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深入浅出 JavaScriptCore

2017-03-18  本文已影响4677人  知识小集

本文由我们团队的 纠结伦 童鞋撰写。

写在前面

本篇文章是对我一次组内分享的整理，大部分图片都是直接从keynote上截图下来的，本来有很多炫酷动效的，看博客的话就全靠脑补了，多图预警 ：）

概览

一. JavaScriptCore 简介

1.1 JavaScriptCore 和 JavaScriptCore 框架

首先要区分JavaScriptCore 和 JavaScriptCore 框架（同后文中的JSCore）

JavaScriptCore框架 是一个苹果在iOS7引入的框架，该框架让 Objective-C 和 JavaScript 代码直接的交互变得更加的简单方便。

而JavaScriptCore是苹果Safari浏览器的JavaScript引擎，或许你听过Google的V8引擎，在WWDC上苹果演示了最新的Safari，据说JavaScript处理速度已经大大超越了Google的Chrome，这就意味着JavaScriptCore在性能上也不输V8了。

JavaScriptCore框架其实就是基于webkit中以C/C++实现的JavaScriptCore的一个包装，在旧版本iOS开发中，很多开发者也会自行将webkit的库引入项目编译使用。现在iOS7把它当成了标准库。

JavaScriptCore框架在OS X平台上很早就存在的，不过接口都是纯C语言的，而在之前的iOS平台（iOS7之前），苹果没有开放该框架，所以不少需要在iOS app中处理JavaScript的都得自己从开源的WebKit中编译出JavaScriptCore.a，接口也是纯C语言的。可能是苹果发现越来越多的程序使用了自编译的JavaScriptCore，干脆做个顺水人情将JavaScriptCore框架开放了，同时还提供了Objective-C的封装接口。

本篇文章将要讨论的就是基于Objective-C封装的JavaScriptCore框架，也就是我们开发iOS app时使用的JavaScriptCore框架。

1.2 JavaScriptCore API Goals

苹果基于 Objective-C 封装的 JavaScriptCore 接口有3个目标：


JavaScriptCore API Goals

二. Objective-C 与 JavaScript 交互

先看个小demo，很简单的几行代码，首先，我们引入了JavaScriptCore框架，然后创建了一个叫JSContext的类的对象，再然后用这个JSContext执行了一个段JS代码2 + 2，这里的JS代码是以字符串的形式传入的，执行后得到一个JSValue类型的值，最后，将这个JSVlaue类型的值转换成整型并输出。

输出结果如下，这样我们就用OC调用了一段JS代码，很简单对吧：）


这个 demo 里面出现了2个之前没见过的类，一个叫JSContext，一个叫JSValue，下面我们一个一个说下。

2.1 JSContext

你可以把他想象成这样：

JSContext
2.2 JSValue

Tips: 图中的 λ (lambda) 符号表示匿名函数，闭包的意思，它的大写形式为 ^ ，这就是为什么 OC 中 Block 定义都有一个 ^ 符号。

下面这张图可以更直观的描述出它们之间的关系：


通过下面这些方法来创建一个JSValue对象：



你可以将OC中的类型，转换成JS中的对应的类型（参见前面那个类型对照表），并包装在JSValue中，包括基本类型，Null和undfined。

或者你也可以创建一个新的对象，数组，正则表达式，错误，这几个方法达到的效果就相当于在JS中写 var a = new Array();

也可以将一个OC对象，转成JS中的对象，但是这样转换后的对象中的属性和方法，在JS中是获取不到的，怎样才能让JS中获取的OC对象中的属性和方法，我们后面再说。

2.3 实际使用

再看一个Demo：
首先是一段JS代码，一个简单的递归函数，计算阶乘的：


Demo_JS

然后，如果我们想在OC中调用这个JS中的函数该如何做呢？如下：


Demo_OC
首先，从bundle中加载这段JS代码。

然后，创建一个JSContext，并用他来执行这段JS代码，这句的效果就相当于在一个全局对象中声明了一个叫fatorial的函数，但是没有调用它，只是声明，所以执行完这段JS代码后没有返回值。

再从这个全局对象中获取这个函数，这里我们用到了一种类似字典的下标写法来获取对应的JS函数，就像在一个字典中取这个key对应的value一样简单，实际上，JS中的对象就是以 key : Value 的形式存储属性的，且JS中的object对象类型，对应到OC中就是字典类型，所以这种写法自然且合理。

这种类似字典的下标方式不仅可以取值，也可以存值。不仅可以作用于Context，也可以作用与JSValue，他会用中括号中填的key值去匹配JSValue包含的JS值中有没有对应的属性字段，找到了就返回，没找到就返回undefined。

