[모던 자바스크립트 Deep Dive] 20. 실행 컨텍스트

소스코드의 타입

ECMAScript 사양은 소스코드를 4가지 타입으로 구분

소스코드의 타입	설명
전역 코드	전역에 존재하는 소스코드 (전역에 정의된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함 X)
함수 코드	함수 내부에 존재하는 소스코드 (함수 내부에 중첩된 함수, 클래스 등의 내부코드는 포함 X)
eval 코드	빌트인 전역 함수인 eval 함수에 인수로 전달되어 실행되는 소스코드
모듈 코드	모듈 내부에 존재하는 소스코드 (모듈 내부의 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함 X)

소스 코드의 타입에 따라 실행 컨텍스트를 생성하는 과정과 관리 내용이 다름

1. 전역 코드

• 전역코드는 전역 함수를 관리하기 위해 최상위 스코프인 전역 스코프를 생성 해야함
• var 키워드로 선언된 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수를 전역 객체의 프로퍼티와 메서드로 바인딩, 참조하기 위해 전역 객체와 연결되어야 함

→ 이를 위해 전역 코드가 평가되면 전역 실행 컨텍스트가 생성됨

 

2. 함수 코드

• 함수 코드는 지역 스코프를 생성하고 지역 변수, 매개변수, arguments 객체를 관리해야함
• 생성한 지역 스코프를 전역 스코프에서 시작하는 스코프 체인의 일원으로 연결해야함

→ 이를 위해 함수 코드가 평가되면 전역 실행 컨텍스트가 생성됨

 

3. eval 코드

• strict mode에서 자신만의 독자적 스코프를 생성 → 이를 위해 eval 코드가 평가되면 eval 실행 컨텍스트 생성

4. 모듈 코드

• 모듈 코드는 모듈별로 독자적인 모듈 스코프 생성 → 이를 위해 모듈 코드가 평가되면 모듈 실행 컨텍스트 생성

 

소스코드의 평가와 실행

자바스크립트 엔진은 소스코드를 2개의 과정 소스코드의 평가 와 소스 코드의 실행 과정으로 나누어 처리

 

소스코드 평가 과정

• 실행 컨텍스트 생성
• 변수, 함수 등의 선언문만 먼저 실행하여 생성된 변수나 함수 식별자를 키로 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프(렉시컬 환경의 환경 레코드)에 등록

소스코드 실행 (소스코드 평가 과정이 끝나면 선언문을 제외한) = 런타임 시작

• 소스코드 실행에 필요한 정보, 변수나 함수의 참조를 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에서 검색해 취득
• 변수 값의 변경 등 소스코드의 실행 결과는 다시 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록

실행 컨텍스트의 역할

// 전역 변수 선언
const x = 1;
const y = 2;

// 함수 정의
function foo(a){
 // 지역 변수 선언
 const x = 10;
 const y = 20;
 
 // 메서드 호출
 console.log(a + x + y); // 130
}

// 함수 호출
foo(100);

// 메서드 호출
console.log(x + y); //3

 

1. 전역 코드 평가 (전역코드 실행을 위한 준비)

• 전역 코드와 함수 선언문 실행
• 생성된 전역 변수와 전역 함수가 실행 컨텍스트가 관리하는 전역 스코프에 등록
• var 키워드로 선언된 저역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수는 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 됨

2. 전역 코드 실행

• 런타임이 시작되어 전역 코드가 순차적으로 실행 
• 전역 변수에 값이 할당되고 함수가 호출
• 함수가 호출되면 순차적으로 실행되던 전역 코드의 실행을 일시 중단하고 코드 실행 순서를 변경하여 함수 내부로 진입

3. 함수 코드 평가 (함수 호출에 의해 코드 실행 순서가 변경되어 함수 내부로 진입)

• 매개변수와 지역 변수 선언문이 먼저 실행
• 생성된 매개변수와 지역 변수가 실행 컨텍스트가 관리하는 지역 스코프에 등록
• 함수 내부에서 지역 변수처럼 사용할 수 있는 arguments 객체가 생성되어 지역 스코프에 등록
• this 바인딩

