[JS] 실행 컨텍스트

Lian Kim·2022년 9월 25일

실행 컨텍스트는 소스코드를 실행하는데 필요한 환경을 제공하고 코드의 실행 결과를 실제로 관리하는 영역이다. 좀 더 구체적으로 말하면 식별자(변수, 함수, 클래스 등의 이름)를 등록하고 관리하는 스코프와 코드 실행 순서 관리를 구현한 내부 매커니즘으로, 모든 코드는 실행 컨텍스트를 통해 실행되고 관리된다.

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

실행 컨텍스트 스택

자바스크립트 엔진은 먼저 전역 코드를 평가하여 전역 실행 컨텍스트를 생성한다. 그리고 함수가 호출되면 함수 코드를 평가하여 함수 실행 컨텍스트를 생성한다.

실행 컨텍스트는 스택 자료구조로 관리된다. 이를 실행 컨텍스트 스택(=콜 스택)이라고 부른다.
코드가 실행되는 시간의 흐름에 따라 실행 컨텍스트 스택에는 실행 컨텍스트가 추가(push)되고 제거(pop)된다.

코드 실행에 따른 실행 컨텍스트 스택의 변화

const x = 1;

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

foo(); // 6

위 코드를 실행했을 때의 실행 컨텍스트 스택의 변화는 다음과 같다.

전역 코드의 평가와 실행
foo 함수 코드의 평가와 실행
bar 함수 코드의 평가와 실행
foo 함수 코드로 복귀
전역 코드로 복귀
빈 스택

1. 전역 코드의 평가와 실행

먼저 전역 코드를 평가하여 전역 실행 컨텍스트를 생성하고 실행 컨텍스트 스택에 푸시한다.

먼저 전역 변수 x와 전역 함수 foo는 전역 실행 컨텍스트에 등록된다.
이후 전역 코드가 실행되기 시작하면 전역 변수 x에 값이 할당되고 전역 함수 foo가 호출된다.

2. foo 함수 코드의 평가와 실행

전역 함수 foo가 호출되면 전역 코드의 실행은 일시 중단되고 코드의 제어권이 foo 함수 내부로 이동한다.
foo 함수 내부의 코드를 평가하여 foo 함수 실행 컨텍스트를 생성하고 실행 컨텍스트 스택에 푸시한다.

foo 함수의 지역 변수 y와 중첩 함수 bar가 foo 함수 컨텍스트에 등록된다.
이후 foo 함수 코드가 실행되기 시작하면 지역 변수 y에 값이 할당되고 중첩 함수 bar가 호출된다.

3. bar 함수 코드의 평가와 실행

중첩 함수 bar가 호출되면 foo 함수 코드의 실행은 일시 중단되고 코드의 제어권이 bar 함수 내부로 이동한다. bar 함수 내부의 함수 코드를 평가하여 bar 함수 실행 컨텍스트를 생성하고 실행 컨텍스트 스택에 푸시한다.

bar 함수의 지역 변수 z가 bar 함수 실행 컨텍스트에 등록된다.
이후 bar 함수 코드가 실행되기 시작하여 지역 변수 z에 값이 할당되고 console.log 메서드를 호출한 이후, bar 함수는 종료된다. (console.log 메서드도 함수이므로 호출되면 실행 컨텍스트를 생성하고 실행 컨텍스트 스택에 푸시하지만, 그림에서는 생략했다.)

4. foo 함수 코드로 복귀

bar 함수가 종료되면 코드의 제어권은 다시 foo 함수로 이동한다. 이때 자바스크립트 엔진은 bar 함수 실행 컨텍스트를 실행 컨텍스트 스택에서 팝하여 제거한다. 그리고 foo 함수는 더 이상 실행할 코드가 없으므로 종료된다.

5. 전역 코드로 복귀

foo 함수가 종료되면 코드의 제어권은 다시 전역 코드로 이동한다. 이때 자바스크립트 엔진은 foo 함수 실행 컨텍스트를 실행 컨텍스트 스택에서 팝하여 제거한다. 그리고 더 이상 실행할 전역 코드가 남아 있지 않으므로 전역 실행 컨텍스트도 실행 컨텍스트 스택에서 팝되어 실행 컨텍스트 스택에는 아무것도 남아있지 않게 된다.

