Как работает JavaScript

Ранее JavaScript предназначался для использования в веб-браузерах, однако ситуация изменилась с развитием Node. Мы знаем, как, где и когда его использовать. Но известно ли, что происходит за этими сценариями?

Даже если вы знаете это, то все равно сможете извлечь полезную информацию из данной статьи.

JavaScript — это высокоуровневый ЯП, а компьютер понимает только единицы и нули. Каким образом компьютер понимает написанный код? В этой статье мы рассмотрим ответ на один единственный вопрос: как работает JavaScript?

Движок JavaScript

Это главный герой, который отвечает за понимание компьютером JS-кода. Движок JavaScript принимает код и преобразует его в машиночитаемый язык. Он выполняет работу переводчика, преобразующего JS-код на понятный компьютеру язык. Как и JS, каждый ЯП также обладает движком, делающий написанный код понятным для компьютера.

У JavaScript есть множество различных движков, доступных для использования. На этой странице Википедии можно найти их список. Они также называются движками ECMAScript (подробнее об этом ниже).

Попробуем заглянуть внутрь движка, чтобы узнать, как преобразуются файлы JavaScript.

Что скрывает движок JavaScript

Движок — это язык, который разбивает код и переводит его. А V8 — это один из самых популярных движков JavaScript, который используется в Chrome и NodeJS и написан на низкоуровневом языке C++. Написать движок может кто угодно, что может привести к путанице.

Для поддержания контроля за этими механизмами был создан стандарт ECMA, который предоставляет характеристики написания движка и всех функций JavaScript. По этой причине в ECMAScript 6, 7, 8 и т. д. реализованы новые функции JavaScript, а движки обновлены для поддержки этих новых функций. Следовательно, необходимо проверять доступность расширенной функции JS в браузерах во время разработки.

Для примера возьмем движок V8, однако основные концепции остаются неизменными во всех движках.

Теперь рассмотрим с более технической точки зрения.

Так выглядит движок JS изнутри. Вводимый код проходит через следующие стадии:

1. Парсер
2. AST
3. Интерпретатор выдает байт-код
4. Профайлер
5. Компилятор выдает оптимизированный код

Не волнуйтесь, подробности рассмотрим в течение нескольких минут.

Однако для начала разберем важное различие.

Интерпретатор и Компилятор

Есть два способа преобразования кода в машиночитаемый язык. Концепция, о которой мы поговорим, применима не только к JavaScript, но и к большинству ЯП, таких как Python, Java и т. д.

• Интерпретатор читает код построчно и сразу выполняет его.
• Компилятор читает весь код, выполняет оптимизации, а затем производит оптимизированный код.

Рассмотрим на примере.

function add(a, b) return a+b
>for(let i = 0; i < 1000; i++) add(1 + 1)
>

В приведенном выше примере функция add , которая добавляет два числа и возвращает сумму, вызывается 1000 раз.

1. При передаче этого файла интерпретатору, он читает его построчно и сразу выполняет функцию, пока цикл не закончится. Таким образом, он просто переводит код в то, что компьютер понимает на ходу.
2. При передаче этого файла компилятору, он читает всю программу, выполняет анализ действий и производит оптимизированный код на языке, который понимает машина. Это как взять X (JS-файл) и создать Y (оптимизированный код, понятный машине). Если использовать интерпретатор для Y (оптимизированный код), результат будет таким же, как при интерпретации X (JS-код).

На изображении выше показано, что байт-код — это просто промежуточный код, который необходимо интерпретировать для обработки компьютером. Как интерпретатор, так и компилятор, преобразуют исходный код в машинный код, единственное отличие состоит в том, как выполняется это преобразование.

• Интерпретатор построчно преобразует исходный код в эквивалентный машинный код.
• Компилятор сразу преобразует весь исходный код в машинный код.

Плюсы и минусы интерпретатора и компилятора

• Преимущество интерпретатора заключается в немедленном выполнении кода без необходимости компиляции, что может быть полезно для запуска JS-файлов в браузере. Однако процесс замедляется при необходимости преобразования большего количества JS-кода. Вспомните маленький фрагмент кода, в котором функция вызывалась 1000 раз. В этом случае вывод остается прежним, даже если функция add была вызвана 1000 раз. Такие ситуации замедляют работу интерпретатора.
• В таких случаях компилятор может выполнить некоторые оптимизации, заменив цикл одним числом 2 (1 + 1 добавлялось каждый раз), поскольку он остается неизменным для всех 1000 итераций. Окончательный код, который выдает компилятор, оптимизирован и выполняется намного быстрее.

