실행 컨텍스트란?

실행 컨텍스트(execution context)는 자바스크립트의 동작 원리를 담고 있는 핵심 개념이다.

• 자바스크립트가 스코프를 기반으로 식별자와 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 방식
• 호이스팅이 발생하는 이유
• 클로저의 동작 방식
• 태스크 큐와 함께 동작하는 이벤트 핸들러와 비동기

ECMAScript 사양은 소스코드를 4가지 타입으로 구분하고, 4가지 타입의 소스코드는 실행 컨텍스트를 생성한다.

소스코드의 타입	설명
전역코드 global code	전역에 존재하는 소스코드를 의미. 전역에 정의된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않음.
함수코드 function code	함수 내부에 존재하는 소스코드를 의미. 함수 내부에 중첩된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않음.
eval코드 eval code	빌트인 전역 함수인 eval 함수에 인수로 전달되어 실행되는 소스코드를 의미
모듈코드 module code	모듈 내부에 존재하는 소스코드를 의미. 모듈 내부의 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않음.

• 소스코드를 4가지 타입으로 나누는 이유는 소스코드의 타입에 따라 실행 컨텍스트를 생성하는 과정과 관리하는 내용이 다르기 때문.
  1. 전역 코드 : 전역 코드는 전역 변수를 관리하기 위해 최상위 스코프인 전역 스코프를 생성해야 함. 그리고 var키워드로 선언된 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수를 전역 객체의 프로퍼티와 메서드로 바인딩하고 참조하기 위해 전역 객체와 연결되어야함. 이것을 위해 전역코드가 평가되면 전역 실행 컨텍스트가 생성된다.
  2. 함수 코드 : 함수 코드는 지역 스코프를 생성하고 지역변수, 매개변수, arguments 객체를 관리해야 함. 그리고 생성한 지역 스코프를 전역 스코프에서 시작하는 스코프 체인의 일원으로 연결 해야함. 이것을 위해 함수 코드가 평가되면 함수 실행 컨텍스트가 생성된다.
  3. eval 코드: eval 코드는 strict mode에서 자신만의 독자적인 스코프를 생성한다. 이것을 위해 eval 코드가 평가되면 eval 실행 컨텍스트가 생성된다.
  4. 모듈 코드 : 모듈 코드는 모듈별로 독립적인 모듈 스코프를 생성. 이것을 위해 모듈 코드가 평가되면 모듈 실행 컨텍스트가 생성된다. 모듈이란 단지 파일 하나에 불과. 스크립트 하나는 모듈 하나이다.모듈에 특수한 지시자 export와 import를 적용하면 다른 모듈을 불러와 불러온 모듈에 있는 함수를 호출하는 것과 같은 기능 공유가 가능하다.
• 자바스크립트 엔진은 소스코드를 "소스코드의 평가" 와 "소스코드의 실행" 2가지로 나누어 처리
• 소스코드 평가 과정에서 실행 컨텍스트를 생성하고 변수, 함수 등의 선언문만 먼저 실행하여 생성된 변수나 함수 식별자를 키로 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프(렉시컬 환경의 환경레코드)에 등록
• 소스코드 평가 과정이 끝나면 선언문을 제외한 코드가 순차적으로 실행(런타임). 이때 소스코드 실행에 필요한 정보, 즉 변수나 함수의 참조를 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에서 검색해서 얻는다. 그리고 변수 값의 변경 등 소스코드의 실행 결과는 다시 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록된다.
  

