모던 자바스크립트 Deep Dive - 23장 실행 컨텍스트

실행 컨텍스트는 자바스크립트의 동작 원리를 담고 있는 핵심 개념입니다. 실행 컨텍스트를 바르게 이해하면 자바스크립트의 여러 동작 방식을 이해할 수 있습니다.

📚 소스코드의 타입

ECMAScript 사양은 소스코드를 4가지 타입으로 구분하고, 실행 컨텍스트를 생성합니다.

• 전역 코드: 전역에 존재하는 소스코드(전역에 정의된 함수, 클래스 등의 내부는 포함 x) 전역 스코프 생성, 전역 실행 컨텍스트가 생성된다.
• 함수 코드: 함수 내부에 존재하는 소스코드(중첩 함수, 클래스 등의 내부는 포함 x)지역 스코프생성, 함수 실행컨텍스트가 생성된다.
• eval 코드: 빌트인 전역 함수인 eval 함수에 인수로 전달되어 실행되는 코드, strict mode에서 독자적인 스코프 생성, eval 실행 컨텍스트가 생성된다.
• 모듈 코드: 모듈 내부에 존재하는 소스코드(모듈 내부 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함 x) 모듈별로 독립적인 모듈 스코프 생성, 모듈 실행컨텍스트가 생성된다.

📚 소스코드의 평가와 실행

자바스크립트 엔진은 소스코드를 소스코드의 평가, 실행 2개의 과정으로 나누어 처리합니다.

소스코드 평가 과정에서 실행 컨텍스트를 생성하고 변수, 함수 등의 선언문만 먼저 실행하여 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프(렉시컬 환경의 환경 레코드)에 등록합니다.

평가 과정이 끝나면 런타임이 시작됩니다. 이때 소스코드 실행에 필요한 정보는 스코프에서 검색해서 취득합니다. 변수 값의 변경 등 실행 결과는 다시 스코프에 등록됩니다.

📚 실행 컨텍스트의 역할

코드가 실행되려면 다음과 같이 스코프, 식별자, 코드 실행 순서 등의 관리가 필요합니다.

1. 선언에 의해 생성된 모든 식별자(변수, 함수, 클래스 등)를 스코프를 구분하여 등록하고 상태 변화를 지속적으로 관리할 수 있어야 한다.
2. 스코프 체인을 통해 상위 스코프로 이동하며 식별자를 검색할 수 있어야 한다.
3. 현재 실행 중인 코드의 실행 순서를 변경할 수 있어야 하며 다시 되돌아갈 수도 있어야 한다.

실행 컨텍스트는 이 모든 것을 관리합니다. 다시 말해 소스코드를 실행하는데 필요한 환경을 제공하고 코드의 실행 결과를 실제로 관리하는 영역입니다.

식별자와 스코프는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경으로 관리하고,
코드 실행 순서는 실행 컨텍스트 스택으로 관리합니다.

📚 실행 컨텍스트 스택

아래 예제의 코드가 실행될 때 생성된 실행 컨텍스트는 스택 자료구조로 관리됩니다. 이를 실행 컨텍스트 스택이라고 부릅니다.

//nothing
const x = 1; // 전역 실행 컨텍스트

funtion foo () { // 전역 실행 컨텍스트 + foo함수 실행 컨텍스트
  const y = 2;
  
  function bar() {
    // 전역 실행 컨텍스트 + foo함수 실행 컨텍스트 + bar함수 실행 컨텍스트
    const z = 3;
    console.log(x + y + z);
  }
  bar();//전역 실행 컨텍스트 + foo함수 실행 컨텍스트 
}

foo() // 6 전역 실행 컨텍스트 

//nothing

위 코드와 같이 코드가 실행되는 시간의 흐름에 따라 실행 컨텍스트 스택에는 실행 컨텍스트가 추가되고 제거됩니다.

이처럼 실행 컨텍스트 스택은 코드의 실행 순서를 관리합니다. 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트는 언제나 현재 실행중인 코드의 실행 컨텍스트입니다.

📚 렉시컬 환경

렉시컬 환경은 식별자와 식별자에 바인딩된 값, 상위 스코프에 대한 참조를 기록하는 자료구조로 실행 컨텍스트를 구성하는 컴포넌트입니다.
렉시컬 환경은 스코프와 식별자를 관리합니다.

실행 컨텍스트는 LexicalEnvironment 컴포넌트와 VariableEnvironment 컴포넌트로 구성됩니다.

하지만 이어지는 설명에서는 strict mode와 eval 코드, try/catch문과 같은 특수한 상황은 제외하고, LexicalEnvironment 컴포넌트와 VariableEnvironment 컴포넌트도 구분하지 않고 렉시컬 환경으로 통일해 설명한 내용입니다.

렉시컬 환경은 다음과 같이 두 개의 컴포넌트로 구성됩니다.

• 환경 레코드: 스코프에 포함된 식별자를 등록하고 바인딩된 값을 관리, 소스코드의 타입에 따라 관리하는 내용에 차이가 있다.
• 외부 렉시컬 환경에 대한 참조: 해당 내용은 상위 스코프를 가리킨다. 단방향 링크드 리스트인 스코프 체인을 구현한다.

📚 실행 컨텍스트의 생성과 식별자 검색 과정

다음 예제의 실행 컨텍스트 생성, 코드 실행 결과 관리, 어떻게 실행 컨텍스트를 통해 식별자를 검색하는지 과정을 살펴보겠습니다.

var x = 1;
const y = 2;

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

foo(20); // 42

1. 전역 객체 생성

전역 객체는 전역 코드가 평가되기 이전에 생성됩니다.

