS時是單執行緒的,


扯遠了,回到我們的主題,已知組件“呼叫堆疊”的執行方式,與此同時,當執行函式的時候,JS引擎還會分配一個全域執行背景關系,它是運行JS代碼的全域環境,

打個不是很形象的比方:如果全域執行背景關系是我們已知的可以看到的世界,那么全域參考和全域函式都是在世界上面撒歡的我們,可是吧,在某些地方藏著一些未知的小世界,就是全域函式中的嵌套變數或者是若干個內部函式,在這種情況下,JS引擎會創建一個本地執行背景關系

代碼試例:

let [a,b] = [2,3];
function sum(a,b) {
    var c = 4;
    return a+b;
}
sum(a,b);

在上述情況下,sum全域函式里面定義宣告了一個變數c,這種情況下,sum函式中會創建一個本地執行背景關系,c變數會被放到這個函式的本地執行背景關系中去,


了解了大概的原理,我們來具體討論一下呼叫堆疊和執行背景關系,


呼叫堆疊

先介紹堆和堆疊是什么:

堆疊 (stack) : 用來保存簡單的資料欄位

堆 (heap) : 用來保存堆疊中簡單資料欄位對指標的參考

堆疊會自動分配記憶體空間,會自動釋放,存放基本型別,簡單的資料段,占據固定大小的空間

而堆是動態分配的記憶體,大小不定也不會自動釋放,存放參考型別,指那些可能由多個值構成的物件,保存在堆記憶體中,包含參考型別的變數,實際上保存的不是變數本身,而是指向該物件的指標,

呃,簡單來說,在記憶體屬性方面,堆疊(stack)會自動分配記憶體空間,會自動釋放,而堆(heap)是動態分配的記憶體,大小不定也不會自動釋放,

(這里的堆疊與資料結構里面的堆疊定義并不相同)

重要的是要知道,堆疊記憶體中關于參考型別的資料的是通過指標(地址)來參考的,指標和地址指向堆記憶體中的資料,

那么為什么會這樣呢?

這是因為基本型別的資料簡單,所占用空間比較小,記憶體由系統自動分配,而參考型別資料比較復雜,復雜程度是動態的,計算機為了較少反復的創建和回收參考型別資料所帶來的損耗,就先為其開辟另外一部分空間——及堆記憶體,以便于這些占用空間較大的資料重復利用,堆記憶體中的資料不會隨著方法的結束立即銷毀,有可能該物件會被其它方法所參考,直到系統的垃圾回識訓制檢索到該物件沒有被任何方法所參考的時候才會對其進行回收,

了解堆疊對明白呼叫堆疊的有很大幫助,我們也更應該了解代碼運行的原理,而不是僅僅知道如何去使用API,

我在上文中提到過了,JavaScript 是一門單執行緒的語言,這意味著它只有一個呼叫堆疊,因此,同一時間只能做一件事,呼叫堆疊記錄了我們在程式中的位置,如果我們運行到一個函式,它就會將其放置到堆疊頂,當從這個函式回傳的時候,就會將這個函式從堆疊頂彈出,毫不留戀!!!

每一個進入呼叫堆疊的可執行代碼都稱為呼叫幀,

當函式呼叫過多,如在遞回函式中無終止條件,就會不斷的入堆疊,直到堆疊溢位,


執行背景關系

在我們的JS代碼在執行之前,JS引擎總要做準備作業,就是創建對應的執行背景關系;

執行背景關系只有三類,全域執行背景關系,函式背景關系,與eval背景關系;由于eval一般不會使用,這里不做討論,

1.全域執行背景關系

全域執行背景關系只有一個,在客戶端中一般由瀏覽器創建,也就是我們熟知的window物件,我們能通過this直接訪問到它,

全域物件window上預定義了大量的方法和屬性,我們在全域環境的任意處都能直接訪問這些屬性方法,同時window物件還是var宣告的全域變數的載體,我們通過var創建的全域物件,都可以通過window直接訪問,

