[Javascript] 20. 실행 컨텍스트

SebellKO·2023년 12월 16일

Javascript

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실행 컨텍스트

실행 컨텍스트는 자바스크립트의 동작 원리를 담고 있는 핵심 개념이다.

한번 알아보자.

소스코드의 타입

ECMAScript에서는 소스코드를 4가지 타입으로 구분한다.

이 4가지 타입의 소스코드들은 실행 컨텍스트를 생성한다.

전역 코드 : 전역에 존재하는 소스코드
함수 코드 : 함수 내부에 존재하는 소스코드
eval 코드 : 빌트인 전역 함수인 eval 함수에 인수로 전달되어 실행되는 소스코드
모듈 코드 : 모듈 내부에 존재하는 소스코드

위와 같이 4자기 타입으로 구분하는 이유는 소스코드의 타입에 따라 실행 컨텍스트를 생성하는 과정과 관리 내용이 다르기 때문이다.

전역 코드는 전역 스코프가, 함수 코드는 지역 스코프, eval 코드는 독자적인 스코프를 모듈 코드는 모듈별로 독립적인 스코프를 생성한다.

소스코드의 평가와 실행

자바스크립트에서 소스코드는 2가지 과정을 통해 처리된다.

첫번째로 코드의 평가 과정, 두번째는 코드의 실행이다.

이는 변수의 호이스팅 개념과 비슷한 맥락이다. 바로 런타임 이전의 선언과 런타임 시점의 할당이다.

평가 과정에서는 실행 컨텍스트를 생성하고, 선언된 변수와 함수를 식벼자를 키로 이용해 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록한다.

이어서 실행 과정에서는 런타임이 시작되는데, 할당을 위해 필요한 변수와 함수들에 대한 정보를 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에서 검색하여 접근한다.
스코프에서 정보를 참조할수 있다면 해당 코드의 실행 결과를 다시 스코프에 등록한다.

실행 컨텍스트의 역할

코드가 실행되기 위해선 스코프, 식별자, 코드 실행 순서 등의 관리가 필요한데 이 역할을 실행 컨텍스트가 수행한다.

즉, 실행 컨텍스트는 소스코드를 실행하는 데 필요한 환경을 제공하고 코드의 실행 결과를 실제로 관리하는 영역이다.
실행 컨텍스트는 식별자를 등록하고 관리하는 스코프와 코드 실행 순서 관리를 구현한 내부 메커니즘으로, 모든 코드는 실행 컨텍스트를 통해 실행되고 관리 된다.

식별자는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경으로 관리되고, 코드 실행 순서는 실행 컨텍스트 스택으로 관리한다.

실행 컨텍스트 스택

실행 컨텍스트 스택은 코드의 실행 순서를 관리한다.

예제를 통해 살펴보자.

const x = 1;

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

foo();

간단하게 생각한다면 아래와 같은 단계를 거쳐 소스코드가 실행 된다는 것을 알 수 있을 것이다.

전역 코드 실행
foo 함수 실행
bar 함수 실행

그렇다면 실행 컨텍스트의 관점으로 다시 한번 순서를 생각해보자.

우선 소스코드는 4자리 분류되며, 각 소스코드 별로 실행과 동시에 실행 컨텍스트가 생성된다는 사실을 알고 있다.
그렇다면 총 3가지 전역 실행 컨텍스트, foo함수 실행 컨텍스트, bar함수 실행 컨텍스트가 생성 될것이다.

코드의 실행 과정에 평가 과정이 포함됐다고 생각해주길 바란다.

다시 돌아와 실행 컨텍스트 스택이란 코드의 실행 순서를 관리하며, 실행 컨텍스트와 스택의 조합으로 실행 컨텍스트 들을 스택 자료구조로 관리한다는 말이다.

이를 참고하여 코드의 실행을 다시 생각해 본다면 아래 그림과 같아진다.

전역 코드 실행으로 전역 실행 컨텍스트가 실행 컨텍스트 스택에 추가(push)되고 이어서 foo, bar 함수의 실행 컨텍스트도 추가된다.
각 소스코드의 실행이 완료 될경우 위 그림의 역순으로 실행 컨텍스트들이 삭제(pop) 된다.

위와 같은 방법으로 실행 컨텍스트 스택은 코드의 실행 순서를 관리하며, 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트는 언제나 현재 실행 중인 코드의 실행 컨텍스트이다.

렉시컬 환경

코드의 식별자들은 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경으로 관리된다 했다.

렉시컬 환경은 식별자와 식별자에 바인딩된 값, 상위 스코프에 대한 참조를 기록하는 자료구조로 실행 컨텍스트를 구성하는 컴포넌트 이다.
렉시컬 환경은 키와 값을 갖는 객체 형태의 스코프를 생성하여 식별자를 키로 등록하고 식별자에 바인딩된 값을 관리한다.

즉, 렉시컬 환경은 렉시컬 스코프의 실체이다.