然后，我们拿到了包装这个阶乘函数的的JSValue对象，在其上调用callWithArguments方法，即可调用该函数，这个方法接收一个数组为参数，这是因为JS中的函数的参数都不是固定的，我们构建了一个数组，并把NSNumber类型的5传了过去，然而JS肯定是不知道什么是NSNumber的，但是别担心，JSCore会帮我们自动转换JS中对应的类型， 这里会把NSNumber类型的5转成JS中number类型的5，然后再去调用这个函数（这就是前面说的API目标中自动化的体现）。

最后，如果函数有返回值，就会将函数返回值返回，如果没有返回值则返回undefined，当然在经过JSCore之后，这些JS中的类型都被包装成了JSValue，最后我们拿到返回的JSValue对象，转成对应的类型并输出。这里结果是120，我就不贴出来了。

三. JavaScript 与 Objective-C 交互

JavaScript 与 Objective-C 交互主要通过2种方式：

简而言之，Block是用来暴露单个方法的，而JSExport 协议可以暴露一个OC对象，下面我们详细说一下这两种方式。

3.1 Block

上面说过，使用Block可以很方便的将OC中的单个方法(即Block)暴露给JS调用，JSCore会自动将这个Block包装成一个JS方法，具体怎么个包装法呢？上Demo:



这就是一段将OC Block暴露给JS的代码，很简单是不是，就像这样，我们用前面提过的这种类似字典的写法把一个OC Bock注入了context中，这个block接收一个NSDictionary类型的参数，并返回了一个NSColor类型的对象（NSColor是APPkit中的类，是在Mac 开发中用的，相当于UIkit中的NSColor）。

这样写的话，会发生什么呢？请看下图


我们有一个JSContext，然后将一个OCBlock注入进去，JSCore会自动在全局对象中(因为是直接在Context上赋值的，context对应于全局对象)创建一个叫makeNSColor的函数，将这个Block包装起来。

然后，在JS中，我们来调用这个暴露过来的block，其实直接调用的是那个封装着Block的MakeNSColor方法。



这里有一个叫colorForWord的JS方法，它接收一个word参数，这个colorMap是一个JS对象，里面按颜色名字保存着一些色值信息，这些色值信息也是一个个的JS对象，这个ColorForWord函数就是通过颜色名字来取得对应的颜色对象。然后这函数里面调用了MakeNSColor方法，并传入从colorMap中根据word字段取出来的颜色对象，注意这个颜色对象是一个JS对象，是一个object类型，但是我们传进来的Block接收的是一个NSDIctionary类型的参数啊，不用担心，这时JSCore会自动帮我们把JS对象类型转成NSDictionary类型，就像前面那个表里写的一样，NSDictionary对应着JS中的Object类型。

现在，我们有一个包装着Block的JS函数makeNSColor，然后又有一个colorForWrod函数来调用它，具体过程就像这样：

图从左边看起，colorForWrod调用makeNSColor，传过去的参数是JS Object类型(从colorMap中取出的颜色对象)，JSCore会将这个传过来的Object参数转换成NSDictionary类型，然后makeNSColor用其去调用内部包装的Block，Block返回一个NSColor(NSObject)类型的返回值，JScore会将其转换成一个wrapper Object(其实也是JS Object类型)，返回给colorForWrod。

如果我们在OC中调用这个colorForWrod函数，会是什么样子呢？如下图：


OC Caller去调用这个colorForWrod函数，因为colorForWrod函数接收的是一个String类型那个参数word，OC Caller传过去的是一个NSString类型的参数，JSCore转换成对应的String类型。然后colorForWrod函数继续向下调用，就像上面说的，知道其拿到返回的wrapper Object，它将wrapper Object返回给调用它的OC Caller，JSCore又会在这时候把wrapper Object转成JSValue类型，最后再OC中通过对JSValue调用对应的转换方法，即可拿到里面包装的值，这里我们调用- toObject方法，最后会得到一个NSColor对象，即从最开始那个暴露给JS的Block中返回的对象。

通过一步一步的分析，我们发现，JavaScriptCore会在JS与OC交界处传递数据时做相应的类型转换，转换规则如前面的OC-JS类型对照表。

3.1.1 使用 Block 的坑

使用Block暴露方法很方便，但是有2个坑需要注意一下：

因为Block会强引用它里面用到的外部变量，如果直接在Block中使用JSValue的话，那么这个JSvalue就会被这个Block强引用，而每个JSValue都是强引用着它所属的那个JSContext的，这是前面说过的，而这个Block又是注入到这个Context中，所以这个Block会被context强引用，这样会造成循环引用，导致内存泄露。不能直接使用JSContext的原因同理。