실행 컨텍스트의 역할

예시
순서
1. 전연 코드 평가 : 전역 코드 실행할 준비. 평가 과정에서는 선언문만 먼저 실행하므로 전역 코드의 변수 선언문, 함수 선언문이 실행되고 실행 컨텍스트가 관리하는 전역 스코프에 등록. 추가로 var로 선언한 변수와 함수는 전역객체의 프로퍼티와 메서드가 된다.
2. 전역 코드 실행 : 런타임이 시작. 전역변수에 값을 할당, 함수 호출. 함수가 호출되면 순차적으로 실행되던 전역코드의 실행을 멈추고 코드 실행 순서를 변경해 함수 내부로 진입
3. 함수 코드 평가 : 함수 내부의 문들을 실행하기 전에 함수 코드 평가를 함으로써 함수 코드를 실행하기 위한 준비를 함. 이때 매개변수와 지역 변수 선언문이 먼저 실행되고, 실행 컨텍스트가 관리하는 지역 스코프에 매개변수와 지역변수를 등록. 또한 함수 내부에서 지역 변수처럼 사용할 수 있는 arguments 객체가 생성되어 지역 스코프에 등록되고 this 바인딩도 결정됨.
4. 함수 코드 실행 : 런타임 시작. 매개변수와 지역 변수에 값을 할당되고 console.log 메소드가 호출.
console.log 메서드를 호출하기 위해 먼저 식별자인 console을 스코프 체인을 통해 검색. 검색을 위해 함수 코드의 지역 스코프는 상위 스코프인 전역 스코프와 연결되어야 함. 하지만 console 식별자는 스코프 체인에 등록되어 있지 않고 전역 객체에 프로퍼티로 존재함. 이것은 전역 객체의 프로퍼티가 마치 전역 변수처럼 전역 스코프를 통해 검색 가능해야 함을 의미. 그 다음 log 프로퍼티를 console 객체의 프로토타입 체인을 통해 검색.
log메소드는 상속된 프로퍼티가 아니라 console 객체가 직접 소유하는 프로퍼티이다.

이렇게 코드가 실행되려면 스코프를 구분하여 식별자와 바인딩된 값이 관리 되어야한다. 중첩관계에 의해 스코프 체인을 형성하여 식별자를 검색할 수 있어야 하고, 전역 객체의 프로퍼티도 전역 변수처럼 검색할 수 있어야 한다.

• 코드가 실행되려면 스코프, 식벽자, 코드 실행 순서 등의 관리가 필요.

1. 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.
2. 스코프는 중첩 관계에 의해 스코프 체인을 형성해야 한다. 즉, 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.

위 3개를 관리하는 것이 실행 컨텍스트.

실행 컨텍스트는 소스코드를 실행하는 데 필요한 환경을 제공하고 코드의 실행 결과를 실제로 관리하는 영역이다.

좀 더 쉽게 말해, 실행 컨텍스트는 식별자를 등록하고 관리하는 스코프와 코드 실행 순서 관리를 구현한 내부 메커니즘으로, 모든 코드는 실행 컨텍스트를 통해 실행되고 관리된다.
식별자와 스코프는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경으로 관리
코드 실행 순서는 실행 컨텍스트 스택으로 관리

실행 컨텍스트 스택

• 생성된 실행 컨텍스트는 스택 자료구조로 관리된다. 이것을 실행 컨텍스트 스택이라 하며, 콜 스택(call stack)이라고도 한다.
• 코드를 실행하면 코드가 실행되는 시간의 흐름에 따라 실행 컨텍스트 스택에는 실행 컨텍스트가 추가(push)되고 제거(pop)된다.
  주의 : console.log 메서드도 함수이므로 호출되면 실행 컨텍스트를 생성하고 실행 컨텍스트 스택에 푸쉬한다.
  

정리 : 실행 컨텍스트 스택은 코드의 실행 순서를 관리. 소스코드 평가되면 실행 컨텍스트가 생성되고 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 쌓임. 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트는 언제나 현재 실행 중인 코드의 실행 컨텍스트이다. 그러므로 최상위에 있는 실행 컨텍스트를 실행 중인 실행 컨텍스트 라고 부름.

렉시컬 환경

렉시컬 환경(Lexical Environment)은 식별자와 식별자에 바인딩된 값, 그리고 상위 스코프에 대한 참조를 기록하는 자료구조로 실행 컨텍스트를 구성하는 컴포넌트이다.

