通過(guò)Handle理解V8的代碼設(shè)計(jì)(基于V0.1.5)
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前言:Handle在V8里是一個(gè)非常重要的概念,本文從早期的源碼分析Handle的原理,在分析的過(guò)程中我們還可以看到V8在代碼設(shè)計(jì)上的一些細(xì)節(jié)。
假設(shè)我們有以下代碼
- HandleScope scope;
- Local<String> hello = String::New(參數(shù));
這個(gè)看起來(lái)很簡(jiǎn)單的過(guò)程,其實(shí)在V8的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較復(fù)雜。
HandleScope
我們從創(chuàng)建一個(gè)HandleScope對(duì)象開(kāi)始分析。HandleScope是負(fù)責(zé)管理多個(gè)Handle的對(duì)象,主要是為了方便管理Handle的分配和釋放。
- class HandleScope {
- public:
- HandleScope() : previous_(current_), is_closed_(false) {
- current_.extensions = 0;
- }
- static void** CreateHandle(void* value);
- private:
- class Data {
- public:
- // 分配了一塊內(nèi)存后,又額外分配的塊數(shù)
- int extensions;
- // 下一個(gè)可用的位置
- void** next;
- // 達(dá)到limit執(zhí)行的地址后說(shuō)明當(dāng)前內(nèi)存塊用完了
- void** limit;
- inline void Initialize() {
- extensions = -1;
- next = limit = NULL;
- }
- };
- // 當(dāng)前的HandleScope
- static Data current_;
- // 上一個(gè)HandleScope
- const Data previous_;
- };
- HandleScope::Data HandleScope::current_ = { -1, NULL, NULL };
通過(guò)HandleScope的構(gòu)造函數(shù)我們知道每次定義一個(gè)HandleScope對(duì)象的時(shí)候,previous就會(huì)指向前一個(gè)HandleScope的數(shù)據(jù)(但是current_除了第一次創(chuàng)建HandleScope的時(shí)候更新了(見(jiàn)CreateHandle),后續(xù)似乎沒(méi)有更新?后續(xù)詳細(xì)看一下),從HandleScope的定義中我們知道他的布局如下。
接著我們看HandleScope的CreateHandle方法。
- void** v8::HandleScope::CreateHandle(void* value) {
- // 獲取下一個(gè)可用的地址
- void** result = current_.next;
- // 到達(dá)limit的地址了或者為空(初始化的時(shí)候)則獲取新的內(nèi)存
- if (result == current_.limit) {
- // Block是二維數(shù)組,每個(gè)元素指向一個(gè)可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)組。非空說(shuō)明可能有可用的內(nèi)存空間
- if (!thread_local.Blocks()->is_empty()) {
- // 拿到list中最后一個(gè)元素,得到一個(gè)數(shù)組首地址,然后再獲取他的limit地址,即末地址
- void** limit = &thread_local.Blocks()->last()[i::kHandleBlockSize];
- if (current_.limit != limit) {
- current_.limit = limit;
- // v8里少了這一句,看起來(lái)是需要修改result的值的
- // result = limit - i::kHandleBlockSize;
- }
- }
- }
- // 下一個(gè)可用的地址
- current_.next = result + 1;
- *result = value;
- return result;
- }
我們看到CreateHandle會(huì)首先獲取一片內(nèi)存,然后把入?yún)alue的值保存到該內(nèi)存中。
String::New
了解了HandleScope后,我們繼續(xù)分析String::New。
- Local<String> v8::String::New(const char* data, int length) {
- i::Handle<i::String> result =
- i::Factory::NewStringFromUtf8(i::Vector<const char>(data, length));
- return Utils::ToLocal(result);
- }
我們接著看NewStringFromUtf8。