Таким образом, интерпретатор сразу начинает выполнение кода, но не выполняет оптимизацию. Компилятору требуется время для компиляции кода, однако он выдает более оптимизированный код.

Теперь вернемся к основной схеме движка JS.

Итак, зная плюсы и минусы компилятора и интерпретатора, можно использовать преимущества каждого. Здесь и появляется компилятор JIT (Just In Time). Он представляет собой комбинацию интерпретатора и компилятора, и большинство браузеров теперь реализуют эту функцию для повышения эффективности. Движок V8 также использует эту функцию.

В этом процессе:

1. Парсер идентифицирует, анализирует и классифицирует различные части программы. Например, устанавливает, является ли элемент функцией, переменной и т.д. с помощью ключевых слов JavaScript.
2. Затем AST (абстрактные синтаксические деревья) создают древовидную структуру на основе классификации парсера. В AST Explorer можно узнать о том, как строится дерево.
3. Затем дерево передается интерпретатору, который создает байт-код. Как мы узнали ранее, байт-код не является кодом самого низкого уровня, однако его можно интерпретировать. На этой стадии браузер работает с доступным байт-кодом с помощью движка V8, чтобы пользователю не приходилось ждать.
4. В то же время профайлер ищет оптимизации кода, а затем передает входные данные компилятору. Компилятор выдает оптимизированный код, в то время как байт-код временно используется для рендеринга в браузере. Как только компилятор создает оптимизированный код, временный байт-код полностью заменяется новым оптимизированным кодом.
5. Таким образом используются лучшие качества интерпретатора и компилятора. Интерпретатор выполняет код, в то время как профайлер ищет оптимизацию, а компилятор создает оптимизированный код. Затем байт-код заменяется оптимизированным кодом, который является кодом более низкого уровня, таким как машинный код.

Это означает, что производительность будет постепенно улучшаться, не блокируя время выполнения.

Примечание по байт-коду

Как и в случае с машинным кодом, не все компьютеры понимают байт-код. Чтобы интерпретировать его на машиночитаемый язык, необходимо промежуточное ПО, такое как виртуальная машина, или движок (например, Javascript V8). По этой причине браузеры могут выполнять этот байт-код из интерпретатора во время вышеупомянутых 5-ти стадий с помощью движков JavaScript.

В результате возникает следующий вопрос:

Является ли JavaScript интерпретируемым языком?

Да, но не совсем. На ранних этапах JavaScript Брендан Айк создал движок JavaScript ‘SpiderMonkey’. У движка был интерпретатор, который говорил браузеру, что нужно делать. Сейчас есть не только интерпретаторы, но и компиляторы, а код не только интерпретируется, но и компилируется для оптимизации. Технически все зависит от реализации.

• Прототипирование для Vue(Opens in a new browser tab)
• Как не лажать с JavaScript. Часть 1
• JavaScript async/await: что хорошего, в чём опасность и как применять?

Введение в JavaScript

Давайте посмотрим, что такого особенного в JavaScript, чего можно достичь с его помощью и какие другие технологии хорошо с ним работают.

Что такое JavaScript?

Изначально JavaScript был создан, чтобы «сделать веб-страницы живыми». Программы на JavaScript называются скриптами. Они могут встраиваться в HTML и выполняться автоматически при загрузке веб-страницы. Скрипты распространяются и выполняются, как простой текст. Им не нужна специальная подготовка или компиляция для запуска. Это отличает JavaScript от другого языка – Java.

Почему JavaScript?

Когда JavaScript создавался, у него было другое имя – «LiveScript». Однако, язык Java был очень популярен в то время, и было решено, что позиционирование JavaScript как «младшего брата» Java будет полезно. Со временем JavaScript стал полностью независимым языком со своей собственной спецификацией, называющейся ECMAScript, и сейчас не имеет никакого отношения к Java.

• V8 – в Chrome и Opera.
• SpiderMonkey – в Firefox.
• …Ещё есть «Trident» и «Chakra» для разных версий IE, «ChakraCore» для Microsoft Edge, «Nitro» и «SquirrelFish» для Safari и т.д.

Эти названия полезно знать, так как они часто используются в статьях для разработчиков. Мы тоже будем их использовать. Например, если «функциональность X поддерживается V8», тогда «Х», скорее всего, работает в Chrome и Opera.

Как работают движки?

Движки сложны. Но основы понять легко.

1. Движок (встроенный, если это браузер) читает («парсит») текст скрипта.
2. Затем он преобразует («компилирует») скрипт в машинный язык.
3. После этого машинный код запускается и работает достаточно быстро.

