23장 실행컨텍스트 - 모던 자바스크립트 Deep Dive

Minju Kim·2022년 6월 20일

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📕 23.1 소스코드의 타입

4가지 타입의 소스코드는 실행 컨텍스트를 생성한다.
소스코드를 평가하여 실행 컨텍스트를 생성한다

1. 전역 코드

1) 전역 변수를 관리하기 위해 최상위 스코프인 전역 스코프를 생성해야 한다.
2) var 키워드로 선언된 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수를 전역 객체의 프로퍼티와 메서드로 바인딩하고 참조하기 위해 전역 객체와 연결되어야 한다.

2. 함수 코드

1) 함수 코드는 지역 스코프를 생성하고 지역변수, 매개변수, arguments 객체를 관리해야 한다.
2) 생성한 지역스코프를 전역 스코프에서 시작하는 스코프 체인의 일원으로 연결해야 한다.

3. eval 코드

eval 코드는 strict mode에서 자신만의 독자적인 스코프를 생성한다.

4. 모듈 코드

모듈 별로 독립적인 모듈 스코프를 생성한다.

📕 23.2 소스코드의 평가와 실행

모든 소스코드는 실행에 앞서 평가과정을 거치며 코드를 실행하기 위한 준비를 한다. 자바스크립트 엔진은 소스코드를 2개의 과정, 즉 "소스코드의 평가"와 "소스코드의 실행" 과정으로 나누어 처리한다.

1) 소스코드의 평가과정

실행컨텍스트를 생성하고 변수, 함수 등의 선언문만 먼저 실행하여 생성된 변수나 함수 식별자를 키로 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프(렉시컬 환경의 환경 레코드)에 등록한다.

2) 소스코드의 실행과정

평가과정이 끝나면 선언문을 제외한 소스코드가 순차적으로 실행되기 시작한다. 즉 런타임이 시작된다. 이때 소스코드 실행에 필요한 정보, 즉 변수나 함수의 참조를 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 검색해서 취득한다. 그리고 변수 값의 변경 등 소스코드의 실행 결과는 다시 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록된다.

소스코드의 평가 -> 실행컨텍스트에 평가 결과 등록

소스코드의 실행(선언문 이외의 문) -> 실행에 필요한 정보 실행컨텍스트에서 검색, 실행 결과 실행컨텍스트에 저장

📕 23.3 실행 컨텍스트의 역할

코드가 실행되려면 다음과 같이 스코프, 식별자, 코드 실행 순서 등의 관리가 필요하다. 아래 세 가지 모든 것을 관리하는 것이 실행 컨텍스트이다.

선언에 의해 생성된 모든 식별자(변수, 함수, 클래스 등)를 스코프를 구분하여 등록하고 상태 변화(식별자에 바인딩된 값의 변화)를 지속적으로 관리할 수 있어야 한다.
스코프는 중첩 관계에 의해 스코프 체인을 형성해야 한다. 즉, 스코프 체인을 통해 상위 스코프로 이동하여 식별자를 검색할 수 있어야 한다.
현재 실행 중인 코드의 실행 순서를 변경할 수 있어야 하며 다시 되돌아갈 수도 있어야 한다.

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

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

📕 23.4 실행 컨텍스트 스택

자바스크립트 엔진은 먼저 전역 코드를 평가하여 전역 실행 컨텍스트를 생성한다. 그리고 함수가 호출되면 함수 코드를 평가하여 함수 실행 컨텍스트를 생성한다. 이 때 생성된 실행 컨텍스트는 스택 자료구조로 관리되는데 이를 실행 컨텍스트 스택이라고 부른다.

const x = 1;

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

foo(); // 6

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

위처럼 실행 컨텍스트 스택은 코드의 실행 순서를 관리한다. 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트는 언제나 현재 실행 중인 코드의 실행 컨텍스트다. 그리고 이를 실행 중인 실행 컨텍스트(running execution context)라고 부른다.

📕 23.5 렉시컬 환경

렉시컬 환경은 식별자와 식별자에 바인딩된 값, 그리고 상위 스코프에 대한 참조를 기록하는 자료구조로 실행 컨텍스트를 구성하는 컴포넌트다. 렉시컬 환경은 키와 값을 갖는 객체 형태의 스코프(전역, 함수, 블록 스코프)를 생성하여 식별자를 키로 등록하고 식별자에 바인딩된 값을 관리한다.

