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Mozilla與三星之子――Servo特性解讀

來源：程序員人生發(fā)布時間：2014-09-06 23:31:21 閱讀次數(shù)：2762次

【編者按】Servo是一個實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的網(wǎng)頁瀏覽器排版引擎(類似于Gecko)，由Mozilla聯(lián)合三星進(jìn)行開發(fā)，采用Mozilla新推出的Rust語言編寫。Servo的愿景是盡可能地發(fā)揮多核處理器的“多核”功能，而不是讓它成為硬件商的噱頭，與三星強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合是希望Servo和Rust最終在Android平臺和ARM設(shè)備上開花結(jié)果。

背景介紹

一個Web瀏覽器的宗旨是幫助用戶和程序間建立起友好的溝通橋梁。用戶希望瀏覽器是反應(yīng)迅速的，因而瀏覽器的布局和渲染算法通常是采用底層本機(jī)代碼(Native Code)來實(shí)現(xiàn)的。同時，通過DOM，我們可以使用JavaScript來重構(gòu)整個HTML文檔。因此，使用瀏覽器來呈現(xiàn)頁面時，實(shí)質(zhì)上是使用了一個多語言的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使得低級本機(jī)代碼和高級語言如JavaScript之間可以無縫交流。在Servo項(xiàng)目中，我們會讓這個溝通的藝術(shù)變得更美好，我們有一個新的DOM內(nèi)存管理方法還使用了一些Rust的功能，如：自動生成域遍歷(Auto-generating field traversals)，生命周期檢驗(yàn)(Lifetime checking)，自定義靜態(tài)分析插件(custom static analysis plugins)。

DOM內(nèi)存管理

一個還將使用的DOM一般不會被馬上銷毀，但這通常會引起use-after-free 漏洞。要解決這個問題，很多瀏覽器都使用引用計(jì)數(shù)(reference counting即內(nèi)存回收)來追蹤不同底層DOM對象的指針。當(dāng)用JS獲取一個DOM對象時(如getElementById)，瀏覽器會在JVM中生成一個反射對象來指向一個底層對象。如果JS的垃圾回收器判斷出一個反射對象不再使用，它會銷毀這個對象并相應(yīng)調(diào)減引用計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)為0時，垃圾收集器會釋放引用次數(shù)為0的值所占內(nèi)存。

這個辦法的確能解決use-after-free問題，但如果瀏覽器內(nèi)存占用可以更少，用戶會更滿意的。因此，無用對象的銷毀是越快越好。然而，跨語言的反射對象體系會是一個障礙，出現(xiàn)循環(huán)引用問題。

例如下面代碼的一個C++ Element對象，它有一個Event的引用計(jì)數(shù)指針：

code_snippet_id="460315" snippet_file_name="ptcms_1409277338_0.js">struct Element { RefPtr<Event> mEvent; };

假設(shè)我們在JS中為element對象添加一個事件：

code_snippet_id="460315" snippet_file_name="ptcms_1409277338_1.js">elem.addEventListener('load', function (event) { event.originalTarget = elem; });

代碼執(zhí)行時，event的屬性會回指Element，這就是一個跨語言循環(huán)引用例子。C++的回收器不會銷毀這個循環(huán)，JS的垃圾收集器追蹤不到C++指針，因此引用計(jì)數(shù)無法減為0，這些對象將永遠(yuǎn)不會被銷毀。盡管存在一些解決方法，但是可能會導(dǎo)致其它諸如內(nèi)存泄漏，NULL指針的問題。

有鑒于此，我們在Servo嘗試了新的思路―不再對DOM對象進(jìn)行引用計(jì)數(shù)。取而代之的，我們賦予了JS垃圾回收器全權(quán)來管理這些底層DOM對象。要實(shí)現(xiàn)它，Servo的Rust代碼與SpiderMonkey的垃圾回收器之間需要做一個相當(dāng)繁復(fù)的互動，還好Rust一些炫酷的特性會帶來極大的幫助。

自動生成字段遍歷(Auto-generating field traversals)