- Handle<String> Factory::NewStringFromUtf8(Vector<const char> string,PretenureFlag pretenure) {
- CALL_HEAP_FUNCTION(Heap::AllocateStringFromUtf8(string,
- pretenure),
- String);
- }
我們先看一下AllocateStringFromUtf8的實(shí)現(xiàn),然后再看CALL_HEAP_FUNCTION。
- Object* Heap::AllocateStringFromUtf8(Vector<const char> string,PretenureFlag pretenure) {
- return AllocateStringFromAscii(string, pretenure);
- }
- Object* Heap::AllocateStringFromAscii(Vector<const char> string,PretenureFlag pretenure) {
- // 從堆中分配一塊內(nèi)存
- Object* result = AllocateRawAsciiString(string.length(), pretenure);
- // 設(shè)置堆對(duì)象的內(nèi)容
- AsciiString* string_result = AsciiString::cast(result);
- for (int i = 0; i < string.length(); i++) {
- string_result->AsciiStringSet(i, string[i]);
- }
- return result;
- }
我們看到AllocateStringFromUtf8最后返回了一個(gè)堆內(nèi)存地址。接著我們看下CALL_HEAP_FUNCTION這個(gè)宏。
- #define CALL_HEAP_FUNCTION(FUNCTION_CALL, TYPE)
- do {
- Object* __object__ = FUNCTION_CALL;
- return Handle<TYPE>(TYPE::cast(__object__));
- } while (false)
CALL_HEAP_FUNCTION的作用是把函數(shù)FUNCTION_CALL執(zhí)行的結(jié)果轉(zhuǎn)成Handle對(duì)象。我們知道FUNCTION_CALL函數(shù)返回的結(jié)果是一個(gè)堆內(nèi)存指針。接下來(lái)我們看看是如何轉(zhuǎn)成Handle的。這個(gè)Handle不是我們?cè)诖a里使用的Handle。而是V8內(nèi)部使用的Handle(代碼在handles.h),我們看看實(shí)現(xiàn)。
- template<class T>
- class Handle {
- public:
- explicit Handle(T* obj);
- private:
- T** location_;
- };
- template<class T>
- Handle<T>::Handle(T* obj) {
- location_ = reinterpret_cast<T**>(HandleScope::CreateHandle(obj));
- }
我們看到Handle內(nèi)部使用的是T**二級(jí)指針,而我們剛才拿到堆內(nèi)存地址是一級(jí)指針,自然不能直接賦值,而是通過(guò)CreateHandle又處理了一下。HandleScope::CreateHandle我們剛才已經(jīng)分析過(guò)了。執(zhí)行CreateHandle后布局如下。
所以NewStringFromUtf8最后返回了一個(gè)Handle對(duì)象(里面維護(hù)了一個(gè)二級(jí)指針location_),接著V8調(diào)用Utils::ToLocal把他轉(zhuǎn)成外部使用的Handle。接著賦值給Handle hello。這里的Handle是外部使用的Handle。
- Local<v8::String> Utils::ToLocal(v8::internal::Handle<v8::internal::String> obj) {
- return Local<String>(reinterpret_cast<String*>(obj.location()));
- }
首先通過(guò)obj.location()拿到一個(gè)二級(jí)指針。然后轉(zhuǎn)成一個(gè)String *指針。接著構(gòu)造一個(gè)Local對(duì)象。ToLocal是V8代碼的分水嶺,我們看看Local的定義。
- template <class T> class Local : public Handle<T> {
- public:
- template <class S> inline Local(S* that) : Handle<T>(that) { }
- };
直接調(diào)用Handle類的函數(shù)
- template <class T> class Handle {
- explicit Handle(T* val) : val_(val) { }
- private:
- T* val_;
- }
這時(shí)候的結(jié)構(gòu)圖如下
- template <class T> class Handle {
- explicit Handle(T* val) : val_(val) { }