4. 함수 코드 실행

• 런타임이 시작되어 함수 코드가 순차적으로 실행
• 스코프를 구분하여 스코프 체인을 통해 식별자와 바인딩 된 값을 검색
• 함수 실행이 종료되면 함수 코드 실행 고ㅘ정이 종료되고 함수 호출 이전으로 돌아가 전역 코드 실행을 계속

실행 컨텍스트 : 소스코드를 실행하는 데 필요한 환경을 제공하고 코드의 실행 결과를 실제로 관리하는 영역

= 식별자 (변수, 함수, 클래스 등의 이름)를 등록하고 관리하는 스코프와 코드 실행 순서를 구현한 내부 메커니즘으로 모든 코드는 실행 컨텍스트를 통해 실행, 관리

 

실행 컨텍스트 스택

 

const x = 1;

function foo(){
 const y = 2;
 
 function bar(){
  const z = 3;
  console.log(x + y + z);
 }
 bar();
}

foo(); // 6

실행 컨텍스트 스택 (= call stack): 생성된 실행 컨텍스트는 스택 자료구조로 관리

• 실행 컨텍스트 스택은 코드의 실행 순서 관리
• 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트는 언제나 현재 실행 중인 코드의 실행 컨텍스트
• 실행 중인 실행 컨텍스트 : 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트

1. 전역 코드의 평가와 실행

• 자바스크립트 엔진은 먼저 전역 코드를 평가하여 전역 실행 컨텍스트 생성 → 실행 컨텍스트 스택에 푸시
• 전역 변수 x 와 전역 함수 foo 는 전역 실행 컨텍스트에 등록

2. foo 함수 코드의 평가와 실행

• foo 함수가 호출되면 전역 코드 실행 중단, 코드 제어권이 foo 함수 내부로 이동
• foo 함수 코드를 평가하여 foo함수 실행 컨텍스트 생성 → 실행 컨텍스트 스택에 푸시
• foo 함수의 지역 변수 y 와 중첩함수 bar 가 foo 함수 실행 컨텍스트에 등록
• foo 함수 코드가 실행되기 시작하여 지역변수 y에 값이 할당, 중첩함수 bar 호출

3. bar 함수 코드의 평가와 실행

• foo 함수 코드 실행은 일시중단, 코드 제어권이 bar 함수 내부로 이동
• bar 함수 코드를 평가하여 bar 함수 실행 컨텍스트 생성 → 실행 컨텍스트 스택에 푸시
• bar 함수의 지역변수 z 가 bar 함수 실행 컨텍스트에 등록
• bar 함수 코드가 실행되기 시작하여 지역변수 z 에 값이 할당
• console.log 메서드 호출 후 함수 종료

4. foo 함수 코드로 복귀

• bar 함수가 종료되면 코드 제어권은 다시 foo 함수로 이동
• bar 함수 실행 컨텍스트를 실행 컨텍스트 스택에서 팝하여 제거
• foo 종료

5. 전역 코드로 복귀

• foo 함수가 종료되면 코드 제어권은 다시 전역코드로 이동
• foo 함수 실행 컨텍스트를 실행 컨텍스트 스택에서 팝하여 제거
• 더 이상 실행할 전역 코드가 남아 있지 않으므로 전역 실행 컨텍스트도 실행 컨텍스트 스택에서 팝하여 제거

렉시컬 환경

렉시컬 환경 : 식별자와 식별자에 바인딩된 값, 그리고 상위 스코프에 대한 참조를 기록하는 자료구조로 실행 컨텍스트를 구성하는 컴포넌트

• 실행 컨텍스트 스택 : 코드의 실행 순서 관리 
• 렉시컬 환경 : 스코프와 식별자 관리하는 저장소 역할

렉시컬 환경 컴포넌트 (Lexical Environment = Environment Record + Outer Lexical Environment Reference)

• 환경 레코드 (Environment Record) : 스코프에 포함된 식별자를 등록하고 등록된 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 저장소 (소스코드의 타입에 따라 관리하는 내용에 차이가 있음)
• 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 (Outer Lexical Environment Reference) : 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 상위 스코프를 가리킴. 이 때 상위 스코프란 외부 렉시컬 환경 즉 해당 실행 컨텍스트를 생성한 소스코드를 포함하는 상위 코드의 렉시컬 환경을 말함. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조를 통해 단방향 링크드 리스트인 스코프 체인 구현

