모던 자바스크립트 Deep Dive 스터디

23. 실행 컨텍스트

💡 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 관리된다.

23.1 소스코드의 타입

ECMAScript 사양은 소스코드를 4가지 타입으로 구분한다.

1. 전역 코드
   전역 코드는 전역 변수를 관리하기 위해 최상위 스코프인 전역 스코프를 생성해야 한다.
   var 키워드로 선언된 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수를 전역 객체의 프로퍼티와 메서드로 바인딩하고 참조하기 위해 전역 객체와 연결되어야 한다. 이를 위해 전역 코드가 평가되면 전역 실행 컨텍스트가 생성된다.

2. 함수 코드
   함수 코드는 지역 스코프를 생성하고 지역 변수, 매개변수, arguments 객체를 관리해야 한다.
   그리고 생성한 지역 스코프를 전역 스코프에서 시작하는 스코프 체인의 일원으로 연결해야 한다. 이를 위해 함수 코드가 평가되면 함수 실행 컨텍스트가 생성된다.

3. eval 코드
   eval 코드는 strict mode에서 자신만의 독자적인 스코프를 생성한다. 이를 위해 eval 코드가 평가되면 eval 실행 컨텍스트가 생성된다.

4. 모듈 코드
   모듈 코드는 모듈별로 독립적인 모듈 스코프를 생성한다. 이를 위해 모듈 코드가 평가되면 모듈 실행 컨텍스트가 생성된다.

23.2 소스코드의 평가와 실행

자바스크립트 엔진은 소스코드를 2개의 '소스코드의 평가'와 '소스코드의 실행' 과정으로 나누어 처리한다.

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

소스코드 평가 과정이 끝나면 비로소 선언문을 제외한 소스코드가 순차적으로 실행되기 시작한다.(런타임 시작) 이때 소스코드 실행에 필요한 정보, 즉 변수나 함수의 참조를 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에서 검색해서 취득한다. 그리고 변수 값의 변경 등 소스코드의 실행 결과는 다시 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록된다.

var x;
x = 1;

• 소스코드 평가 과정
  • 변수 선언문 var x;를 먼저 실행.
  • 생성된 변수 식별자 x는 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록되고 undefined로 초기화
• 소스코드 실행 과정
  • 변수 할당문 x = 1;만 실행
  • 할당하려면 x가 선언된 변수인지 확인부터 해야함.
  • 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 x변수가 등록되어 있는지 확인.
  • 선언된 변수라면 값을 할당하고 할당 결과를 실행 컨텍스트에 등록하여 관리.

23.3 실행 컨텍스트의 역할

const x = 1;
const y = 2;

function foo(a) {
  const x = 10;
  const y = 20;
  
  console.log(a + x + y);
}

foo(100); // 130

console.log(x + y); // 3

1. 전역 코드 평가
   전역 코드를 실행하기에 앞서 전역 코드 평가 과정을 거친다.
   전역 코드의 변수 선언문과 함수 선언문이 먼저 실행되고, 생성된 전역 변수와 전역 함수가 실행 컨텍스트가 관리하는 전역 스코프에 등록된다.
   이때 var 키워드로 선언된 전역 변수와 전역 함수는 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 된다.

2. 전역 코드 실행
   런타임이 시작된다. 전역 변수에 값이 할당되고 함수가 호출된다.
   함수가 호출되면 전역 코드의 실행을 일시 중단하고 코드 실행 순서를 변경하여 함수 내부로 진입한다.

3. 함수 코드 평가
   함수 내부의 문들을 실행하기에 앞서 함수 코드 평가 과정을 거친다.
   매개변수와 지역 변수 선언문이 먼저 실행되고, 생성된 매개변수와 지역 변수가 실행 컨텍스트가 관리하는 지역 스코프에 등록된다.
   또한 함수 내부에서 지역 변수처럼 사용할 수 있는 arguments 객체가 생성되어 지역 스코프에 등록되고 this 바인딩도 결정된다.

4. 함수 코드 실행
   런타임이 시작된다.
   매개변수와 지역 변수에 값이 할당되고 console.log 메서드가 호출된다.
   먼저 식별자인 console을 스코프 체인을 통해 검색한다. console 식별자는 스코프 체인에 등록되어 있지 않고 전역 객체에 프로퍼티로 존재한다. 즉, 전역 객체의 프로퍼티는 전역 스코프를 통해 검색 가능하다.
   log 프로퍼티를 console 객체의 프로토타입 체인을 통해 검색한다. 그후 console.log 메서드에 인수로 전달된 표현식 a + x + y가 평가된다. a x y 식별자는 스코프 체인을 통해 검색한다.
   console.log 메서드의 실행이 종료되면 함수 코드 실행 과정이 종료되고 함수 호출 이전으로 되돌아가 전역 코드 실행을 계속한다.