2.函式執行背景關系

函式執行背景關系可存在無數個,每當一個函式被呼叫時都會創建一個函式背景關系;需要注意的是,同一個函式被多次呼叫,都會創建一個新的背景關系

說到這你是否會想,背景關系種類不同,而且創建的數量還這么多,它們之間的關系是怎么樣的,又是誰來管理這些背景關系呢,沒錯,就是上面一直在講的組件呼叫堆疊,在這里我們叫它執行堆疊,因為在這里它管理執行背景關系,

執行堆疊用于存盤代碼執行期間創建的所有背景關系,具有LIFO(Last In First Out后進先出,也就是先進后出)的特性,其實在上文中都講過了,,,

JS代碼首次運行,都會先創建一個全域執行背景關系并壓入到執行堆疊中,之后每當有函式被呼叫,都會創建一個新的函式執行背景關系并壓入堆疊內;由于執行堆疊LIFO的特性,所以可以理解為,JS代碼執行完畢前在執行堆疊底部永遠有個全域執行背景關系,

好了,上面初步講了執行背景關系的存盤規則,還需要了解執行背景關系的創建,

執行背景關系創建階段

執行背景關系創建分為創建階段與執行階段兩個階段,

執行背景關系的創建階段主要負責三件事:確定this---創建詞法環境組件(LexicalEnvironment)---創建變數環境組件(VariableEnvironment),

1.確定this

官方的稱呼為This Binding,在全域執行背景關系中,this總是指向全域物件,例如瀏覽器環境下this指向window物件,

而在函式執行背景關系中,this的值取決于函式的呼叫方式,如果被一個物件呼叫,那么this指向這個物件,否則this一般指向全域物件window或者undefined(嚴格模式),

2.詞法環境組件(我也不懂,查的資料)

詞法環境是一個包含識別符號變數映射的結構,這里的識別符號表示變數或函式的名稱,變數是對實際物件(包括函式型別物件)或原始值的參考,

詞法環境由環境記錄與對外部環境引入記錄兩個部分組成,

其中環境記錄用于存盤當前環境中的變數和函式宣告的實際位置;外部環境引入記錄很好理解,它用于保存自身環境可以訪問的其它外部環境,

我們在前文提到了全域執行背景關系與函式執行背景關系,所以這也導致了詞法環境分為全域詞法環境與函式詞法環境兩種,

  • 全域詞法環境組件:

對外部環境的引入記錄為null,因為它本身就是最外層環境,除此之外它還記錄了當前環境下的所有屬性、方法位置,

  • 函式詞法環境組件:

包含了用戶在函式中定義的所有屬性方法外,還包含了一個arguments物件,函式詞法環境的外部環境引入可以是全域環境,也可以是其它函式環境,

3.變數環境組件(我也不懂,查的資料)

變數環境可以說也是詞法環境,它具備詞法環境所有屬性,一樣有環境記錄與外部環境引入,在ES6中唯一的區別在于詞法環境用于存盤函式宣告與let const宣告的變數,而變數環境僅僅存盤var宣告的變數,


重點來了,在執行背景關系創建階段,函式宣告與var宣告的變數在創建階段已經被賦予了一個值,var宣告被設定為了undefined,函式被設定為了自身函式,而let const被設定為未初始化,

這就解釋了變數提升與函式宣告提前,以及為什么let和const有暫時性死域,這是因為作用域創建階段JS引擎的初始化賦值不同,

背景關系除了創建階段外,還有執行階段,這點應該好理解,代碼執行時根據之前的環境記錄對應賦值,比如早期var在創建階段為undefined,如果有值就對應賦值,像let const值為未初始化,如果有值就賦值,無值則賦予undefined,


到了這里,這篇文章就結束了,貌似除了執行背景關系和堆疊呼叫,還說了變數提升和函式宣告提前的原理,下期明天寫this的幾種系結,完結撒花撒花,

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