렉시컬 환경은 스코프를 구분하여 식별자를 등록하고 관리하는 저장소 역할을 하는 렉시컬 스코프의 실체다.

실행 컨텍스트는 LexicalEnvironment 컴포넌트와 VariableEnvironment 컴포넌트로 구성되지만, 렉시컬 환경으로 통일해 간략하게 설명해 보려고 한다.

렉시컬 환경은 Environment 레코드와 OuterLexicalEnvironmentRefernece로 구성된다.

환경 레코드
스코프에 포함된 식별자를 등록하고 등록된 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 저장소다. 환경 레코드는 소스코드의 타입에 따라 관리하는 내용에 차이가 있다.
외부 렉시컬 환경에 대한 참조
외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 상위 스코프를 가리킨다. 이때 상위 스코프란 외부 렉시컬 환경, 즉 해당 실행 컨텍스트를 생성한 소스코드를 포함하는 상위 코드의 렉시컬 환경을 말한다. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조를 통해 단방향 링크드 리스트인 스코프 체인을 구현한다.

📕 23.6 실행 컨텍스트의 생성과 식별자 검색 과정

💖 1. 전역 객체 생성

전역 객체는 전역 코드가 평가되기 이전에 생성된다. 이 때 전역 객체에 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 그리고 표준 빌트인 객체가 추가되며 동작환경에 따라 클라이언트 Web API 혹은 호스트 객체가 포함된다.
전역 객체도 Object.prototype을 상속받는다. 즉, 전역 객체도 프로토타입 체인의 일원이다.

💖 2. 전역 코드 평가

전역 코드 평가는 다음과 같은 순서로 진행된다.

전역 실행 컨텍스트 생성
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

2-1. 전역 실행 컨텍스트 생성

비어있는 전역 실행 컨텍스트를 생성하여 실행 컨텍스트 스택에 푸시한다.

2-2. 전역 렉시컬 환경 생성

전역 렉시컬 환경을 생성하고 전역 실행 컨텍스트에 바인딩한다.

2.1. 전역 환경 레코드 생성
전역 환경 레코드는 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드로 구성되어 있다.
2.1.1. 객체 환경 레코드 생성
전역 환경 레코드를 구성하는 컴포넌트인 객체 환경 레코드는 BindingObject라고 부르는 객체와 연결된다. BindingObject는 전역 객체 생성에서 생성된 전역 객체이다.

전역 코드의 평가과정에서 var 키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수는 전역 환경 레코드의 객체 환경 레코드에 연결된 BindingObject를 통해 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 된다.

2.1.2. 선언적 환경 레코드 생성
let, const로 선언한 전역 변수는 선언적 환경 레코드에 등록되고 관리된다.
변수 호이스팅이 발생하나, 런타임에 컨트롤이 변수 선언문에 도달하기 전까지 일시적 사각지대에 빠지기 때문에 참조할 수 없다.

2.2. this 바인딩
전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩되며, 전역코드에서는 이 내부 슬롯에 전역 객체가 바인딩된다.

this 바인딩은 전역 환경 레코드와 함수 환경 레코드에만 존재한다. 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드에는 this 바인딩이 없다.

2.3. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정
상위 스코프를 가리킨다. 현재 평가 중인 소스코드가 전역 코드이므로, 전역 코드를 포함하는 소스코드는 없다. 따라서 전역 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 null이 할당되며, 이는 전역 렉시컬 환경이 스코프 체인의 종점에 존재함을 의미한다.

💖 3. 전역 코드 실행

식별자 결정
동일한 이름의 식별자가 다른 스코프에 여러 개 존재할 수도 있다. 따라서 어느 스코프의 식별자를 참조하면 되는지 결정할 필요가 있다. 이를 식별자 결정이라고 한다. 식별자 결정을 위해 식별자를 검색할 때는 실행 중인 실행 컨텍스트에서 식별자를 검색하기 시작한다.

만약 해당 스코프 안에 식별자가 없다면 상위 스코프를 찾아가는데 전역에서는 상위 스코프가 없으므로 전역 렉시컬 환경에서 검색할 수 없는 식별자는 참조 에러를 발생시킨다.