실행 컨텍스트는 LexicalEnvironment, VariableEnvironment 컴포넌트로 구성되며, 초기에는 이 두가지 컴포넌트가 Lexical Environment인 하나의 환경을 참조하지만, 이후 몇가지 상황에 있어서 VariableEnvironment는 다른 환경을 참조하기도 한다.

책에서는 구분 없이 두가지 컴포넌트 전부 Lexical Environment 환경을 참조한다는 가정하에 설명한다고 한다.

두개의 컴포넌트가 참조하는 Lexical Environment 환경은 다시 2가지 컴포넌트로 구성된다.

Environment Record (환경 레코드)

스코프에 포함된 식별자를 등록하고 바인딩된 값을 관리하는 저장소이다.

Outer Lexical Envronment Reference (외부 렉시컬 환경에 대한 참조)

상위 스코프를 가르키며, 여기서 상위 스코프란 해상 실행 컨텍스트를 생성한 소스코드를 포함하는 상위 코드의 렉시컬 환경을 말한다.
이를 통해 단방향 링크드 리스트인 스코프 체인이 구현된다.

실행 컨텍스트의 생성과 식별자 검색 과정

실행 컨텍스트를 이용한 식별자의 관리와 실행 순서의 관리에 대해서 알아 봤으니 전체적인 코드의 시행 과정에 대해서 살펴보자.

위에서 살펴봤던 예제를 통해 알아보자.

const x = 1;

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

foo();

전역 객체 생성

소스코드가 평가되기도 전에 전역 객체가 먼저 생성된다.

전역 객체란 코드가 실행 되는 환경에 따라서 다른 객체가 생성된다. (브라우저 / window, Node / global)

전역 코드 평가

소스 코드가 로드되면 자바스크립트 엔진은 아래와 같은 순서로 전역 코드를 평가한다.

전역 실행 컨텍스트 생성
전역 렉시컬 환경 생성
2.1 전역 환경 레코드 생성
- 객체 환경 레코드 생성
- 선언적 환경 레코드 생성
2.2 this 바인딩
2.3 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

한단계씩 자세히 알아보자.

전역 실행 컨텍스트 생성

우선 비어있는 전역 실행 컨텍스트를 생성해 실행 컨텍스트 스택에 푸시한다.

전역 렉시컬 환경 생성

전역 렉시컬 환경(Global Lexical Environment)을 생성하고 전역 실행 컨텍스트에 바인딩 한다.
여기서 전역 렉시컬 환경은 실행 컨텍스트 환경 내부 Lexical Environment 컴포넌트에 바인딩 된다.

여기서 실행 컨텍스트 환경은 위 렉시컬 환경 파트에서 알아본 2개의 컴포넌트로 구성되는 실행 컨텍스트이고, 전역 렉시컬 환경은 이 두개의 컴포넌트중 하나인 Lexical Environment 컴포넌트에 바인딩 된다는 말이다.

2.1 전역 환경 레코드 생성

전역 환경 레코드 (Global Environment Record)는 전역 변수를 관리하는 전역 스코프, 전역 객체의 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체를 제공하며 전역 렉시컬 환경(Global Lexical Enviroment)를 구성하는 컴포넌트중 하나이다.

전역 환경 레코드는 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드로 구성된다.

2.1.1 객체 환경 레코드 생성

객체 환경 레코드는 BindingObject라고 부르는 객체와 연결되며 이는 전역 객체이다.

브라우저 환경은 window, Node 환경은 global

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.

따라서 평가 과정에서 var 키워드로 선언된 변수들은 전역 환경 레코드 > 객체 환경 레코드 > BindingObject > window 과정을 거쳐 전역 변수가 되며 undefined로 초기화 된다.

변수는 선언과 초기화 과정을 거치는 반면, 함수는 선언과 동시에 할당이 이루어 진다. 이것이 변수와 함수의 호이스팅 차이점이다.

2.1.2 선언적 환경 레코드 생성

선언적 환경 레코드는 ES6에서 추가된 let, const 키워드와 관련이 있다.

해당 키워드로 생성된 변수들은 var 키워드를 이용해 생성된 변수들과는 차이점이 있다.

호이스팅의 차이와 식별자가 저장되는 위치이다.

let, const를 이용해 선언한 변수들은 호이스팅이 일어나 평가 과정에 선언이 이루어 지지만 초기화가 이루어 지지 않고 런타임 시점에 할당된다.
따라서, 선언문 이전에 해당 변수를 참조할 경우 에러가 발생한다.

두번째로 저장되는 위치이다. 앞선 변수의 선언문 단원에서 let, const 키워드로 생성된 변수들은 별도의 블록 스코프에 저장된다고 했다.
여기서 별도의 블록 스코프가 선언적 환경 레코드 이다.

2.2 this 바인딩

전역 환경 레코드 (Global Lexical Environment)의 내부 슬롯 [[GlobalThisValue]]에 this가 바인딩 된다.
전역 환경에서의 this는 전역 객체 이므로 window가 바인딩 된다.