 

실행 컨텍스트의 생성과 식별자 검색 과정

var x = 1;
const y = 2;

function foo(a){
 var x = 3;
 const y = 4;
 
 function bar (b){
  const z = 5;
  console.log(a + b + x + y + z);
 }
 bar(10);
}

foo(20); // 42

 

1. 전역 객체 생성

전역 객체에는 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체가 추가되며 동작 환경에 따라 클라이언트 사이드 또는 특정 환경을 위한 호스트 객체 포함

 

2. 전역 코드 평가

1.  전역 실행 컨텍스트 생성

• 비어있는 전역 실행 컨텍스트를 생성하여 실행 컨텍스트 스택에 푸시
• 전역 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택의 최상위, 실행 중인 실행 컨텍스트가 됨

2. 전역 렉시컬 환경 생성

• 전역 렉시컬 환경을 생성하고 전역 실행 컨텍스트에 바인딩

2-1. 전역 환경 레코드 생성

전역 환경 레코드는 전역 렉시컬 환경을 구성 (전역 변수를 관리하는 전역 스코프, 전역 객체의 빌트인 전역 프로퍼티와 빌투인 전역 함수, 표준 빌트인 객체 제공)

 

전역 환경 레코드 (전역 환경 레코드 = 객체 환경 레코드 + 선언적 환경 레코드) 

2.1.1. 객체 환경 레코드 생성

• 객체 환경 레코드는 BindingObject라고 부르는 생성된 전역 객체와 연결됨
• 전역 코드 평가에서 var 키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수는 객체 환경 레코드에 연결된 BindingObject를 통해 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 됨 ( 전역 변수와 전역 함수가 전역 객체의 프로퍼티가 되고 전역 객체 식별자window없이 프로퍼티를 참조(window.alert() → alert())할 수 있는 매커니즘)
• 전역 변수 x와 전역 함수 foo 는 객체 환경 레코드를 통해 객체 환경 레코드의 BindingObject에 바인딩 되어 있는 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 됨
• var 전역 변수 의 경우 BindingObject를 통해 전역 객체에 변수 식별자를 키로 등록하고 암묵적으로 undefined 바인딩
• 함수 선언문의 경우 정의한 함수가 평가되면 함수 이름과 동일한 이름의 식별자를 객체 환경 레코드에 바인딩된 BindingObject를 통해 전역 객체에 키로 등록하고 생성된 함수를 즉시 할당 (변수 호이스팅과 함수 호이스팅의 차이)

2.1.2. 선언적 환경 레코드 생성

• let, const 키워드로 선언한 전역 변수는 선언적 환경 레코드에 등록 및 관리
• const 로 선언한 변수는 선언 단계와 초기화 단계가 분리되어 진행 → 초기화 단계에서 변수 선언문에 도달하기 전까지 : 일시적 사각지대

2.2. this 바인딩

• 전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에 this 바인딩
• 전역 코드에서 this 를 조회하면 전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에 바인딩 되어 있는 객체 반환
• this 바인ㄴ딩은 전역 환경 레코드와 함수 환경 레코드에만 존재

2.3 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

• 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 상위 스코프를 가리킴 → 단방향 링크드 리스트인 스코프 체인 구현
• 전역 렉시컬 환경은 상위 스코프가 없으므로 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 null 할당 = 스코프 체인의 종점

3. 전역 코드 실행

• 식별자 결정 : 동일한 이름의 식별자가 다른 스코프에 여러 개 존재할 수 도 있기 때문에 어느 스코프의 식별자를 참조하면 되는지 결정하는 것
• 현재 스코프에 식별자가 없으면 외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 렉시컬 환경, 상위 스코프로 이동하여 식별자 검색 (스코프 체인)

4. foo 함수 코드 평가

전역 코드의 실행을 일시 중단하고 foo 함수 내부로 코드 제어권 이동 → 함수 코드 평가 시작

1.  함수 실행 컨텍스트 생성

• foo 함수 실행 컨텍스트 생성
• 생성된 실행 컨텍스트는 함수 렉시컬 환경이 완성된 다음 실행 컨텍스트 스택에 푸시
• foo 함수 실행 컨텍스트는 실행 중인 실행 컨텍스트가 됨