💖 4. foo 함수 코드 평가

foo 함수가 호출되면 전역 코드의 실행을 일시 중단하고 foo 함수 내부로 코드의 제어권이 이동하여 함수 코드를 평가하기 시작한다. 함수 코드 평가는 아래 순서로 진행된다.

함수 실행 컨텍스트 생성
함수 렉시컬 환경 생성
2.1. 함수 환경 레코드 생성
- 함수 환경 레코드는 매개변수, arguments 객체, 함수 내부에서 선언한 지역 변수와 중첩 함수를 등록하고 관리한다.
2.2. this 바인딩
- 함수 환경 레코드의 [[ThisValue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩된다.
2.3. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 설정
- 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 foo 함수 정의가 평가된 시점에 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조가 할당된다
- foo 함수는 전역 코드에 정의된 함수로, foo함수 정의는 전역 코드 평가 시점에 평가된다. 이 시점의 실행 중인 실행 컨텍스트는 전역 실행 컨텍스트다. 따라서 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에는 전역 레시컬 환경의 참조가 할당된다.
- 자바스크립트는 함수를 어디서 호출했는지가 아니라 어디에 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정하기 때문이다.

💖 5. foo 함수 코드 실행

실별자 결정을 위해 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검색하기 시작한다. 만약 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검색할 수 없으면 외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 렉시컬 환경으로 이동하여 식별자를 검색한다.

💖 6. bar 함수 코드 평가

foo함수 안에 있는 bar 함수가 호출되면 bar 함수 내부로 코드의 제어권이 이동한다.

💖 7. bar 함수 코드 실행

런타임이 시작되어 bar 함수의 소스코드가 순차적으로 실행되기 시작한다. 매개변수에 인수가 할당되고, 변수 할당문이 실행되어 지역 변수 z에 값이 할당된다. 그리고 console.log(a+b+x+y+z);가 실행되는데, 이 코드는 다음 순서로 실행된다.
1. console 식별자 검색

스코프 체인에 의해 위로 이동하며 검색하며 최종적으로 전역 렉시컬 환경에서 console 식별자를 발견할 것이다. console 식별자는 객체환경 레코드의 BindingObject를 통해 전역 객체에서 찾을 수 있다.

log 메서드 검색

console 객체의 프로토타입 체인을 통해 메서드를 검색한다. log는 console이 직접 소유하는 프로퍼티다.

표현식 a+b+x+y+z의 평가
각각의 식별자를 스코프 체인을 이동하며 렉시컬 환경에서 검색한다.
console.log 메서드 호출
표현식이 최종적으로 평가되어 생성한 값을 console.log 메서드에 전달하여 호출한다.

💖 8. bar 함수 코드 실행 종료

더 이상 실행할 코드가 없으므로 bar 함수 코드의 실행이 종료된다. 스택에서 bar함수 실행 컨텍스트가 팝되어 제거되고, foo 실행 컨텍스트가 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다.
실행 컨텍스트 스택에서 bar 함수 실행 컨텍스트가 제거되었다고 해서 bar 함수 렉시컬 환경까지 즉시 소멸하는 것은 아니다. 렉시컬 환경은 실행 컨텍스트에 의해 참조되기는 하지만 독립적인 객체다. 나중에 누군가에 의해 참조되지 않을 때 비로소 가비지 컬렉터에 의해 메모리 공간의 확보가 해제되어 소멸한다.

💖 9. foo 함수 코드 실행 종료

동일하게 스택에서 팝되며 제거된다.

💖 10. 전역 코드 실행 종료

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

📕 23.7 실행 컨텍스트와 블록 레벨 스코프

let x = 1;

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

console.log(x); // 1

if문의 코드 블록이 실행되면 if 문의 코드 블록을 위한 블록 레벨 스코프를 생성해야한다. 이를 위해 선언적 환경 레코드를 갖는 렉시컬 환경을 새롭게 생성하여 기존의 전역 렉시컬 환경을 교체한다. 이 때 새롭게 생성된 if문의 코드 블록을 위한 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 if문이 실행되기 이전의 전역 렉시컬 환경을 가리킨다.

for문도 그렇고 코드 블록이 반복해서 실행될 때마다 독립적인 렉시컬 환경을 생성하여 식별자의 값을 유지한다.

Minju Kim

⚓ A smooth sea never made a skillful mariner

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