• 렉시컬 환경은 키와 값을 갖는 객체 형태의 스코프(전역, 함수, 블록스코프)를 생성하여 식별자를 키(key)로 등록하고 식별자에 바인딩된 값을 관리한다.즉 렉시컬 환경은 스코프를 구분하여 식별자를 등록하고 관리하는 저장소 역할.

• 실행 컨텍스트는 Lexical Environment 컴포넌트와 Variable Environment 두개의 컴포넌트로 구성된다.
  

• 생성 초기에 Lexical Environment 컴포넌트와 Variable Environment 컴포넌트는 하나의 동일한 렉시컬 환경을 참조한다.

• 이후 몇 가지 상황을 만나면 Variable Environment 컴포넌트를 위한 새로운 렉시컬 환경을 생성하고, 이때부터 Lexical Environment와 Variable Environment 컴포넌트는 내용이 달라진다.

• 렉시컬 환경은 두개의 컴포넌트로 구성된다.

  • Environment Record(환경레코드)
  • OuterLexicalEnvironmentReference(외부 렉시컬 환경에 대한 참조)

• 환경 레코드 : 스코프에 포함된 식별자를 등록하고 등록된 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 저장소. 환경레코드는 소스코드의 따라 관리하는 내용에 차이가 있음.

• 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 : 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 상위 스코프를 가리킴. 이때 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 체인을 구현.

예시

전역 객체 생성

전역 객체는 전역 코드가 평가되기 이전에 생성. 전역 객체에는 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체가 추가되며 동작 환경에 따라 클라이언트 사이드 Web API 또는 특정 환경을 위한 호스트 객체를 포함.
전역 객체도 Object.protorype을 상속 받음. 즉 전역 객체도 프로토타입 체인의 일원.

전역 코드 평가

순서 :

