실행 컨텍스트

소스코드의 타입

ECMAScript 사양은 소스코드를 4가지 타입으로 구분합니다. 4가지 타입의 소스코드는 실행 컨텍스트를 생성합니다.

소스코드 타입	설명
전역코드	전역에 존재하는 소스코드를 말합니다. 전역에 정의된 함수와 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않습니다.
함수코드	함수 내부에 존재하는 소스코드를 말합니다. 함수 내부에 중첩된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않습니다.
eval 코드	빌트인 전역 함수인 eval 함수에 인수로 전달되어 실행되는 소스코드를 말합니다.
모듈 코드	모듈 내부에 존재하는 소스코드를 말합니다. 모듈 내부의 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함하지 않습니다.

소스코드를 4가지 타입으로 구분한 이유는 소스코드 타입에 따라 관리하는 내용이 다르고 실행 컨텍스트를 생성하는 과정이 다르기 때문입니다.

1. 전역 코드

전역 코드는 전역 변수를 관리하기 위해 전역 스코프를 생성해야 합니다. 그리고 var 키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의한 전역 함수를 전역 객체의 프로퍼티와 메서드로 바인딩하고 참조하기 위해 전역 객체와 연결되어야 합니다. 이를 위해 전역 코드가 평가되면 전역 실행 컨텍스트가 생성되어야 합니다.

2. 함수 코드

함수 코드는 지역 스코프를 생성하고 지역 변수, 매개변수, arguments 객체를 관리해야 합니다. 그리고 생성한 지역 스코프를 전역 스코프에서 시작하는 스코프 체인의 일원으로 연결해야 합니다. 이를 위해 함수 코드가 평가되면 함수 실행 컨텍스트가 생성되어야 합니드

3. eval 코드

eval 코드는 strict mode에서 자신만의 독립적인 스코프를 생성합니다. 이를 위해 eval 코드가 평가되면 eval 실행 컨텍스트가 생성되어야 합니다.

4. 모듈 코드

모듈 코드는 모듈별로 독립적인 모듈 스코프를 생성해야 합니다. 이를 위해 모듈 코드가 평가되면 모듈 실행 컨텍스트가 생성되어야 합니다,

소스코드 평가와 실행

모든 소스코드는 실행에 앞서 "소스코드 평가 과정"을 거치며 코드를 실행하기 위한 준비를 합니다. 다시 말해, 자바스크립트 엔진은 소스코드를 "소스코드 평가"와 "소스코드 실행"과정으로 나누어 처리합니다.

1. 소스코드 평가 과정에서는 실행 컨텍스트를 생성하고 변수, 함수 등의 선언문을 먼저 실행하여 생성된 변수나 함수의 식별자를 실행 컨텍스트가 관리하는 "렉시컬 환경의 환경 레코드(스코프)"에 등록합니다.

2. 소스코드 평가 과정이 끝나면 선언문을 제외한 소스코드가 순차적으로 실행됩니다. 즉, 런타임이 시작됩니다. 이때 소스코드 실행에 필요한 정보(변수, 함수의 참조)를 실행 컨텍스트가 관라하는 스코프에서 검색하여 취득합니다. 그리고 변수 값의 변경 등 소스코드 실행 결과는 다시 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록이 됩니다.

실행 컨텍스트의 역할

1. 전역 코드 평가

전역 코드를 실행하기에 앞서 먼저 "전역 코드 평가 과정"을 거치며 전역 코드를 실행하기 위한 준비를 합니다.

소스코드 평가 과정에서는 선언문만 먼저 실행합니다. 따라서 전역 코드의 변수 선언문과 함수 선언문이 먼저 실행되어 생성된 전역 변수와 전역 함수가 전역 실행 컨텍스트가 관리하는 전역 스코프에 등록이됩니다. 이때 var 키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수는 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 됩니다.

2. 전역 코드 실행

전역 코드 평가 과정이 끝나면 런타임이 시작되어 전역 코드가 순차적으로 실행됩니다. 이때 전역 변수의 값이 할당되고 함수가 실행이 됩니다. 함수가 호출되면 전역 코드 실행을 일시 중단하고 코드 실행 순서를 변경하여 함수 내부로 진입합니다.

