前言
本系列的前十三篇文章，讲解了V8执行Javascript时最基础的工作流程和原理，包括词法分析、语法分析、字节码生成、Builtins方法、ignition执行单元，等等，达到了从零做起，入门学习的目的。
接下来的文章将以问题为导向讲解V8源码，例如：以闭包技术、或垃圾回收（GC）为专题讲解V8中的相关源码。V8代码过于庞大，以问题为导向可以使得学习主题更加明确、效果更好。同时，我争取做到每篇文章是一个独立的知识点，方便大家阅读。
读者可以把想学的内容在文末评论区留言，我汇总后出专题文章。
1 摘要
运行时辅助类（Runtime）在Javascript执行期提供众多辅助功能，如属性访问，新建对象、正则表达式等。上篇文章对“Runtime是什么？怎么用了？”做了详细介绍，本文将重点说明“他是怎么来的？他存储在哪？”，也就是Runtime在V8中的初始化过程，初始化完后的存储位置，以及在BytecodeHandler中的调用细节。
2 Runtime初始过程
Runtime属于V8的基础组件，在创建Isolate时完成初始化，下面是初始化阶段的源码:
1. bool Isolate::Init(ReadOnlyDeserializer* read_only_deserializer,
2. StartupDeserializer* startup_deserializer) {
3. TRACE_ISOLATE(init);
4. const bool create_heap_objects = (read_only_deserializer == nullptr);
5. // We either have both or neither.
6. DCHECK_EQ(create_heap_objects, startup_deserializer == nullptr);
7. base::ElapsedTimer timer;
8. //省略很多...............................
9. handle_scope_implementer_ = new HandleScopeImplementer(this);
10. load_stub_cache_ = new StubCache(this);
11. store_stub_cache_ = new StubCache(this);
12. materialized_object_store_ = new MaterializedObjectStore(this);
13. regexp_stack_ = new RegExpStack();
14. regexp_stack_->isolate_ = this;
15. date_cache_ = new DateCache();
16. heap_profiler_ = new HeapProfiler(heap());
17. interpreter_ = new interpreter::Interpreter(this);
18. compiler_dispatcher_ =
19. new CompilerDispatcher(this, V8::GetCurrentPlatform(), FLAG_stack_size);
20. // Enable logging before setting up the heap
21. logger_->SetUp(this);
22. { // NOLINT
23. ExecutionAccess lock(this);
24. stack_guard()->InitThread(lock);
25. }
26. // SetUp the object heap.
27. DCHECK(!heap_.HasBeenSetUp());
28. heap_.SetUp();
29. ReadOnlyHeap::SetUp(this, read_only_deserializer);
30. heap_.SetUpSpaces();
31. isolate_data_.external_reference_table()->Init(this);
32. //省略很多...................
33. }
上述代码是isolate的初始化入口，行10~20包括了很多重要组件的初始化工作，例如Interpreter、compiler_dispatcher等等，后续文章都会讲到。Runtime的初始化由external负责，代码31行Init()方法中完成相关工作，源码如下:
1. void ExternalReferenceTable::Init(Isolate* isolate) {
2. int index = 0;
3. // kNullAddress is preserved through serialization/deserialization.
4. Add(kNullAddress, &index);
5. AddReferences(isolate, &index);
6. AddBuiltins(&index);
7. AddRuntimeFunctions(&index);
8. AddIsolateAddresses(isolate, &index);
9. AddAccessors(&index);
10. AddStubCache(isolate, &index);
11. AddNativeCodeStatsCounters(isolate, &index);
12. is_initialized_ = static_cast<uint32_t>(true);
13. CHECK_EQ(kSize, index);
14. }
代码4行~11行是由external类负责管理的初始化，这其中包括了我们多次提到的Builtins。AddRuntimeFunctions(&index)是Runtime的初始化函数，代码如下：
1. void ExternalReferenceTable::AddRuntimeFunctions(int* index) {
2. CHECK_EQ(kSpecialReferenceCount + kExternalReferenceCount +
3. kBuiltinsReferenceCount,
4. *index);
5. static constexpr Runtime::FunctionId runtime_functions[] = {
6. #define RUNTIME_ENTRY(name, ...) Runtime::k##name,
7. FOR_EACH_INTRINSIC(RUNTIME_ENTRY)
8. #undef RUNTIME_ENTRY
9. };
10. for (Runtime::FunctionId fId : runtime_functions) {
11. Add(ExternalReference::Create(fId).address(), index);
12. }
13. CHECK_EQ(kSpecialReferenceCount + kExternalReferenceCount +
14. kBuiltinsReferenceCount + kRuntimeReferenceCount,
15. *index);
16. }
它只有一个参数index，在本文所用的V8版本中它的值是430，代表下标，ExternalReferenceTable是表结构，它的核心成员是地址指针数组ref_addr_，index代表它的下标，表示Runtime函数在ExternalReferenceTable成员变量ref_addr_中的位置，本文所用V8中有468个Runtime方法，初始化完成后存储在ref_addr_的430~430+468-1这个区间内。ExternalReferenceTable表结构非常简单，稍后给出。
代码5行定义了Runtime的枚举变量，其中涉及的宏模板请自行展开，图1给出部分枚举变量。代码11行通过for循环添加函数，Create()方法根据Runtime Id创建表项，最终添加到ExternalReferenceTable表中，代码如下：
1. ExternalReference ExternalReference::Create(Runtime::FunctionId id) {
2. return Create(Runtime::FunctionForId(id));
3. }
4. //分隔线........................
