详解Node.js API系列C/C++ Addons(2) Google V8引擎

徐君植

2023-12-01

回顾，前文由node.js写的基于addon的hello world例子

#include <node.h>
#include <v8.h>
using namespace v8;
Handle<Value> Method(const Arguments& args) {
  HandleScope scope;
  return scope.Close(String::New("world"));
}
void init(Handle<Object> exports) {
  exports->Set(String::NewSymbol("hello"),
      FunctionTemplate::New(Method)->GetFunction());
}
NODE_MODULE(hello, init)

HandleScope scope这是什么玩意，哪里才能获取到它的介绍。请留意代码段中using namespace v8 ,实际上它调用了google v8的库，所以要了解node.js addon需要了解google v8引擎（以下简称v8）。

v8 是一个javascript解释引擎，跟传统javascript引擎不同，主要有四个特性

快速的属性访问
动态机器码生成
高效的垃圾收集
内联缓存机制

JIT编译(Just-in-time Compile)

以java为例子，java编译器会先将原始代码转换成语法树，语法树编译成虚拟中间语言（字节码），java vm按顺序解释字节码，解析成机器语言。

v8编译流程，编译器将原始代码转换成语法树后，直接解释成机器语言。

传统编译流程

代码段 -> 语法树 -> 中间码 -> 机器语言

v8编译流程

代码段 -> 语法树 -> 机器语言

高效内存管理

采用精确分代垃圾收集技术（Precise Generational GC）

年轻代，是一个较小的连续地址空间，经常进行收集。

年长代，被分成几个空间，不经常收集，先在年轻代里创立对象，没有被收集的对象被移到年长代

可执行的代码空间
存放隐藏类空间
大的对象空间（>8k）
数据对象空间（存放不含指针的对象）
普通对象空间

垃圾收集技术

清除收集
- 只在年轻代使用复制收集算法
- 间隙时间 2ms
全堆非压缩收集
- 对两代使用标记-清除收集算法
- 空闲内存加入空闲列表
- 可能产生碎片
- 间隙时间 50ms
全堆压缩收集
- 对两袋使用标记-压缩收集算法
- 间隙时间 100ms

隐藏类

传统的javascirpt引擎使用哈希表hash table来存取属性和方法，每次存取属性或找方法的时候，就会使用字符串作为寻找对象的哈希键key,搜寻哈希表是一个连续动作，首先通过散列(hashing)值判断数据内的位置，然后判断数组内的键值是否相等，如果不相等，位移到其他数组，方法比较费时。

相反，对于C++和JAVA等，编译的时候，会事先知道存储数据的类型和偏移量。

因此，V8通过隐藏类来简化索引，V8在定义对象的过程中，自动创建隐藏类，通过类的数组索引来查找对象的值。详细过程可以参考

内联缓存机制

当进行隐藏类的行为操作的时候，会被缓存，下一次采用相同的隐藏类行为的时候，能直接命中。

基于Google V8的Hello world

#include <v8.h>
using namespace v8;
int main(int argc, char* argv[]) {
  // Get the default Isolate created at startup.
  Isolate* isolate = Isolate::GetCurrent();
  // Create a stack-allocated handle scope.
  HandleScope handle_scope(isolate);
  // Create a new context.
  Handle<Context> context = Context::New(isolate);
  // Here's how you could create a Persistent handle to the context, if needed.
  Persistent<Context> persistent_context(isolate, context);

  // Enter the created context for compiling and
  // running the hello world script. 
  Context::Scope context_scope(context);
  // Create a string containing the JavaScript source code.
  Handle<String> source = String::New("'Hello' + ', World!'");
  // Compile the source code.
  Handle<Script> script = Script::Compile(source);

  // Run the script to get the result.
  Handle<Value> result = script->Run();

  // The persistent handle needs to be eventually disposed.
  persistent_context.Dispose();
  // Convert the result to an ASCII string and print it.
  String::AsciiValue ascii(result);
  printf("%s\n", *ascii);
  return 0;
}

Isolate

Isolate表示一个独立的v8引擎实例，每个实例维护不同的状态。一个Isolate中的对象不能在其他Isolate中使用。当v8被初始化的时候，一个默认isolate被默认创建。开发者可以通过创建额外的Isolate在多线程环境下并行使用。一个Isolate任意时间只允许一个线程在其中运行，可以使用Locker和Unlocker来进行多个线程对一个Isolate的同步。

Context

V8允许不同的JavaScript代码运行在完全不同的环境下，其运行环境称为Context。不同的Context下拥有自己的全局对象（PersistentHandle），运行代码时必须指定所在的Context。最典型的例子就是Chrome的标签，每个标签都拥有自己的Context。
Context拥有自己的全局代理对象（global proxy object），每个Context下的全局对象都是这个全局代理对象的属性。通过Context::Global ()可以得到这个全局代理对象。新建Context时你可以手动指定它的全局代理对象，这样每个Context都会自动拥有一些全局对象，比如DOM。
Context也是一种scope，通过Context::Enter ()和Context::Exit ()来进入、退出，或者使用类似于HandleScope的Context::Scope来隐式进入。

Handle

V8里使用Handle类型来托管 JavaScript对象，与C++的std::shared_pointer类似，Handle类型间的赋值均是直接传递对象引用，但不同的是，V8使用自己的GC来管理对象生命周期，而不是智能指针常用的引用计数。如果一个v8对象没有任何Handle与之相关联（不再被访问），那么这个对象很快就会被垃圾回收器回收掉。
Handle有两种类型，Local Handle和Persistent Handle，类型分别是Local : Handle和Persistent : Handle，前者和Handle没有区别，生存周期都在scope内。而后者的生命周期脱离scope，你需要手动调用Persistent::Dispose结束其生命周期。也就是说Local Handle相当于在C++在栈上分配对象，而Persistent Handle相当于C++在堆上分配对象。

HandleScope

一个函数中，可以有很多Handle，而HandleScope则相当于用来装Handle（Local）的容器，当HandleScope生命周期结束的时候，Handle也将会被释放，会引起Heap中对象引用的更新。HandleScope是分配在栈上，不能通过New的方式进行创建。对于同一个作用域内可以有多个HandleScope，新的HandleScope将会覆盖上一个HandleScope，并对Local Handle进行管理。