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

1. 전역 실행 컨텍스트 생성
   • 비어있는 전역 실행 컨텍스트를 생성해 실행 컨텍스트 스택에 푸시. 이때 전역 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트의 최상위, 실행 중인 실행 컨텍스트(running execution context)가 된다.
2. 전역 렉시컬 환경 생성
   • 전역 렉시컬 환경(Global Lexical Environment)을 생성하고 전역 실행 컨텍스트에 바인딩.
   • 렉시컬 환경은 2개의 컴포넌트, 환경 레코드와 외부 렉시컬 환경에 대한 참조로 구성
3. 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 제공.
   • 모든 전역 변수가 전역 객체의 프로퍼티가 되는 ES6 이전에는 전역 객체가 전역 환경 레코드의 역할을 수행했음. 하지만 ES6의 let, const 키워드로 선언한 전역 변수는 전역 객체의 프로퍼티가 되지 않고 개념적인 블록 내에 존재하게 됨.
   • 기존의 var 키워드로 선언한 전역 변수와 ES6의 let, const 키워드로 선언한 전역 변수를 구분하여 관리하기 위해 전역 스코프 역할을 하는 전역 환경 레코드는 객체 환경 레코드(Object Environment Record)와 선언적 환경 레코드(Declarative Environment Record)로 구성되어 있다
   • 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 관리한다. 즉, 전역 환경 레코드의 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드는 서로 협력하여 전역 스코프와 전역 객체(전역 변수의 전역 객체 프로퍼티화)를 관리한다.
4. 객체 환경 레코드 생성
   • 전역 환경 레코드를 구성하는 컴포넌트인 객체 환경 레코드는 BindingObject 라고 부르는 객체와 연결된다. BindingObject는 전역 객체 생성에서 생성된 전역 객체다.
   • 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 된다. 그리고 이때 등록된 식별자를 전역 환경 레코드의 객체 환경 레코드에서 검색하면 전역 객체의 프로퍼티를 검색하여 반환. 이것이 window.alert을 alert으로 참조 할 수 있는 메커니즘.
   • x 변수는 var 키워드로 선언한 변수이므로 "선언 단계"와 "초기화 단계"가 동시에 진행. 전역코드 평가 시점에 객체 환경 레코드에 바인딩된 BindingObject를 통해 전역 객체에 변수 식별자를 키로 등록한 다음, 암묵적으로 undefined를 바인딩. 따라서 var 키워드로 선언한 변수는 코드 실행 단계에서 변수 선언문 이전에도 참조할 수 있다. 단, 변수 선언문 이전에 참조한 변수의 값은 항상 undefined이다. var 키워드로 선언한 변수에 할당한 함수 표현식도 이와 동일하게 동작. 이것이 변수 호이스팅이 발생하는 원인이다.
   • 함수 선언문으로 정의한 함수가 평가되면 함수 이름과 동일한 이름의 식별자를 객체 환경 레코드에 바인딩된 BindingObject를 통해 전역 객체에 키로 등록하고 생성된 함수 객체를 즉시 할당한다. 이것이 변수 호이스팅과 함수 호이스팅의 차이다. 즉, 함수 선언문으로 정의한 함수는 함수 선언문 이전에 호출할 수 있음.
5. 선언적 환경 레코드 생성
   • let, const 키워드로 선언한 전역 변수(동일한 키워드로 선언한 변수에 할당한 함수 표현식 포함)는 선언적 환경 레코드에 등록되고 관리.
   • let, const 키워드로 선언한 전역 변수는 전역 객체의 프로퍼티가 되지 않고 개념적인 블록 내에 존재하게 된다고 했다. 여기서 개념적인 블록이 바로 전역 환경 레코드의 선언적 환경 레코드이다.
   • let, const 키워드로 선언한 변수이므로 전역 객체의 프로퍼티가 되지 않기 때문에 window.y 같이 전역 객체의 프로퍼티로서 참조할 수 없다. 또한 let, const로 선언한 변수는 "선언단계"와 "초기화 단계"가 분리되어 진행됨. 그래서 초기화 단계, 즉 런타임에 실행 흐름이 변수 선언문에 도달하기 전까지 일시적 사각지대(Temporal Dead Zone; TDZ)에 빠지게 된다.
   • var 키워드로 선언한 변수만 호이스팅이 발생한다고 아는 사람들이 많은데, let, const 키워드로 선언한 변수도 여전히 호이스팅이 발생하기 때문에 참조에러가 발생하는 것이다.
6. this 바인딩
   • 전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩 된다. 일반적으로 전역 코드에서 this는 전역 객체를 가리키므로 전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에는 전역 객체가 바인딩 된다. 전역 코드에서 this를 참조하면 전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에 바인딩 되어 있는 객체가 반환됨.
   • 전역 환경 레코드를 구성하는 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드에는 this 바인딩이 없다. this 바인딩은 전역 환경 레코드와 함수 환경 레코드에만 존재함.
   • 함수 호출 방식에 따라 this 바인딩이 동적으로 결정.
     함수 호출 방식 : this 바인딩
     • 일반 함수 호출 : 전역 객체
     • 메서드 호출 : 메서드를 호출한 객체
     • 생성자 함수 호출 : 생성자 함수가 (미래에)생성할 인스턴스
     • Function.prototype.apply/call/bind 메서드에 의한 간접 호출 : Function.prototype.apply/call/bind 메서드에 첫번째 인수로 전달한 객체
7. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정
   • 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 현재 평가 중인 소스코드를 포함하는 외부 소스코드의 렉시컬 환경, 즉 상위 스코프를 가리킴. 이를 통해 단방향 링크드 리스트인 스코프 체인을 구현.
   • 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 null이 할당 되는 것은 전역 렉시컬 환경이 스코프 체인의 종점에 존재함을 뜻함.