2. 함수 렉시컬 환경 생성

• foo 함수 렉시컬 환경을 생성하고 foo 함수 실행 컨텍스트에 바인딩

2.1 함수 환경 레코드 생성

• 매개변수, arguments 객체, 함수 내부에서 선언한 지역 변수와 중첩 함수를 등록하고 관리

2.2. this 바인딩

• 함수 환경 레코드의 [[ThisValue]] 내부 슬롯에 this 바인딩 (바인딩 될 객체는 함수 호출 방식에 따라 달라짐)
• foo 함수는 일반 함수로 this 는 전역객체를 가리킴 = [[ThisValue]] 내부 슬롯에는 전역 객체 바인딩

2.3. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

• 외부 렉시컬 환경 : foo 함수 정의가 평가된 시점에 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조가 할당
• foo 함수는 전역 코드에 정의된 전역 함수 → foo 함수 정의는 전역 코드 평가 시점에 평가 (이 시점의 실행 중인 실행 컨텍스트는 전역 실행 컨텍스트) → 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에는 전역 렉시컬 환경의 참조가 할당
• 자바스크립트 엔진은 함수 정의를 평가하여 함수 객체를 생성할 때 현재 실행중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경, 즉 함수의 상위 스코프를 함수 객체 내부 슬롯[[Environment]]에 저장 = 렉시컬 스코프를 구현하는 매커니즘

5. foo 함수 코드 실행

• 식별자 결정을 위해 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자 검색 시작
• 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검색할 수 없으면 외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 렉시컬 환경으로 이동하여 식별자 검색

6. bar 함수 코드 평가

•  bar 함수 내부로 코드 제어권 이동 → 함수 코드 평가 시작

7. bar 함수 코드 실행

console.log 코드 실행 순서

1. console 식별자 검색

• console 식별자를 스코프 체인에서 검색
• 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경 → 외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 렉시컬 환경으로 이동하며 식별자 검색
• console 식별자는 객체 환경 레코드의 BindingObject를 통해 전역 객체에서 찾을 수 있음

2. log 메서드 검색

• console 식별자에 바인딩 된 객체 console 객체에서 log 메서드 검색 (console 객체의 프로토타입 체인을 통해 메서드 검색)

3. 표현식 평가

• 스코프 체인으로 식별자 검색 (현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 시작하여 외부 렉시컬 환경에 대한 참조로 이어지는 렉시컬 환경의 연속에서 검색)

4. console.log 메서드 호출

• 표현식이 평가되어 생성한 값을 console.log메서드에 전달하여 호출

8. bar 함수 코드 실행 종료

• 실행 컨텍스트 스택에서 bar 함수 실행 컨텍스트가 팝되어 제거 → 렉시컬 환경까지 즉시 소멸되는 것은 아님  = 실행 컨텍스트에 의해 참조되기는 하지만 독립적인 객체로 누군가에 의해 참조되지 않을 때 가비지 컬렉터에 의해 메모리 공간의 확보가 해제되어 소멸)
• foo 함수가 진행 중인 실행 컨텍스트가 됨

9. foo 함수 코드 실행 종료

• 실행 컨텍스트 스택에서 foo 함수 실행 컨텍스트가 팝되어 제거 → 렉시컬 환경까지 즉시 소멸되는 것은 아님  = 실행 컨텍스트에 의해 참조되기는 하지만 독립적인 객체로 누군가에 의해 참조되지 않을 때 가비지 컬렉터에 의해 메모리 공간의 확보가 해제되어 소멸)
• 전역 실행 컨텍스트가 진행 중인 실행 컨텍스트가 됨

10. 전역 코드 실행 종료

 

실행 컨텍스트와 블록 레벨 스코프

 

let x = 1;

if(true){
 let x = 10;
 console.log(x); // 10
}

console.log(x); // 1

 

if 문의 코드 블록을 위한 블록 레벨 스코프 생성  : 선언적 환경 레코드를 갖는 렉시컬 환경을 새롭게 생성 → 기존의 전역 렉시컬 환경 교체