Rust中有一個traits(特性)的概念，類似于Haskell語言中的類型類或面向?qū)ο笳Z言中的接口。

例如Collection trait類型：

code_snippet_id="460315" snippet_file_name="ptcms_1409277338_2.js">pub trait Collection { fn len(&self) -> uint; }

這個集合類型描述的是任何元素的類型集合，這里的len方法是用于獲取集合的長度。

還有一個是Endodable trait類型，用于序列化。

code_snippet_id="460315" snippet_file_name="ptcms_1409277338_3.js">pub trait Encodable { fn encode<T: Encoder>(&self, encoder: &mut T); }

任何可序列化的類型都有一個泛型的encode方法。Encodable trait是一個特殊的類型，因?yàn)榫幾g器能自行來實(shí)現(xiàn)它。

我們來看看DOM的Document文檔接口在Servo中的實(shí)現(xiàn)：

code_snippet_id="460315" snippet_file_name="ptcms_1409277338_4.js">#[deriving(Encodable)] pub struct Document { pub node: Node, pub window: JS<Window>, pub is_html_document: bool, ... }

deriving屬性會讓編譯器遞歸地對node，window等字段進(jìn)行encode處理。如果往Document中添加了一個非Endoable的字段，編譯器會報(bào)錯，這就確保了在編譯時進(jìn)行全字段跟蹤。

生存期檢查(Lifetime checking)

在Servo中，需要用Rust來傳遞一個DOM對象指針作為函數(shù)參數(shù)，在本地變量中存儲DOM對象指針等等。這些額外的臨時引用，需要在垃圾回收器中進(jìn)行可到達(dá)分析時，以roots的形式來登記。否則，會引致 use-after-free 問題。為了解決該問題，Rust中引入了編譯時生存期檢查器，它會使編譯器識別并拒絕use-after-free或其它的危險錯誤。

例如：

code_snippet_id="460315" snippet_file_name="ptcms_1409277338_5.js">pub fn root_ref<'a>(&'a self) -> JSRef<'a, T> {

這個語法的意思是：
1. <’a>: “任何值為’a生存期”

2. (&'a self):“一個在’a有效生存期內(nèi)的Root引用”

3. ->JSRef<'a, T>:“返回一個生存期參數(shù)為’a的JSRef”

如果我們嘗試執(zhí)行下面的代碼：

code_snippet_id="460315" snippet_file_name="ptcms_1409277338_6.js">fn bogus_get_window<'a>(&self) -> JSRef<'a, Window> { let window = self.window.root(); window.root_ref() // return the JSRef }

我們會收到這樣的錯誤提示：

code_snippet_id="460315" snippet_file_name="ptcms_1409277338_7.js">document.rs:199:9: 199:15 error: `window` does not live long enough document.rs:199 window.root_ref() ^~~~~~ document.rs:197:57: 200:6 note: reference must be valid for the lifetime 'a as defined on the block at 197:56... document.rs:197 fn bogus_get_window<'a>(&self) -> JSRef<'a, Window> { document.rs:198 let window = self.window.root(); document.rs:199 window.root_ref() document.rs:200 } document.rs:197:57: 200:6 note: ...but borrowed value is only valid for the block at 197:56 document.rs:197 fn bogus_get_window<'a>(&self) -> JSRef<'a, Window> { document.rs:198 let window = self.window.root(); document.rs:199 window.root_ref() document.rs:200 }

有關(guān)該語法中有關(guān)概念的詳細(xì)解釋，請點(diǎn)擊這里進(jìn)行了解。

自定義靜態(tài)分析 (custom static analysis)

Rust的編譯器能夠載入“lint”插件進(jìn)行自定義靜態(tài)分析，從字面來看，”lint”的宗旨是采取低開銷戰(zhàn)略來捕捉常見錯誤。我們希望其與生存期檢查器一起為開發(fā)者帶來更安全可靠的瀏覽器引擎。

寫在最后

Rust語言(最新版本0.11.0)和Servo還處于實(shí)驗(yàn)階段，仍需各方協(xié)力來不斷完善，如果想進(jìn)一步了解Rust或Servo，請嘗試訪問下面的鏈接。