자바스크립트 엔진

[devSoyoung]

https://meetup.toast.com/posts/77 글 요약 정리 (2016년 작성된 글이라 이후에 어느정도 변화는 있었을 것이라 생각..)

JITC (Just-in-time Compilation)

1. 소스코드를 파싱
2. 중간 언어(IR, intermediate representation)인 bytecode 형태로 변환
3. JIT 모드 - 생성된 bytecode를 기반으로 native code로 컴파일해서 수행 interpreter 모드 - bytecode를 하나씩 읽으며 동작

왜 JS 엔진은 JITC 방식을 쓰나

• JIT는 컴파일 과정이 수행 중에 발생하기 때문에 오버헤드가 되는 단점이 있음 코드 전체를 훑어 최적화 하는 방식을 적용할 수 없고 최소한의 최적화만 적용해서 native code를 생성함

• 이런 단점에도 불구하고 JITC 방식을 쓰는 이유는 interpreter로 수행하는 것보다 native code의 수행 성능이 훨씬 좋기 때문

JS는 JITC보다 인터프리터가 낫다?

• 자바스크립트는 매우 동적인 언어

  • 변수 타입이 수행 도중에 달라질 수 있음
  • class 대신 object로 상속하는 prototype-based 방식

자바스크립트 JITC는 모든 예외적인 케이스를 다 고려해 코드를 생성해야 함 → 예외 케이스를 고려하다 보면 많은 양의 native code가 생성됨\

데이터형의 변화로 인한 예외 케이스가 발생하게 되면 slow case로 건너뜀

• slow case : native code로 표현하면 양이 많아지는 동작을 native code로 뽑아내는 대신 미리 엔진 내부에 C로 구현된 함수를 호출해 동작을 수행하는 경우

  이 helper 함수는 interpreter 모드로 수행할 때와 똑같은 코드를 사용하게 됨 → JIT Compiler로 native code를 수행하는 이점이 사라지는 지점 (+ 컴파일 오버헤드를 더하면 그냥 손해보는 것..)

• 자바스크립트 코드는 일반적으로 자주 반복되어 수행되는 구간(hotspot) 이 적음 사용자 입력에 반응하거나 웹 페이지 레이아웃을 건드리는 일이 일반적이기 때문

  = native code를 수행하는 시간에 비해 만드는(컴파일) 시간이 상대적으로 커짐

• 결론 : hotspot이 별로 없는 자바스크립트는 interpreter로 수행하는 것이 나음 하지만 최근에는 단순 이벤트 처리 용도 → 비즈니스 로직에 활용으로 점점 compute-intensive한 프로그램을 구현하는데 활용되고 있어 JITC를 버릴 수 없음

Adaptive JIT Compilation

• 위 문제를 해결하기 위해서 엔진 대부분이 adaptive compilation 방식을 채택

• adaptive compilation : 모든 코드를 일괄적으로 같은 수준의 최적화를 적용하는 것이 아니라 반복 수행되는 정도에 따라 유동적으로(adaptive) 서로 다른 최적화 수준 적용

  모든 코드를 기본적으로 interpreter로 수행하고, 자주 반복되는 부분(hotspot)을 발견하면 그 부분은 JITC 적용해서 native code 실행

• 최근에는 반복 정도에 따라서 최적화 수준이 다른 JITC 적용

  사용되는 변수 타입과 값을 profile 해두었다가 Optimizing JIT(최적화 수준 더 높은)을 적용 시 이 정보를 이용해 예전 JITC에서 사용한 예외처리 루틴을 생략한 효율적 코드를 생성

  여기에서 다음 반복 시 변수 유형이 바뀌어버리면 Optimizing JIT으로 생성한 코드가 더 이상 유효하지 않기 때문에 이전에 생성한 코드로 돌아가야 함 (완전 무쓸모되고 코드 생성하는데 든 비용만 날림..)

• 따라서 중요한 것 : 변수 타입을 함부로 막 바꾸면 안조타.. 동적인 변화가 자주 일어나면 효율성이 떨어진다..

실제로 JavaScript 엔진에서 수행하는 많은 최적화들 (hidden class, inline caching 등)은 이러한 방식으로 최적화를 많이 수행하는데, 변수의 타입이나 object property가 바뀌는 등 동적인 상황이 발생할 수 있지만, 실제로는 동적인 변화가 자주 일어나지 않을 것이라고 가정합니다. 따라서 동적인 변화가 발생했을 때 페널티는 크더라도, 변화하지 않았을 때 큰 성능 이득을 볼 수 있는 최적화들을 적용합니다. 이런 대표적인 최적화로 대부분의 JavaScript JITC에서 사용하고 있는 hidden class나 inline caching을 들 수 있는데, 실제로 이러한 최적화가 엄청난 효과가 있습니다.

마음에 새기자

• JavaScript 엔진을 연구하는 사람들은 그 놈의 dynamic typing 때문에 많은 고생을 합니다.
• 만약 성능이 좋은 JavaScript 코드를 만들고 싶다면, JavaScript 코드를 작성할 때 마치 C나 Java처럼 static typing 언어라고 생각하세요.
• 특히 array가 중요한데, 하나의 array에는 하나의 type만 넣어주는 것이 최고입니다!