이런 이유로 전역에서 this를 참조할 경우 window가 반환된다.

2.3 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 현재 평가중인 소스코드의 렉시컬 환경, 즉 상위 스코프를 가르킨다.

전역 환경에서의 상위 스코프는 null이며, 이는 전역 렉시컬 환경이 스코프 체인의 종점이라는 것을 의미한다.

전역 코드 실행

this 바인딩 과정 까지 거치며 전역 코드 평가가 마무리 된다.

전역 코드 평가 과정을 정리하자면 아래와 같다.


Global Execution Context (전역 실행 컨텍스트)
 - Lexical Enviroment (렉시컬 환경)
 	- Global Lexical Environment (전역 렉시컬 환경)
    	- Global Environment Record (전역 환경 레코드)
        	- Object Enviroment Record (객체 환경 레코드)
            	- BindingObject
                	- window (전역 객체 바인딩)
            - Declarative Environment Record (선언적 환경 레코드)
            - window (전역 객체)
        - Outer Lexical Environment (외부 렉시컬 환경)

한눈에 보기 쉬운 이미지 참조 부탁한다. 전역 참조 평가.

코드 실행 과정에서는 초기화된 변수와 아직 할당이 안된 변수에 대한 할당이 이루어 진다.
이를 위해서 어느 스코프의 식별자를 참조해야 할지 결정할 필요가 있는데, 이를 식별자 결정 이라 한다.

식별자 결정을 위해 식별자를 검색할 때는 실행 중인 실행 컨텍스트에서 식별자를 검색하기 시작한다.
만약, 현재 스코프의 식별자가 없을 경우 외부 렉시컬 환경에 등록된 스코프를 참조해 상위 스코프로 이동하여 검색한다.

foo 함수 코드 평가

전역 코드의 평가와 실행이 완료 됐으니 다음으로 foo 함수가 평가되고 실행된다.

위에서 봤던 과정을 반복한다고 생각할 수 있지만 몇가지 차이점이 있다.

첫번째는 외부 렉시컬 환경 참조에 상위 스코프인 전역 스코프가 저장된다.
그 이유는 자바스크립트는 함수의 호출 위치가 아닌 정의 위치에 따라서 상위 스코프를 결정하기 때문이다.

자바스크립트 엔진은 함수 정의를 평가하여 상위 스코프를 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장하며, 외부 렉시컬 환경 참조에 저장되는 값이 바로 이 내부 슬롯에 저장된 값이다.

두번째 차이점은 함수 환경 레코드가 생성 된다는 것이다.

함수 환경 레코드는 매개변수, arguments 객체, 함수 내부에서 선언한 지역 변수와 중첩 함수를 등록하고 관리한다.

세번째는 this 바인딩이다.

함수는 호출 방식에 따라서 this에 바인딩 되는 값이 결정 되는데, 현재 foo 함수는 일반 함수로 호출 되었으므로 전역 객체가 바인딩 된다.

foo 함수 실행

foo 함수 실행으로 아직 할당되지 않은 변수값들이 할당 되며 bar 함수의 평가가 시작 된다.

bar 함수의 평가, 실행 과정은 foo 함수와 같기 때문에 생략하겠다.

함수 코드의 실행 종료

각 함수들의 실행이 종료 되면서 각 함수의 실행 컨텍스트 들은 실행 컨텍스트 스택에서 제거(pop)된다.

하지만 여기서 한가지 주의할 점이 있다.

실행 컨텍스트 들은 스택에서 제거 되지만 같이 생성된 렉시컬 환경(스코프)는 다른곳에서 참조될 경우 소멸 되지 않는다.
만약 더이상 참조 되지 않을경우 가비지 컬렉터에 의해서 소멸된다.

이어서 전역 코드도 전부 실행 종료 되며 실행 컨텍스트 스택에는 아무것도 남아 있지 않게 된다.

실행 컨텍스트와 블록 레벨 스코프

var 키워드로 선언한 변수는 함수의 코드 블록만 지역 스코프로 인정하는 반면, let, const 키워드로 선언된 변수는 모든 코드 블록을 지역 스코프로 인정한다.

때문에 블록 레벨 스코프가 생성 되어야 한다.

블록 레벨 스코프는 환경 레코드 (Environment Record), 외부 렉시컬 환경 참조 (Outer Lexical Environment Reference)로 구성되며, 환경 레코드에는 객체 환경 레코드 (Object Environmnet Record)가 생략되고 선언적 환경 레코드 (Declarative Environment Record)만 갖는다.

따라서 let, const로 선언된 식별자들이 해당 스코프에서 관리된다.

이렇게 생성된 블록 레벨 스코프들은 블록 단위 코드들이 실행 될때 현재 실행 컨텍스트와 연결된 렉시컬 환경을 대체하여 실행되며, 블록 단위 코드의 실행이 종료되면 현재 실행 컨텍스트를 다시 이전 렉시컬 환경과 연결 시킨다.

...

아~ 머리아프다 ~
끝

SebellKO

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