3. 함수 코드 평가

함수 호출에 의해 코드 실행 순서가 변경되어 함수 내부로 진입하게되면 함수 내부 문들을 실행하기에 앞서 함수 코드 평가 과정을 거치며 함수 코드를 실행하기 위한 준비를 합니다.

이때 매개변수와 지역 변수 선언문이 먼저 실행되고, 그결과 생성된 매개변수와 지역 변수가 함수 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록됩니다. 또한 함수 내부에서 지역 변수처럼 사용할 수 있는 arguments 객체가 생성되어 지역 스코프에 등록되고 this 바인딩도 결정됩니다.

4. 함수 코드 실행

함수 코드 평가 과정이 끝아면 런타임이 시작되어 함수 코드가 순차적으로 실행됩니다. 이때 매개변수와 지역 변수의 값이 할당이 됩니다.
그리고 함수의 실행이 종료되면 함수 코드 실행 과정이 종료되고 함수 호출 이전으로 되돌아가 전역 코드 실행을 계속합니다.

이처럼 코드가 실행되려면 스코프를 구분하여 식별자와 식별자에 바인딩된 값이 관리되어야 합니다. 그리고 중첩 관계에 의해 스코프 체인을 형성하여 식별자를 검색할 수 있어야 하고, 전역 객체의 프로퍼티도 전역 변수처럼 검색할 수 있어야 합니다. 또한 함수가 종료되면 함수 호출 이전으로 되돌아가기 위해 현재 실행 중인 코드와 이전에 실행하던 코드를 구분하여 관리할 수 있어야 합니다.

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

1. 선언에 의해 생성된 모든 식별자를 스코프를 구분하여 등록하고 상태 변화를 지속적으로 관리할 수 있어야 합니다.

2. 스코프는 중첩 관계에 의해 스코프 체인을 형성해야합니다. 즉, 스코프 페인을 통해 상위 스코프로 이동하며 식별자를 검색할 수 있어야 합니다.

3. 현재 실행 중인 코드의 실행 순서를 변경할 수 있어야 하며, 다시 되돌아갈 수도 있어야 합니다.

이 모든 것을 관리하는 것이 바로 "실행 컨텍스트"입니다. 실행 컨텍스트는 소스코드를 실행하는 데 있어서 필요한 환경을 제공하고 코드의 실행 결과를 실제로 관리하는 영역입니다.

좀 더 구체적으로 실행 컨텍스트는 식별자를 등록하고 관리하는 스코프와 코드 실행 순서 관리를 구현한 메커니즘으로, 모든 코드는 실행 컨텍스트를 통해 실행되고 관리됩니다.

식별자와 스코프는 실행 컨텍스트의 "렉시컬 환경"으로 관리하고,
코드 실행 순서는 "실행 컨텍스트 스택"으로 관리합니다.

실행 컨텍스트 스택

생성된 실행 컨텍스트는 스택 자료구조로 관리됩니다. 이를 실행 컨텍스트 스택(콜스택)이라고 부릅니다.

실행 컨텍스트 스택은 코드의 실행 순서를 관리합니다. 소스코드가 평가되어 실행 컨텍스트가 생성되면 실행 컨텍스트 스택 최상위에 쌓입니다. 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트는 언제나 현재 실행 중인 코드의 실행 컨텍스트 입니다. 따라서 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트를 "실행 중인 실행 컨텍스트"라고 부릅니다.

렉시컬 환경

렉시컬 환경은 식별자와 식별자에 바인딩된 값, 그리고 상위 스코프에 대한 참조를 기록하는 자료구조로 실행 컨텍스트를 구성하는 컴포넌트입니다. 실행 컨택스트 스택이 코드의 실행 순서를 관리한다면 렉시컬 환경은 스코프와 식별자를 관리합니다.

렉시컬 환경은 키와 값을 갖는 객체 형태의 스코프를 생성하여 식별자를 키로 등록하고 식별자에 바인딩된 값을 관리합니다. 즉, 렉시컬 환경은 스코프를 구분하여 식별자를 등록하고 관리하는 저장소 역할을 하는 "렉시컬 스코프의 실체"다.

렉시컬 환경은 두 개의 컴포넌트로 구성됩니다.

1. 환경 레코드
   : 스코프에 포함된 식별자를 등록하고 등록된 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 저장소입니다. 환경 레코드는 소스코드 타입에 따라 관리하는 내용에 차이가 있습니다.

2. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조
   : 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 상위 스코프를 가리킵니다. 이때 상위 스코프란 외부 렉시컬 환경, 즉 해당 실행 컨텍스트를 생성한 소스코드를 포함하는 상위 코드의 렉시컬 환경을 말합니다. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조를 통해 단방향 링크드 리스트인 스코프 체인을 구현합니다.

실행 컨텍스트 생성과 식별자 검색 과정

전역 객체의 생성

전역 객체는 전역 코드가 평가되기 이전에 생성됩니다. 이때 전역 객체에는 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 그리고 표준 빌트인 객체가 추가되며 호스트 객체를 포함합니다.

전역 코드 평가

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

1. 전역 실행 컨텍스트 생성

2. 전역 렉시컬 환경 생성
	2.1 전역 환경 레코드 생성
		2.1.1 객체 환경 레코드 생성
		2.1.2. 선언적 환경 레코드 생성
  	2.2 this 바인딩
    	2.3 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

1. 전역 실행 컨텍스트 생성

먼저 비어있는 전역 실행 컨텍스트를 생성하여 실행 컨텍스트에 푸시합니다. 이때 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택의 최상위, 즉 실행 중인 실행 컨텍스트가 됩니다.

2. 전역 렉시컬 환경 생성

전역 렉시컬 환경을 생성하고 전역 실행 컨텍스트에 바인딩합니다. 전역 렉시컬 환경은 2개의 컴포넌트, 즉 환경 레코드와 외부 렉시컬 환경에 대한 참조로 구성됩니다.

2.1 전역 환경 레코드 생성

전역 렉시컬 환경을 구성하는 컴포넌트인 전역 환경 레코드는 전역 변수를 관리하는 전역 스코프, 전역 객체의 빌트인 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체를 제공합니다.

ES6의 let, const 키워드로 선언한 전역 변수는 전역 객체의 프로퍼티가 되지 않고 개념적인 블록 내에 존재하게 됩니다.
기존의 var 키워드로 선언한 전역 변수와 ES6의 let, const 키워드로 선언한 전역 변수를 구분하여 관리하기 위해 전역 스코프 역할을 하는 전역 환경 레코드를 "객체 환경 레코드"와 "선언전 환경 레코드"로 구성되어 있습니다.

객체 환경 레코드는 기존의 전역 객체가 관리하던 var 키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의한 전역 함수, 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체를 관리하고
선언적 환경 레코드는 let, const 키워드로 선언한 전역 변수를 관리합니다. 즉, 전역 환경 레코드의 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드는 서로 협력하여 전역 스코프와 전역 객체를 관리합니다.

2.1.1. 객체 환경 레코드 생성

전역 환경 레코드를 구성하는 컴포넌트인 객체 환경 레코드는 BindingObject라고 부르던 객체와 연결됩니다. BindingObject는 전역 객체입니다.

전역 코드 평가 과정에서 var 키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수는 전역 환경 레코드의 객체 환경 레코드에 연결된 BindingObject를 통해 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 됩니다. 그리고 이때 등록된 식별자를 전역 환경 레코드의 객체 환경 레코드에서 검색하면 전역 객체의 프로퍼티를 검색하여 반환합니다.

이것이 var 키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의한 전역 함수가 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 되고 전역 객체를 가리키는 식별자 없이 전역 객체의 프로퍼티를 참조할 수 있는 메커니즘입니다.

전역 코드 평가 시점에 객체 환경 레코드에 바인딩된 BindingObject를 통해 전역 객체에 변수 식별자를 키로 등록한 다음, 암묵적으로 undefined를 바인딩합니다.

따라서 var 키워드로 선언한 변수는 코드 실행 단계에서 변수 선언문 이전에 참조할 수 있습니다. 이것이 변수 호이스팅이 발생하는 원인입니다.

함수 선언문으로 정의한 함수가 평가되면 함수 이름과 동일한 식별자를 객체 환경 레코드에 바인딩되어 있는 BindingObject를 통해 전역 객체에 키로 등록하고 생성된 함수 객체를 즉시 할당합니다. 이것이 변수 호이스팅과 함수 호이스팅의 차이점입니다. 즉, 함수 선언문으로 정의한 함수는 함수 선언문 이전에 호출할 수 있습니다.