那怎么办呢，针对第一点，建议把JSValue当做参数传到Block中，而不是直接在Block内部使用，这样Block就不会强引用JSValue了。

针对第二点，可以使用[JSContext currentContext] 方法来获取当前的Context。

3.2 JSExport 协议
3.2.1 介绍

然后是JS和OC交互的第二种方式：JSExport 协议，通过JSExport 协议可以很方便的将OC中的对象暴露给JS使用，且在JS中用起来就和JS对象一样。

3.2.2 使用

举个栗子，我们在Objective-C中有一个MyPoint类，它有两个double类型的属性，x,y，一个实例方法description 和一个类方法 makePointWithX: Y:



如果我们使用JSExport协议把这个类的对象暴露给JS，那么在JS中，我们怎么使用这个暴露过来的JS对象呢？他的属性可以直接调用，就像调用JS对象的属性一样，他的实例方法也可以直接调用，就像调用JS对象中的方法一样，然后他的类方法，也可以直接用某个全局对象直接调用。就像普通的JS一样，但是操作的却是一个OC对象。



实现这些只需要写这样一句话。 
@protocol MyPointExports <JSExport>

声明一个自定义的协议并继承自JSExport协议。然后当你把实现这个自定义协议的对象暴露给JS时，JS就能像使用原生对象一样使用OC对象了，也就是前面说的API目标之高保真。


需要注意的是，OC中的函数声明格式与JS中的不太一样（应该说和大部分语言都不一样。。），OC函数中多个参数是用冒号:声明的，这显然不能直接暴露给JS调用，这不高保真。。

所以需要对带参数的方法名做一些调整，当我们暴露一个带参数的OC方法给JS时，JSCore会用以下两个规则生成一个对应的JS函数：

比如上面的那个类方法，转换之前方法名应该是 makePointWithX:y:，在JS中生成的对应的方法名就会变成 makePointWithXY。

苹果知道这种不一致可能会逼死某些强迫症。。所以加了一个宏JSExportAs来处理这种情况，它的作用是：给JSCore在JS中为OC方法生成的对应方法指定名字。

比如，还是上面这个方法makePointWithX:y:，可以这样写：


这个makePoint就是给JS中方法指定的名字，这样，在JS中就能直接调用makePoint来调用这个OC方法makePointWithX:y:了。

注意：这个宏只对带参数的OC方法有效。

然后，这里有一个JSExport协议使用的 小Demo 有兴趣的可以看看，用起来其实挺简单的。

3.2.3 探究

但是，光会用可不行，这个JSExoprt协议到底做了什么呢？

当你声明一个继承自JSExport的自定义协议时，就是在告诉JSCore，这个自定义协议中声明的属性，实例方法和类方法需要被暴露给JS使用。（不在这个协议中的方法不会被暴露出去。）

当你把实现这个协议的类的对象暴露给JS时，JS中会生成一个对应的JS对象，然后，JSCore会按照这个协议中声明的内容，去遍历实现这个协议的类，把协议中声明的属性，转换成JS 对象中的属性，实质上是转换成getter 和 setter 方法，转换方法和之前说的block类似，创建一个JS方法包装着OC中的方法，然后协议中声明的实例方法，转换成JS对象上的实例方法，类方法转换成JS中某个全局对象上的方法。


那这里说的某个全局对象到底是什么呢？这涉及到JS中的知识：

在传统的基于Class的语言如Java、C++中，继承的本质是扩展一个已有的Class，并生成新的Subclass。但是，JS中是没有class类型的，那JS种怎么实现继承呢，答案就是通过原型对象(Prototype)。

JavaScript对每个创建的对象都会设置一个原型，指向它的原型对象。对象会从其原型对象上继承属性和方法。

当我们用obj.xxx访问一个对象的属性时，JavaScript引擎先在当前对象上查找该属性，如果没有找到，就到其原型对象上找，如果还没有找到，就一直上溯到object.prototype对象，最后，如果还没有找到，就只能返回undefined。

原型对象也是一个对象，他有一个构造函数Constructor，就是用来创建对象的。

假如我们有一个Student构造函数，然后用它创建了一个对象 xiaoming，那么小明这个对象的原型链就是这样的。

  function Student(name) {
    this.name = name;
    this.hello = function () {
        alert('Hello, ' + this.name + '!');
    }
 }

 var xiaoming = new Student('小明');

xiaoming ----> Student.prototype ----> Object.prototype ----> null

再详细一点如下图，xiaohong是Student函数构造的另一个对象，红色箭头是原型链。注意，Student.prototype指向的对象就是xiaoming、xiaohong的原型对象，这个原型对象自己还有个属性constructor，指向Student函数本身。

另外，函数Student恰好有个属性prototype指向xiaoming、xiaohong的原型对象，但是xiaoming、xiaohong这些对象可没有prototype这个属性，不过可以用proto这个非标准用法来查看。