5. const Runtime::Function* Runtime::FunctionForId(Runtime::FunctionId id) {
6. return &(kIntrinsicFunctions[static_cast<int>(id)]);
7. }
8. //分隔线.......................
9. ExternalReference ExternalReference::Create(const Runtime::Function* f) {
10. return ExternalReference(
11. Redirect(f->entry, BuiltinCallTypeForResultSize(f->result_size)));
12. }
上述代码是三个函数，依次调用。第一个函数Create(Runtime::FunctionId id)的参数是图1中的枚举值；第二个函数FunctionForId(Runtime::FunctionId id)的返回值是kIntrinsicFunctions类型的数据，该数据是以下几个宏代码的展开结果。
#define FUNCTION_ADDR(f) (reinterpret_cast<v8::internal::Address>(f))
#define F(name, number_of_args, result_size) \
{ \
Runtime::k##name, Runtime::RUNTIME, #name, FUNCTION_ADDR(Runtime_##name), \
number_of_args, result_size \
} \
,
#define I(name, number_of_args, result_size) \
{ \
Runtime::kInline##name, Runtime::INLINE, "_" #name, \
FUNCTION_ADDR(Runtime_##name), number_of_args, result_size \
} \
,
static const Runtime::Function kIntrinsicFunctions[] = {
FOR_EACH_INTRINSIC(F) FOR_EACH_INLINE_INTRINSIC(I)};
#undef I
#undef F
kIntrinsicFunctions数据是什么类型？它是数组，每个成员又是函数名，参数个数，返回值个数组成的另一个数组。上一篇文章中，我定义的MyRuntime方法，格式是：F(MyRuntime,1,1)，正好和这个数据格式对应，下面是kIntrinsicFunctions展开的样例：
kIntrinsicFunctions []={
//.....................
{
Runtime::kDebugPrint, Runtime::RUNTIME, "DebugPrint", (reinterpret_cast<v8::internal::Address>(Runtime_DebugPrint)),
1, 1
},
//.....................
kIntrinsicFunctions是一个二维数组，上述代码展示了其中的一组数据。下面是void ExternalReferenceTable::AddRuntimeFunctions(int* index)方法中11行Add()方法的源码：
void ExternalReferenceTable::Add(Address address, int* index) {
ref_addr_[(*index)++] = address;
}
index每次添加后会增1，ref_addr_是什么呢？它是ExternalReferenceTable的成员变量，地址指针数组，下面是ExternalReferenceTable源码：
1. class ExternalReferenceTable {
2. public:
3. static constexpr int kSpecialReferenceCount = 1;
4. static constexpr int kExternalReferenceCount =
5. ExternalReference::kExternalReferenceCount;
6. static constexpr int kBuiltinsReferenceCount =
7. #define COUNT_C_BUILTIN(...) +1
8. BUILTIN_LIST_C(COUNT_C_BUILTIN);
9. #undef COUNT_C_BUILTIN
10. static constexpr int kRuntimeReferenceCount =
11. Runtime::kNumFunctions -
12. Runtime::kNumInlineFunctions; // Don't count dupe kInline... functions.
13. static constexpr int kIsolateAddressReferenceCount = kIsolateAddressCount;
14. static constexpr int kAccessorReferenceCount =
15. Accessors::kAccessorInfoCount + Accessors::kAccessorSetterCount;
16. static constexpr int kStubCacheReferenceCount = 12;
17. static constexpr int kStatsCountersReferenceCount =
18. #define SC(...) +1
19. STATS_COUNTER_NATIVE_CODE_LIST(SC);
20. #undef SC
21. //..............省略很多............................