Движок применяет оптимизации на каждом этапе. Он даже просматривает скомпилированный скрипт во время его работы, анализируя проходящие через него данные, и применяет оптимизации к машинному коду, полагаясь на полученные знания. В результате скрипты работают очень быстро.

Что может JavaScript в браузере?

Современный JavaScript – это «безопасный» язык программирования. Он не предоставляет низкоуровневый доступ к памяти или процессору, потому что изначально был создан для браузеров, не требующих этого.

Возможности JavaScript сильно зависят от окружения, в котором он работает. Например, Node.JS поддерживает функции чтения/записи произвольных файлов, выполнения сетевых запросов и т.д.

В браузере для JavaScript доступно всё, что связано с манипулированием веб-страницами, взаимодействием с пользователем и веб-сервером.

Например, в браузере JavaScript может:

• Добавлять новый HTML-код на страницу, изменять существующее содержимое, модифицировать стили.
• Реагировать на действия пользователя, щелчки мыши, перемещения указателя, нажатия клавиш.
• Отправлять сетевые запросы на удалённые сервера, скачивать и загружать файлы (технологии AJAX и COMET).
• Получать и устанавливать куки, задавать вопросы посетителю, показывать сообщения.
• Запоминать данные на стороне клиента («local storage»).

Что НЕ может JavaScript в браузере?

Возможности JavaScript в браузере ограничены ради безопасности пользователя. Цель заключается в предотвращении доступа недобросовестной веб-страницы к личной информации или нанесения ущерба данным пользователя.

Примеры таких ограничений включают в себя:

• JavaScript на веб-странице не может читать/записывать произвольные файлы на жёстком диске, копировать их или запускать программы. Он не имеет прямого доступа к системным функциям ОС. Современные браузеры позволяют ему работать с файлами, но с ограниченным доступом, и предоставляют его, только если пользователь выполняет определённые действия, такие как «перетаскивание» файла в окно браузера или его выбор с помощью тега . Существуют способы взаимодействия с камерой/микрофоном и другими устройствами, но они требуют явного разрешения пользователя. Таким образом, страница с поддержкой JavaScript не может незаметно включить веб-камеру, наблюдать за происходящим и отправлять информацию в НАБ.
• Различные окна/вкладки не знают друг о друге. Иногда одно окно, используя JavaScript, открывает другое окно. Но даже в этом случае JavaScript с одной страницы не имеет доступа к другой, если они пришли с разных сайтов (с другого домена, протокола или порта). Это называется «Политика одинакового источника» (Same Origin Policy). Чтобы обойти это ограничение, обе страницы должны согласиться с этим и содержать JavaScript-код, который специальным образом обменивается данными. Это ограничение необходимо, опять же, для безопасности пользователя. Страница https://anysite.com , которую открыл пользователь, не должна иметь доступ к другой вкладке браузера с URL https://gmail.com и воровать информацию оттуда.
• JavaScript может легко взаимодействовать с сервером, с которого пришла текущая страница. Но его способность получать данные с других сайтов/доменов ограничена. Хотя это возможно в принципе, для чего требуется явное согласие (выраженное в заголовках HTTP) с удалённой стороной. Опять же, это ограничение безопасности.

Подобные ограничения не действуют, если JavaScript используется вне браузера, например — на сервере. Современные браузеры предоставляют плагины/расширения, с помощью которых можно запрашивать дополнительные разрешения.

Что делает JavaScript особенным?

Как минимум, три сильные стороны JavaScript:

• Полная интеграция с HTML/CSS.
• Простые вещи делаются просто.
• Поддерживается всеми основными браузерами и включён по умолчанию.

JavaScript – это единственная браузерная технология, сочетающая в себе все эти три вещи.

Вот что делает JavaScript особенным. Вот почему это самый распространённый инструмент для создания интерфейсов в браузере.

Хотя, конечно, JavaScript позволяет делать приложения не только в браузерах, но и на сервере, на мобильных устройствах и т.п.

Языки «над» JavaScript

Синтаксис JavaScript подходит не под все нужды. Разные люди хотят иметь разные возможности.

Это естественно, потому что проекты разные и требования к ним тоже разные.

Так, в последнее время появилось много новых языков, которые транспилируются (конвертируются) в JavaScript, прежде чем запустятся в браузере.

Современные инструменты делают транспиляцию очень быстрой и прозрачной, фактически позволяя разработчикам писать код на другом языке, автоматически преобразуя его в JavaScript «под капотом».