➡️ 이처럼 실행 컨텍스트 스택은 코드의 실행 순서를 관리한다. 소스코드가 평가되면 실행 컨텍스트가 생성되고 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 쌓인다. 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트는 언제나 현재 실행 중인 코드의 실행 컨텍스트로, 실행 중인 실행 컨텍스트(running execution context)라 부른다.

렉시컬 환경

렉시컬 환경(Lexical Enviorment)은 식별자와 식별자에 바인딩된 값, 그리고 상위 스코프에 대한 참조를 기록하는 자료구조로 실행 컨텍스를 구성하는 컴포넌트다. 스코프와 식별자를 관리한다. 즉, 렉시컬 환경은 스코프를 구분하여 식별자를 등록하고 관리하는 저장소 역할을 하는 렉시컬 스코프의 실체다.

실행 컨텍스트는 LexicalEnvironment 컴포넌트와 VariableEnvironment 컴포넌트로 구성된다.
생성 초기에는 두 컴포넌트가 하나의 동일한 렉시컬 환경을 참조한다. 이후 몇 가지 상황을 만나면 VariableEnvironment 컴포넌트를 위한 새로운 렉시컬 환경을 생성하게 되면서 두 컴포넌트의 내용이 달라지는 경우도 있다. 지금은 특수한 상황도 제외하고, 두 컴포넌트도 구분하지 않고 렉시컬 환경으로 통일하여 간략하게 설명하려 한다.

렉시컬 환경은 다음과 같이 두 개의 컴포넌트로 구성된다.

환경 레코드(EnvironmentRecord)
: 스코프에 포함된 식별자를 등록하고 등록된 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 저장소. 소스코드의 타입에 따라 관리하는 내용에 차이가 있다.

외부 렉시컬 환경에 대한 참조(OuterLexicalEnvironmentReference)
: 외부 렉시컬 환경에 대한 참조(상위 스코프)를 통해 단방향 링크드 리스트인 스코프 체인을 구현한다.

Example

// 전역 실행문맥 생성. 전체 정의(name, init) 호이스팅
var name = 'Kai';
init(); // init 실행문맥 생성. 내부 정의(name, displayName) 호이스팅
function init() {
    var name = "Steve";
    function displayName() {  
      console.log(name); // 현재 실행문맥 내에 정의된게 없으니 outer 로 chain
      // var name = 'troll?'; // 주석 해제되면 호이스팅
    }
    displayName(); // displayName 실행문맥 생성. 내부 정의 호이스팅.
}

코드가 로드될 때 전역 실행 컨텍스트가 생성된다. 전역의 선언부를 모두 호이스팅 하게 되는데 여기선 변수 name과 함수 init이 렉시컬 스코프에 들어간다.
렉시컬 스코프 상에 line4의 init 함수가 존재하니 에러 없이 실행할 수 있다. 코드 로딩 시점에 init 함수를 타고 들어가 실행 컨텍스트를 생성한다.
init 함수에 대한 렉시컬 스코프를 생성한다. 변수 name과 함수 displayName이 들어온다.
displayName 실행 컨텍스트 내에 name이라 선언된 것이 없기 때문에, Scope Chain 을 통해 상위 실행컨텍스트(init 실행 컨텍스트)로 위임한다.

코드를 로드하게 되면 아래와 같은 구조가 생성된다.

- Global Execution // 1
   - Lexical : name, init 
   
- Execution : init // 2
   - Lexical : name, displayName
   - Outer : global 
   
- Execution : displayName // 3
   - Lexical : null
   - Outer : init

아래 그림과 같이, 가장 바깥 원에서부터 안쪽 원으로 스코프 체인을 하게 되는 것이다.
스코프 체인, 프로토타입 체인 모두 이 그림으로 표현된다.