전역 코드 실행

• 이제 코드가 순차적으로 실행. 식별자는 스코프가 다르면 같은 이름을 가질 수 있음. 동일한 이름의 식별자가 다른 스코프에 여러개 존재할 수 있다는 의미. 그러므로 어느 스코프의 식별자를 참조하면 되는지 결정해야 하는데 이것을 식별자 결정이라 한다.
• 식별자 결정을 위해 식별자를 검색할 때는 실행 중인 실행 컨텍스트에서 식별자를 검색하기 시작한다. 선언된 식별자는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 환경 레코드에 등록되어 있다.
• 만약 실행중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검색할 수 없으면 외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 렉시컬 환경, 즉 상위 스코프로 이동하여 식별자를 검색한다.
• 전역 렉시컬 환경은 스코프 체인의 종점이므로 전역 렉시컬 환경에서 검색할 수 없는 식별자는 참조 에러를 발생시킴.
• 이처럼 실행 컨텍스트는 소스코드를 실행하기 위해 필요한 환경을 제공하고 코드의 실행 결과를 실제로 관리 하는 영역이다.

함수 코드 평가

순서

• 함수 실행 컨텍스트 생성

• 함수 렉시컬 환경 생성

  • 함수 환경 레코드 생성
  • this 바인딩
  • 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

• 함수 환경 레코드 생성

  • 함수 렉시컬 환경을 구성하는 컴포넌트 중 하나인 함수 환경 레코드(Function Environment Record)는 매개변수, arguments 객체, 함수 내부에서 선언한 지역 변수와 중첩 함수를 등록하고 관리.

• 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

  • 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 함수 정의가 평가된 시점에 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조가 할당.
  • 자바스크립트는 함수를 어디서 호출했는지가 아니라 어디에 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정한다. 그리고 함수 객체는 자신이 정의된 스코프, 즉 상위 스코프를 기억한다.
  • 자바스크립트 엔진은 함수 정의를 평가하여 함수 객체를 생성할 때 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경, 즉 함수의 상위 스코프를 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장. 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]가 바로 렉시컬 스코프를 구현하는 메커니즘.

함수 코드 실행 종료

• 실행 컨텍스트 스택에서 method 함수 실행 컨텍스트가 제거되었다고 해서 method 함수 렉시컬 환경까지 즉시 소멸하는 것이 아니다. 렉시컬 환경은 실행 컨텍스트에 의해 참조되기는 하지만 독립적인 객체다. 객체를 포함한 모든 값은 누군가에 의해 참조되지 않을 때 비로소 가비지 컬렉터에 의해 메모리 공간의 확보가 해제되고 소멸한다.
• method 함수 실행 컨텍스트가 소멸되었다 하더라도 만약 method 함수 렉시컬 환경을 누군가 참조하고 있다면 method 함수 렉시컬 환경은 소멸하지 않음.

실행 컨텍스트와 블록 레벨 스코프

• var 키워드로 선언한 변수는 오로지 함수의 코드 블록만 지역 스코프로 인정하는 함수 레벨 스코프를 따른다. 하지만 let, const 키워드로 선언한 변수는 모든 코드 블록(함수, if, for, while, try/catch 문 등)을 지역 스코프로 인정하는 블록 레벨 스코프를 따른다.
• 만약 if 문의 코드 블록 내에서 let 키워드로 변수가 선언되었다고 가정했을 때, if 문의 코드 블록이 실행되면 if문의 코드 블록을 위한 블록 레벨 스코프를 생성해야 한다. 이를 위해 선언적 환경 레코드를 갖는 렉시컬 환경을 새롭게 생성하여 기존의 전역 렉시컬 환경을 교체한다. 이때 새롭게 생성된 if 문의 코드 블록을 위한 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 if문이 실행되기 이전의 전역 렉시컬 환경을 가리킨다.

정리 :
실행 컨텍스트 스택 -> 코드의 실행 순서
렉시컬 환경 -> 스코프와 식별자를 관리