2.1.2. 선언적 환경 레코드 생성

let, const 키워드로 선언한 전역 변수는 선언적 환경 레코드에 등록되고 관리됩니다.

let, const 키워드로 선언한 전역 변수는 전역 객체의 프로퍼티가 되지 않고 개념적인 블록 내에 존재하게 된다고 했습니다. 여기서 개념적인 블록이 바로 전역 환경 레코드의 선언적 환경 레코드입니다.

전역 객체의 프로퍼티로서 참조할 수 없고 "선언 단계"와 "초기화 단계"가 분리되어 진행됩니다. 따라서 초기화 단계, 즉 런타임에 실행 흐름이 변수 선언문에 도달하기 전까지 일시적 사각 지대에 빠지게 됩니다.

let, const 키워드로 선언한 변수도 변수 호이스팅이 발생하는 것은 변함이 없습니다, 단, let, const 키워드로 선언한 변수는 런타임에 컨트롤이 변수 선언문 전까지 일시적 사각 지대에 빠지기 때문에 참조할 수 없습니다.

2.2 this 바인딩

전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩됩니다. 일반적으로 전역 코드에서 this는 전역 객체를 가리키기 때문에 전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에는 전역 객체가 바인딩됩니다. 전역 코드에서 this를 참조하면 전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에 바인딩되어 있는 객체가 반환됩니다.

참고로 전역 환경 레코드를 구성하는 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드에는 this 바인딩이 없습니다. this 바인딩은 전역 환경 레코드와 함수 환경 레코드에만 존재합니다.

2.3 외부 렉시컬 환경에 대한 참조

외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 현재 평가 중인 소스코드를 포함하는 외부 소스코드의 렉시컬 환경, 즉 상위 스코프를 가리킵니다. 이를 통해 단방향 링크드 리스트인 스코프 체인을 구현합니다.

전역 코드를 포함하는 소스코드는 없으므로 전역 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에는 null이 할당됩니다. 이는 전역 렉시컬 환경에 스코프 체인의 종점에 존재한다는 의미입니다.

소스코드 실행

변수 할당문 또는 함수 호출문을 실행하려면 먼저 변수 또는 함수 이름이 선언된 식별자인지 확인해야 합니다. 선언되지 않은 식별자는 참조할 수 없으므로 할당이나 호출도 할 수 없습니다. 또한 식별자는 스코프가 다르면 같은 이름을 가질 수 있습니다. 따라서 어느 스코프의 식별자를 참조하면 되는지 결정할 필요가 있습니다. 이를 식별자 결정이라고 합니다.

식별자 결정을 위해 식별자를 검색할 때는 실행 중인 실행 컨텍스트에서 식별자를 검색하기 시작합니다. 선언된 식별자는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 환경 레코드에 등록되어 있습니다. 만약 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 환경 레코드에서 검색할 수 없다면 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 렉시컬 환경, 즉 상위 스코프로 이동하며 식별자를 검색합니다.

이것이 바로 스코프 체인의 동작 원리입니다. 만약 전역 렉시컬 환경에서 검색할 수 없는 식별자는 참조 에러를 발생시킵니다.

이처럼 실행 컨텍스트는 소스코드를 실행하기 위해 "필요한 환경을 제공"하고 "실행 결과를 실제로 관리"하는 영역입니다.

함수 코드 평가

함수가 호출되면 전역 코드의 실행이 일시 중단하고 함수 내부로 코드 제어권이 이동합니다. 그리고 함수 코드를 평가하기 시작합니다. 함수 코드 평가는 아래 순서로 진행합니다.

1. 함수 실행 컨텍스트 생성

2. 함수 렉시컬 환경 생성
	2.1 함수 환경 레코드 생성
  	2.2 this 바인딩
    	2.3 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

1. 함수 실행 컨텍스트 생성

먼저 함수 실행 컨텍스트를 생성합니다. 생성된 함수 실행 컨텍스트는 함수 렉시컬 환경이 완성된 다음 실행 컨텍스트 스택에 푸시됩니다. 이때 foo 함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택의 최상위, 즉 실행 중인 실행 컨텍스트가 됩니다.

2. 함수 렉시컬 환경 생성

함수 렉시컬 환경을 생성하고 함수 실행 컨텍스트에 바인딩합니다.
렉시컬 환경은 두 개의 컴포넌트, 즉 환경 레코드와 외부 렉시컬 환경에 대한 참조로 구성됩니다.