22. ExternalReferenceTable() = default;
23. void Init(Isolate* isolate);
24. private:
25. void Add(Address address, int* index);
26. void AddReferences(Isolate* isolate, int* index);
27. void AddBuiltins(int* index);
28. void AddRuntimeFunctions(int* index);
29. void AddIsolateAddresses(Isolate* isolate, int* index);
30. void AddAccessors(int* index);
31. void AddStubCache(Isolate* isolate, int* index);
32. Address GetStatsCounterAddress(StatsCounter* counter);
33. void AddNativeCodeStatsCounters(Isolate* isolate, int* index);
34. STATIC_ASSERT(sizeof(Address) == kEntrySize);
35. Address ref_addr_[kSize];
36. static const char* const ref_name_[kSize];
37. uint32_t is_initialized_ = 0;
38. uint32_t dummy_stats_counter_ = 0;
39. DISALLOW_COPY_AND_ASSIGN(ExternalReferenceTable);
40. };
代码7行给出了Builtin统计时使用的宏模板，代码行25~35说明了ExternalReferenceTable负责初始化和管理哪些数据。初始化后的数据，也就是函数地址，保存在代码35行的ref_addr_数组中，这个数组的类型Address是using Address = uintptr_t;，typedef unsigned __int64 uintptr_t;。
图2中给出了三个关键信息，Add()方法的调用位置，对应的函数调用堆栈，以及展示了部分ref_addr_的内容。
总结，ExternalReferenceTable最重要的成员是ref_addr_，它本质是一个指针数组，Rumtime函数保存在下标430开始的成员中，调用时用下标值索引函数地址。
3 Runtime调用
CallRuntime()或CallRuntimeWithCEntry()负责调用Runtime功能，上篇文章给出了调用样例并做了实验，本文不再赘述。我们以CallRuntime()为例讲解，源码如下：
1. template <class... TArgs>
2. TNode<Object> CallRuntime(Runtime::FunctionId function,
3. SloppyTNode<Object> context, TArgs... args) {
4. return CallRuntimeImpl(function, context,
5. {implicit_cast<SloppyTNode<Object>>(args)...});
6. }
7. //分隔线.........................
8. TNode<Object> CodeAssembler::CallRuntimeImpl(
9. Runtime::FunctionId function, TNode<Object> context,
10. std::initializer_list<TNode<Object>> args) {
11. int result_size = Runtime::FunctionForId(function)->result_size;
12. TNode<Code> centry =
13. HeapConstant(CodeFactory::RuntimeCEntry(isolate(), result_size));
14. return CallRuntimeWithCEntryImpl(function, centry, context, args);
15. }
16. //分隔线.........................
17. TNode<Type> HeapConstant(Handle<Type> object) {
18. return UncheckedCast<Type>(UntypedHeapConstant(object));
19. }
20. //分隔线.........................
21. TNode<Object> CodeAssembler::CallRuntimeWithCEntryImpl(
22. Runtime::FunctionId function, TNode<Code> centry, TNode<Object> context,
23. std::initializer_list<TNode<Object>> args) {
24. constexpr size_t kMaxNumArgs = 6;
25. DCHECK_GE(kMaxNumArgs, args.size());
26. int argc = static_cast<int>(args.size());
27 auto call_descriptor = Linkage::GetRuntimeCallDescriptor(zone(), function, argc, Operator::kNoProperties,
Runtime::MayAllocate(function) ? CallDescriptor::kNoFlags
: CallDescriptor::kNoAllocate);
28. for (auto arg : args) inputs.Add(arg);
29. inputs.Add(ref);
30. inputs.Add(arity);
31. inputs.Add(context);
32. CallPrologue();
33. Node* return_value =
34. raw_assembler()->CallN(call_descriptor, inputs.size(), inputs.data());
35. HandleException(return_value);
36. CallEpilogue();
37. return UncheckedCast<Object>(return_value);
38. }
代码2行，CallRuntime()声明中，可以看到它有三个参数，第一个是FunctionId枚举类型，前面提到过；第二个参数是context，第三参数args是传给Runtime函数的参数列表。CallRuntime()调用CallRuntimeImpl(),在CallRuntimeImpl()内部读取堆中的常量数据（HeapConstant），代码18行，该数据中保存了函数与下标的对应关系，用FunctionId在该表中查到对应的函数地址，代码27行建立调用描述符(参见之前的文章)，最终在代码34行调用Runtime函数。
上述代码是Builtin，不能在C++级别做Debug，无法给出调用堆栈等调试信息。也许你会有疑问：为什么不用上篇文章中提到的RUNTIME_DebugPrint或是自定义Runtime功能做断点？答：我们现在讲的就是Runtime的调用过程，没办法使用Runtime调试自己:(((。
要调试也是有办法的，汇编调试，汇编调试超出了V8的学习范围，不在此讲解了，对此感兴趣的朋友，评论区私信我。
最后，纠正《第十五篇》中的一个错误，我曾写到：“context是传给MyRuntime()的第一个参数，这是格式要求，注意：它不计在参数的数量中! 通过下面的测试代码，对MyRuntime做测试：”。 正确的解释是：context不是MyRuntime()的第一个参数，它是CallRuntime()的第二参数，与MyRuntime()无关。
好了，今天到这里，下次见。
恳请读者批评指正、提出宝贵意见
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