- private:
- T* val_;
- }
所以最后通過(guò)ToLocal返回一個(gè)外部Handle對(duì)象給用戶。當(dāng)執(zhí)行
- Local <String> xxx = Local對(duì)象
時(shí)就會(huì)調(diào)用Local的拷貝函數(shù)。
- template <class S>
- inline Local(Local<S> that)
- // *that即取得他底層對(duì)象的地址
- : Handle<T>(reinterpret_cast<T*>(*that)) {}
我們首先看一下that。Handle類重載了運(yùn)算符。
- template <class T>
- T* Handle<T>::operator*() {
- return val_;
- }
所以reinterpret_cast(that)拿到了Handle底層指針的值并轉(zhuǎn)成String 類型。接著執(zhí)行
- explicit Handle(T* val) : val_(val) { }
整個(gè)過(guò)程下來(lái),其實(shí)就是把被復(fù)制對(duì)象的底層指針復(fù)制過(guò)來(lái)。=
通過(guò)Handle訪問(wèn)一個(gè)函數(shù)
當(dāng)我們使用Handle hello這個(gè)對(duì)象的方法時(shí)是怎樣的,比如hello->Length()。Handle重載了->運(yùn)算符。
- template <class T>
- T* Handle<T>::operator->() {
- return val_;
- }
我們看到執(zhí)行hello->Length()的時(shí)候首先會(huì)拿到一個(gè)String *。然后調(diào)用Length方法。其實(shí)就是調(diào)用String對(duì)象(在v8.h中定義)的Length方法。我們看看Length方法的實(shí)現(xiàn)。
- int String::Length() {
- return Utils::OpenHandle(this)->length();
- }
首先通過(guò)傳入this調(diào)用OpenHandle拿到內(nèi)部Handle。從前面的架構(gòu)圖中我們知道this(即val_和location_指向的值)本質(zhì)上是一個(gè)String **,即二級(jí)指針。
- v8: :internal: :Handle < v8: :internal: :String >
- Utils: :OpenHandle(v8: :String * that) {
- return v8: :internal: :Handle < v8: :internal: :String > (reinterpret_cast < v8: :internal: :String * *>(that));
- }
OpenHandle就是首先把外部的表示轉(zhuǎn)成一個(gè)二級(jí)指針。然后再構(gòu)造一個(gè)內(nèi)部Handle。在內(nèi)部Handle里保存了這個(gè)二級(jí)指針。接著訪問(wèn)這個(gè)Handle對(duì)象的length方法。而Handle重載了->運(yùn)算符。
- INLINE(T* operator ->() const) { return operator*(); }
- template <class T>inline T* Handle<T>::operator*() const {
- return *location_;
- }
我們看到->的操作最終會(huì)被解引用一次變成String *,然后訪問(wèn)函數(shù)length,也就是訪問(wèn)String對(duì)象的length函數(shù)。
后記:從上面的分析中我們不僅看到了Handle的實(shí)現(xiàn)原理,也看到了V8代碼的一些設(shè)計(jì)細(xì)節(jié),V8在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了一類對(duì)象,然后把內(nèi)部對(duì)象轉(zhuǎn)成外部使用的類型后返回給用戶,當(dāng)用戶使用該返回的對(duì)象時(shí),V8又會(huì)轉(zhuǎn)成內(nèi)部的對(duì)象再操作這個(gè)對(duì)象。核心的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是兩個(gè)Handle族的類。因?yàn)樗麄兪蔷S護(hù)了真實(shí)對(duì)象的句柄。其他的一些類,比如String,同樣分為外部和內(nèi)部類,內(nèi)部類是實(shí)現(xiàn)了String的細(xì)節(jié),而外部類只是一個(gè)殼子,他負(fù)責(zé)給用戶暴露API,而不負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié),但用戶操作這些類時(shí),V8會(huì)會(huì)轉(zhuǎn)成內(nèi)部類再進(jìn)行操作。外部類的定義在v8.h中,這是我們使用V8時(shí)需要了解的最好文檔。內(nèi)部類的實(shí)現(xiàn)根據(jù)版本不同而不同,比如早期版本都是在object.h里實(shí)現(xiàn)的,而實(shí)現(xiàn)內(nèi)外部對(duì)象轉(zhuǎn)換的方法在api.c中定義。