通过Handle理解V8的代码设计（基于V0.1.5）
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前言：Handle在V8里是设计一个非常重要的概念，本文从早期的基于源码分析Handle的原理，在分析的通过过程中我们还可以看到V8在代码设计上的一些细节。
假设我们有以下代码
HandleScope scope; Local<String> hello = String::New(参数);这个看起来很简单的理解过程，其实在V8的的代码内部实现起来比较复杂。
HandleScope
我们从创建一个HandleScope对象开始分析。设计HandleScope是基于负责管理多个Handle的对象，主要是通过为了方便管理Handle的分配和释放。
class HandleScope { public: HandleScope() : previous_(current_),理解 is_closed_(false) { current_.extensions = 0; } static void** CreateHandle(void* value); private: class Data { public: // 分配了一块内存后，又额外分配的的代码块数 int extensions; // 下一个可用的位置 void** next; // 达到limit执行的地址后说明当前内存块用完了 void** limit; inline void Initialize() { extensions = -1; next = limit = NULL; } }; // 当前的HandleScope static Data current_; // 上一个HandleScope const Data previous_; }; HandleScope::Data HandleScope::current_ = { -1, NULL, NULL };通过HandleScope的构造函数我们知道每次定义一个HandleScope对象的时候，云服务器提供商previous就会指向前一个HandleScope的设计数据(但是current_除了第一次创建HandleScope的时候更新了(见CreateHandle)，后续似乎没有更新?基于后续详细看一下)，从HandleScope的定义中我们知道他的布局如下。
接着我们看HandleScope的CreateHandle方法。
void** v8::HandleScope::CreateHandle(void* value) { // 获取下一个可用的地址 void** result = current_.next; // 到达limit的地址了或者为空（初始化的时候）则获取新的内存 if (result == current_.limit) { // Block是二维数组，每个元素指向一个可以存储数据的数组。非空说明可能有可用的内存空间 if (!thread_local.Blocks()->is_empty()) { // 拿到list中最后一个元素，得到一个数组首地址，然后再获取他的limit地址，即末地址 void** limit = &thread_local.Blocks()->last()[i::kHandleBlockSize]; if (current_.limit != limit) { current_.limit = limit; // v8里少了这一句，看起来是需要修改result的值的 // result = limit - i::kHandleBlockSize; } } } // 下一个可用的地址 current_.next = result + 1; *result = value; return result; }我们看到CreateHandle会首先获取一片内存，然后把入参value的值保存到该内存中。
String::New
了解了HandleScope后，我们继续分析String::New。香港云服务器
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); }我们接着看NewStringFromUtf8。
Handle<String> Factory::NewStringFromUtf8(Vector<const char> string,PretenureFlag pretenure) { CALL_HEAP_FUNCTION(Heap::AllocateStringFromUtf8(string, pretenure), String); }我们先看一下AllocateStringFromUtf8的实现，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) { // 从堆中分配一块内存 Object* result = AllocateRawAsciiString(string.length(), pretenure); // 设置堆对象的内容 AsciiString* string_result = AsciiString::cast(result); for (int i = 0; i < string.length(); i++) { string_result->AsciiStringSet(i, string[i]); } return result; }我们看到AllocateStringFromUtf8最后返回了一个堆内存地址。接着我们看下CALL_HEAP_FUNCTION这个宏。
#define CALL_HEAP_FUNCTION(FUNCTION_CALL, TYPE) do { Object* __object__ = FUNCTION_CALL; return Handle<TYPE>(TYPE::cast(__object__)); } while (false)CALL_HEAP_FUNCTION的作用是把函数FUNCTION_CALL执行的结果转成Handle对象。我们知道FUNCTION_CALL函数返回的结果是一个堆内存指针。接下来我们看看是如何转成Handle的。这个Handle不是我们在代码里使用的Handle。而是V8内部使用的Handle(代码在handles.h)，我们看看实现。
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)); }我们看到Handle内部使用的是T**二级指针，而我们刚才拿到堆内存地址是一级指针，自然不能直接赋值，而是通过CreateHandle又处理了一下。HandleScope::CreateHandle我们刚才已经分析过了。亿华云执行CreateHandle后布局如下。
所以NewStringFromUtf8最后返回了一个Handle对象(里面维护了一个二级指针location_)，接着V8调用Utils::ToLocal把他转成外部使用的Handle。接着赋值给Handle hello。这里的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())); }首先通过obj.location()拿到一个二级指针。然后转成一个String *指针。接着构造一个Local对象。ToLocal是V8代码的分水岭，我们看看Local的定义。
template <class T> class Local : public Handle<T> { public: template <class S> inline Local(S* that) : Handle<T>(that) { } };直接调用Handle类的函数
template <class T> class Handle { explicit Handle(T* val) : val_(val) { } private: T* val_; }这时候的结构图如下
template <class T> class Handle { explicit Handle(T* val) : val_(val) { } private: T* val_; }所以最后通过ToLocal返回一个外部Handle对象给用户。当执行
Local <String> xxx = Local对象时就会调用Local的拷贝函数。
template <class S> inline Local(Local<S> that) // *that即取得他底层对象的地址 : Handle<T>(reinterpret_cast<T*>(*that)) { }我们首先看一下that。Handle类重载了运算符。
template <class T> T* Handle<T>::operator*() { return val_; }所以reinterpret_cast(that)拿到了Handle底层指针的值并转成String 类型。接着执行
explicit Handle(T* val) : val_(val) { }整个过程下来，其实就是把被复制对象的底层指针复制过来。=
通过Handle访问一个函数
当我们使用Handle hello这个对象的方法时是怎样的，比如hello->Length()。Handle重载了->运算符。
template <class T> T* Handle<T>::operator->() { return val_; }我们看到执行hello->Length()的时候首先会拿到一个String *。然后调用Length方法。其实就是调用String对象(在v8.h中定义)的Length方法。我们看看Length方法的实现。
int String::Length() { return Utils::OpenHandle(this)->length(); }首先通过传入this调用OpenHandle拿到内部Handle。从前面的架构图中我们知道this(即val_和location_指向的值)本质上是一个String **，即二级指针。
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转成一个二级指针。然后再构造一个内部Handle。在内部Handle里保存了这个二级指针。接着访问这个Handle对象的length方法。而Handle重载了->运算符。
INLINE(T* operator ->() const) { return operator*(); } template <class T>inline T* Handle<T>::operator*() const { return *location_; }我们看到->的操作最终会被解引用一次变成String *，然后访问函数length，也就是访问String对象的length函数。
后记：从上面的分析中我们不仅看到了Handle的实现原理，也看到了V8代码的一些设计细节，V8在内部实现了一类对象，然后把内部对象转成外部使用的类型后返回给用户，当用户使用该返回的对象时，V8又会转成内部的对象再操作这个对象。核心的数据结构是两个Handle族的类。因为他们是维护了真实对象的句柄。其他的一些类，比如String，同样分为外部和内部类，内部类是实现了String的细节，而外部类只是一个壳子，他负责给用户暴露API，而不负责实现细节，但用户操作这些类时，V8会会转成内部类再进行操作。外部类的定义在v8.h中，这是我们使用V8时需要了解的最好文档。内部类的实现根据版本不同而不同，比如早期版本都是在object.h里实现的，而实现内外部对象转换的方法在api.c中定义。