2. 전역 코드 평가

소스코드가 로드되면 자바스크립트 엔진은 전역 코드를 평가합니다. 전역 코드 평가는 다음과 같은 순서로 진행됩니다.

---

• 전역 실행 컨텍스트 생성
• 전역 렉시컬 환경 생성
  • 전역 환경 레코드 생성
    • 객체 환경 레코드 생성
    • 선역적 환경 레코드 생성
  • this 바인딩
  • 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

---

1) 전역 실행 컨텍스트 생성

비어 있는 전역 실행 컨텍스트를 생성하여 싱행 컨텍스트 스택에 푸시합니다. 이때 전역 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택의 최상위가 됩니다.

2) 전역 렉시컬 환경 생성

전역 렉시컬 환경을 생성하고 전역 실행 컨텍스트에 바인딩합니다.

2-1) 전역 환경 레코드 생성:

전역 렉시컬 환경을 구성하는 컴포넌트인 전역 환경 레코드는 전역 변수를 관리하는 전역 스코프, 전역 객체의 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체를 제공합니다.
전역 환경 레코드는 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드로 구성되어 있습니다.

2-1-1)객체 환경 레코드 생성
위 예제 코드의 전역 변수 x와 전역 함수 foo는 객체 환경 레코드를 통해 객체 환경 레코드의 BindingObject에 바인딩되어 있는 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 됩니다.

2-1-2)선언적 환경 레코드 생성
var 키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의한 전역 함수 이외의 선언, 즉 let, const 키워드로 선언한 전역 변수는 선언적 환경 레코드에 등록되고 관리됩니다.
따라서 위 예제 코드의 전역 변수 y는 전역 객체의 프로퍼티가 되지 않습니다.

2-2) this 바인딩

전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩됩니다. 참고로 전역 환경 레코드를 구성하는 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드에는 this 바인딩이 없습니다. 전역 환경 레코드와 함수 환경 레코드에만 존재합니다.

2-3) 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 현재 평가 중인 소스코드를 포함하는 외부 소스코드의 렉시컬 환경 즉 상위 스코프를 가리킵니다.

3) 전역 코드 실행

전역 코드가 순차적으로 실행되기 시작해 변수 할당문이 실행되어 전역 변수 x, y에 값이 할당됩니다. 그리고 foo 함수가 호출됩니다.
식별자는 스코프가 다르면 같은 이름을 가질 수 있습니다. 따라서 어느 스코프의 식별자를 참조하면 되는지 결정할 필요가 있는데 이를 식별자 결정이라 합니다.
식별자를 결정을 위해 식별자 검색할 때는 실행 중인 실행 컨텍스트에서 검색하기 시작합니다. 선언된 식별자는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경 레코드에 등록되어 있습니다.

4) foo 함수 코드 평가

foo 함수가 호출되면 전역 코드의 실행을 일시 중단하고 foo 함수 내부로 코드 제어권이 이동합니다. 그리고 함수 코드를 평가하기 시작합니다.
함수 코드 평가는 아래 순서로 진행됩니다.

• 함수 실행 컨텍스트 생성: 실행중인 실행 컨텍스트가 된다.
• 함수 렉시컬 환경 생성
  • 함수 환경 레코드 생성: 매개변수, argument 객체, 함수 내부에서 선언한 지역 변수와 중첩 함수를 등록하고 관리한다.
  • this 바인딩: [[ThisValue]]내부 슬롯에 this가 바인딩된다.
  • 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정: 전역 렉시컬 환경의 참조가 할당된다.

5) foo 함수 코드 실행

런타임이 시작되어 foo 함수의 소스코드가 순차적으로 실행됩니다. 매개변수에 인수가 할당되고, 변수 할당문이 실행되어 지역 변수 x, y에 값이 할당됩니다. 그리고 함수 bar가 호출됩니다.

6) bar 함수 코드 평가

bar 함수가 호출되면 bar 함수 내부로 코드의 제어권이 이동합니다. 그리고 bar 함수 코드를 평가하기 시작합니다.

7) bar 함수 코드 실행

런타임이 시작되어 bar 함수의 소스코드가 순차적으로 실행되기 시작합니다. 매개변수에 인수가 할당되고, 변수 할당문이 실행되어 지역 변수 z에 값이 할당됩니다. 그리고 console.log(a + b + x + y + z); 가 실행됩니다.

8) bar 함수 코드 실행 종료

더 이상 실행할 코드가 없으면 bar 함수 코드의 실행이 종료됩니다. 이때 실행 컨텍스트 스택에서 bar 함수 실행 컨텍스트가 팝되어 제거되고 foo 실행 컨텍스트가 실행중인 실행 컨텍스트가 됩니다. bar 함수 실행 컨텍스트가 소멸되었다 하더라도 만약 bar 함수 렉시컬 환경을 누군가 참조하고 있다면 bar 함수 렉시컬 환경은 소멸하지 않습니다.

9) foo 함수 코드 실행 종료

더 이상 실행할 코드가 없으면 foo 함수 코드의 실행이 종료됩니다. 실행 컨텍스트 스택에서 foo 함수 실행 컨텍스트가 팝되어 제거되고 전역 실행 컨텍스트가 실행 컨텍스트가 됩니다.

10) 전역 코드 실행 종료

더는 실행할 전역 코드가 없으면 전역 코드의 실행이 종료되고 전역 실행 컨텍스트도 실행 컨텍스트 스택에서 팝되어 실행 컨텍스트 스택에는 아무것도 남아있지 않게 됩니다.