2.1 함수 환경 레코드 생성

함수 렉시컬 환경을 구성하는 컴포넌트 중 하나인 함수 환경 레코드는 매개변수, arguments 객체, 함수 내부에서 선언한 지역 변수와 중첩 함수를 등록하고 관리합니다.

2.2 this 바인딩

함수 환경 레코드의 [[ThisValue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩됩니다. [[ThisValue]] 내부 슬롯에 바인딩될 객체는 함수 호출 방식에 따라 결정됩니다.

함수 내부에서 this를 참조하면 함수 환경 레코드의 [[ThisValue]] 내부 슬롯에 바인딩된 객체가 반환됩니다.

2.3 외부 렉시컬 환경에 대한 참조

외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 함수 정의가 평가된 시점에 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조가 할당됩니다.

자바스크립트는 함수를 어디서 호출했는지가 아니라 어디서 정의했는지에 따라 상위 스코프가 결정됩니다. 그리고 함수 객체는 자신이 정의된 스코프, 즉 상위 스코프를 기억합니다.

자바스크립트 엔진은 함수 정의를 평가하여 함수 객체를 생성할 때 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경, 즉 함수의 상위 스코프를 함수 객체의 내부 슬롯 [[Enviornment]]에 저장합니다. 함수 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 할당되는 것은 바로 함수의 상위 스코프를 가리키는 함수 객체의 내부 슬롯 [[Enviornment]]에 저장된 렉시컬 환경의 참조입니다.

즉, 함수 객체의 내부 슬롯 [[Enviornment]]가 바로 렉시컬 스코프를 구현하는 메커니즘입니다.

함수 코드 실행 종료

더는 실행할 코드가 없으면 함수 코드의 실행이 종료됩니다. 이때 실행 컨텍스트 스택에서 함수 실행 컨텍스트가 팝되어 제거됩니다. 실행 컨텍스트 스택에서 실행 컨텍스트가 팝되어 제거되었다고 해서 렉시컬 환경까지 즉시 소멸하는 것은 아닙니다. 렉시컬 환경은 실행 컨텍스트에 의해 참조되기는 하지만 독립적인 객체입니다. 만약 누군가에 의해 참조되고 있다면 소멸되지 않습니다.

전역 코드 실행 종료

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

실행 컨텍스트와 블록 레벨 스코프

var 키워드로 선언한 변수는 오로지 함수의 코드 블록만을 지역 스코프로 인정하는 함수 레벨 스코프를 따릅니다. 하지만 let, const 키워드로 선언한 변수는 모든 코드 블록을 지역 스코프로 인정하는 "블록 레벨 스코프"를 따릅니다.

let x = 1;
ir (true) {
	lex = 10;
    console.log(x); // 10
}
console.log(x); // 1

위 에제를 살펴 보면 if 문 코드 블록 내에 let 키워드로 변수가 선언되었습니다. 따라서 if 문의 코드 블록이 실행되면 if 문의 코드 블록을 위한 블록 레벨 스코프를 생성해야 합니다. 이를 위해 선언적 환경 레코드를 갖는 렉시컬 환경을 새롭게 생성하여 기존 전역 렉시컬 환경을 교체합니다. 이때 새롭게 생성된 if문의 코드 블록을 위한 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 if 문이 실행되기 이전의 전역 렉시컬 환경을 가리킵니다.
if 문의 코드 블록의 실행이 종료되면 if문의 코드 블록이 실행되기 이전의 렉시컬 환경으로 되돌립니다.

이는 if 문뿐만 아니라 블록 레벨 스코프를 생성하는 모든 블록문에 적용됩니다. for 문의 변수 선언문에 let, const 키워드를 사용한 for문은 코드 블록이 반복해서 실행될 때마다 코드 블록을 위한 새로운 렉시컬 환경을 생성합니다. 만약 for문 내에서 정의된 함수가 있다면 이 함수의 상위 스코프는 for문의 코드 블록이 생성한 렉시컬 환경을 가리킵니다.

이때 함수의 상위 스코프는 for 문의 코드 블록이 반복해서 실행될 때마다 식별자의 값을 유지해야 합니다. 이를 위해 for 문의 코드 블록이 반복해서 실행될 때마다 독립적인 렉시컬 환경을 생성해서 식별자의 값을 유지합니다.