Примеры таких языков:

• CoffeeScript добавляет «синтаксический сахар» для JavaScript. Он вводит более короткий синтаксис, который позволяет писать чистый и лаконичный код. Обычно такое нравится Ruby-программистам.
• TypeScript концентрируется на добавлении «строгой типизации» для упрощения разработки и поддержки больших и сложных систем. Разработан Microsoft.
• Flow тоже добавляет типизацию, но иначе. Разработан Facebook.
• Dart стоит особняком, потому что имеет собственный движок, работающий вне браузера (например, в мобильных приложениях). Первоначально был предложен Google, как замена JavaScript, но на данный момент необходима его транспиляция для запуска так же, как для вышеперечисленных языков.
• Brython транспилирует Python в JavaScript, что позволяет писать приложения на чистом Python без JavaScript.

Есть и другие. Но даже если мы используем один из этих языков, мы должны знать JavaScript, чтобы действительно понимать, что мы делаем.

Резюме

• JavaScript изначально создавался только для браузера, но сейчас используется на многих других платформах.
• Сегодня JavaScript занимает уникальную позицию в качестве самого распространённого языка для браузера, обладающего полной интеграцией с HTML/CSS.
• Многие языки могут быть «транспилированы» в JavaScript для предоставления дополнительных функций. Рекомендуется хотя бы кратко рассмотреть их после освоения JavaScript.

Что такое JavaScript?

JavaScript — это кроссплатформенный, интерпретируемый язык программирования, который используется для создания интерактивных веб-страниц и приложений. Функционал JavaScript может улучшить удобство взаимодействия пользователя с веб-сайтом: от обновления ленты новостей в социальных сетях и до отображения анимации и интерактивных карт. JavaScript был создан в 1995 году Бренданом Эйхом, когда тот еще был инженером в Netscape. JavaScript имеет динамическую слабую типизацию и может использоваться как для разработки на стороне клиента, так и для разработки на стороне сервера.

Исторически веб-страницы были статичными, похожими на страницы в книге. Статическая страница в основном отображала информацию в фиксированном виде и не выполняла всего того, что мы сейчас ожидаем от современного сайта. Язык JavaScript возник как технология на стороне браузера, позволяющая сделать веб-сайты более динамичными. Используя его, браузеры могли реагировать на взаимодействие с пользователем и менять расположение контента на веб-странице.

Примечание: Почему JavaScript? При создании в JavaScript было другое имя — «LiveScript», однако в то время язык Java был очень популярен и было решено, что позиционирование JavaScript как «младшего брата» Java будет полезно. Спустя некоторое время JavaScript стал полностью независимым языком со своей собственной спецификацией ECMAScript, и сейчас не имеет никакого отношения к Java.

Клиентская сторона. Расширения на стороне клиента позволяют приложению размещать элементы на HTML-форме и реагировать на пользовательские события, такие как клики мышкой, пользовательский ввод в форму и навигацию по странице. Среди популярных фреймворков для работы на стороне клиента стоит отметить AngularJS, ReactJS и VueJS.

Серверная сторона. Расширения на стороне сервера позволяют приложению общаться с базой данных, обеспечивать непрерывность информации от одного вызова приложения к другому или выполнять манипуляции с файлами на сервере. В настоящее время Node.js является наиболее популярным инструментом для этой цели.

Как и библиотеки JavaScript, фреймворки JavaScript представляют собой набор предварительно написанных фрагментов кода, которые выполняют различные функции и могут быть использованы повторно. Однако если библиотеки JavaScript — это специализированный инструмент для использования по запросу, то фреймворки JavaScript — это полноценный набор инструментов, который помогает сформировать и организовать любое веб-приложение. Если представить код приложения JavaScript в виде дома, то фреймворк JavaScript — это чертеж, по которому он строится.

JavaScript может быть добавлен в HTML-файл двумя способами:

Внутренний JS: Можно добавить JavaScript-код непосредственно в HTML-файл, написав код внутри тегов , которые могут быть размещены либо внутри тегов , либо внутри тегов в зависимости от требований.

Внешний JS: Можно написать JavaScript-код в отдельном файле с расширением .js, а затем подключить этот файл внутри тегов HTML-файла.

Например, следующий JS-код:

При подготовке материала использовались источники:
https://medium.com/nuances-of-programming/%D0%BA%D0%B0%D0%BA-%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%B0%D0%B5%D1%82-javascript-cdbef3f20a66
https://open-source-peace.github.io/w3schoolsrus/jslearn/intro.html
https://ravesli.com/intro-javascript/