这样我们就认为xiaoming、xiaohong这些对象“继承”自Student。

xiaoming的原型对象上又有一根红色箭头指向Object.prototype，这样我们就说Student“继承”自Object。Object.prototype的原型对象又指向null。

JS原型链
更多关于Prototype和Constructor的知识可以看这里。

不知道有没有觉得，这里的原型对象，有点像OC中的类，而构造函数，则有点像OC中的元类，OC中类方法都是放在元类当中的，所以前面说的某个全局对象就是JS中的构造函数。

这里我画了一张图，用来描述使用JSExport协议暴露对象时，OC和JS中的对应关系：


我们有一个MyPoint类的对象point，当我们用JSExport协议将这个OC对象暴露给JS时，JSCore首先会在JS上下文环境中为该类生成一个对应的原型对象和构造函数，然后JSCore会扫描这个类，把其中在JSExport协议中声明的内容暴露给JS，属性(即getter和setter方法)会被添加到原型对象上，而类方法会被添加到到这个构造函数上，这个放的位置，就正好对应了OC中的类和元类。

然后就像前面那张图一样，原型对象中有一个constructor属性，指向构造函数，构造函数中有一个prototype属性指向原型对象。我们又知道，MyPoint类是继承与NSObject类的，JSCore也会为暴露的类的父类创建原型对象和构造函数，NSObject类的原型对象就是JS中Object类的原型对象。

每一个原型对象都有一个属性叫Prototype，大写的P，他是一个指针，用来表示JS中的继承关系(即原型链)，MyPoint类的原型对象会指向NSObject类的原型对象。而NSObject的原型对象，及Object的原型对象会指向null。最后再用Mypoint类的构造函数和原型对象在JS中去生成一个与OC中point对象对应的JS对象。

这样就在JS中用JS的体系结构构造了与OC中一样的类继承关系。

这就是使用JSExport 协议暴露的OC对象在JS中可以像调用JS对象一样的关键所在。

四. 内存管理

我们都知道，Objective-C 用的是ARC (Automatic Reference Counting)，不能自动解决循环引用问题(retain cycle)，需要程序员手动处理，而JavaScript 用的是GC (准确的说是 Tracing Garbage Collection)，所有的引用都是强引用，但是垃圾回收器会帮我解决循环引用问题，JavaScriptCore 也一样，一般来说，大多数时候不需要我们去手动管理内存。

但是下面2种情况需要注意一下：

如何解决这个问题呢？你可能会想，不能强引用， 那就弱引用呗，就像图上这样，但是这样做也是不行的，因为JSValue没用对象引用他，他就会被释放了。

那怎么办？分析一下，在这里，我们需要一种弱的引用关系，因为强引用会造成循环引用，但是又不能让这个JSValue因无人引用它而被释放。简而言之就是，弱引用但能保持JSValue不被释放。

于是，苹果退出了一种新的引用关系，叫conditional retain，有条件的强引用，通过这种引用就能实现我们前面分析所需要的效果，而JSManagedValue就是苹果用来实现conditional retain的类。

4.1 JSManagedValue


这是JSManagedValue的一般使用步骤：

这样做，就即避免了循环引用，又保证了JSValue不会因为弱引用而被立刻释放。

五. 多线程

说多线程之前得先说下另一个类 JSVirtualMachine, 它为JavaScript的运行提供了底层资源，有自己独立的堆栈以及垃圾回收机制。

JSVirtualMachine还是JSContext的容器，可以包含若干个JSContext，在一个进程中，你可以有多个JSVirtualMachine，里面包含着若干个JSContext，而JSContext中又有若干个JSValue，他们的包含关系如下图：

需要注意的是，你可以在同一个JSVirtualMachine的不同JSContext中，互相传递JSValue，但是不能再不同的JSVirtualMachine中的JSContext之间传递JSValue。



这是因为，每个JSVirtualMachine都有自己独立的堆栈和垃圾回收器，一个JSVirtualMachine的垃圾回收器不知道怎么处理从另一个堆栈传过来的值。

说回多线程，JavaScriptCore提供的API本身就是线程安全的。

你可以在不同的线程中，创建JSValue，用JSContext执行JS语句，但是当一个线程正在执行JS语句时，其他线程想要使用这个正在执行JS语句的JSContext所属的JSVirtualMachine就必须得等待，等待前前一个线程执行完，才能使用这个JSVirtualMachine。

当然，这个强制串行的粒度是JSVirtualMachine，如果你想要在不用线程中并发执行JS代码，可以为不同的线程创建不同JSVirtualMachine。

最后再补充一点，就是关于如何获取 UIWebView 中的 JSContext，由于篇幅问题这里就不赘述了，推荐一篇文章。

参考

Integrating JavaScript into Native Apps
Java​Script​Core API Reference
廖雪峰的JavaScript教程

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