이처럼, 코드가 실행되려면 스코프, 식별자, 코드 실행 순서 등의 관리가 필요하다.
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 관리된다.

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

23.4 실행 컨텍스트의 역할

const x = 1;

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

foo(); // 6

실행 컨텍스트 스택은 코드의 실행 순서를 관리한다.
실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트는 언제나 현재 실행 중인 코드의 실행 컨텍스트다. 이를 실행 중인 실행 컨텍스트라 부른다.

23.5 렉시컬 환경

렉시컬 환경은 식별자와 식별자에 바인딩된 값, 그리고 상위 스코프에 대한 참조를 기록하는 자료구조로 실행 컨텍스트를 구성하는 컴포넌트다.
즉, 렉시컬 환경은 스코프를 구분하여 식별자를 등록하고 관리하는 저장소 역할을 하는 렉시컬 스코프의 실체다.

렉시컬 환경은 두 개의 컴포넌트로 구성된다.

• 환경 레코드
  • 스코프에 포함된 식별자를 등록하고 등록된 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 저장소다.
• 외부 렉시컬 환경에 대한 참조
  • 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 상위 스코프를 가리킨다.
  • 상위 스코프란 외부 렉시컬 환경, 즉 해당 실행 컨텍스트를 생성한 소스코드를 포함하는 상위 코드의 렉시컬 환경을 말한다.
  • 이를 통해 단방향 링크드 리스트인 스코프 체인을 구현한다.

23.6 실행 컨텍스트의 생성과 식별자 검색 과정

var x = 1;
const y = 2;

function foo(a) {
  var x = 3;
  const y = 4;
  
  function bar(b) {
    const z = 5;
    console.log(a + b + x + y + z);
  }
  bar(10);
}

foo(20); // 42

23.6.1 전역 객체 생성

전역 객체는 전역 코드가 평가되기 이전에 생성된다.
전역 객체에 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체가 추가되며 각종 Web API또는 호스트 객체를 포함한다.
전역 객체도 Object.prototype을 상속받는다. 즉, 전역 객체도 프로토타입 체인의 일원이다.

23.6.2 전역 코드 평가

전역 코드 평가 순서는 다음과 같다.

• 전역 실행 컨텍스트 생성
• 전역 렉시컬 환경 생성
  • 전역 환경 레코드 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 생성하여 실행 컨텍스트 스택에 푸시한다.
전역 실행 컨텍스트가 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다.

2. 전역 렉시컬 환경 생성

전역 렉시컬 환경을 생성하고 전역 실행 컨텍스트에 바인딩한다.
렉시컬 환경은 환경 레코드와 외부 렉시컬 환경에 대한 참조로 구성된다.

2.1. 전역 환경 레코드 생성

전역 환경 레코드는 var 키워드와 let const 키워드로 선언된 전역 변수를 구분하기 위해 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드로 구성되어 있다.

2.1.1. 객체 환경 레코드 생성

객체 환경 레코드는 BindingObject라고 부르는 객체와 연결된다.
BindingObject는 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.

2.1.2. 선언적 환경 레코드 생성

let const 키워드로 선언된 전역 변수는 선언적 환경 레코드에 등록되고 관리된다.
해당 변수들은 선언 단계와 초기화 단계가 분리되어 진행된다.
따라서 런타임에 실행 흐름이 변수 선언문에 도달하기 전까지 일시적 사각지대에 빠진다.

2.2. this 바인딩

전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩된다.
일반적으로 전역 코드에서 this는 전역 객체를 가리킨다.
전역 코드에서 this를 참조하면 전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에 바인딩되어 있는 객체가 반환된다.

2.3. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 상위 스코프를 가리킨다.
전역 코드를 포함하는 소스코드는 없으므로 null이 할당된다.
이는 전역 렉시컬 환경이 스코프 체인의 종점에 존재함을 의미한다.

23.6.3 전역 코드 실행

런타임이 시작되고, 변수 할당문이 실행되어 전역 변수 x y에 값이 할당된다.
그리고 foo함수가 호출된다.

변수 할당문 또는 함수 호출문을 실행하려면 변수 또는 함수 이름이 선언된 식별자인지 확인해야한다.
선언되지 않은 식별자는 참조할 수 없다.
또한 식별자는 스코프가 다르면 같은 이름을 가질 수 있다. 즉, 동일한 이름의 식별자가 다른 스코프에 여러 개 존재할 수도 있다.
따라서 어느 스코프의 식별자를 참조하면 되는지 결정해야 하는데, 이를 식별자 결정이라 한다.

23.6.4 foo 함수 코드 평가

foo 함수 코드 평가 순서는 다음과 같다.

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

1. 함수 실행 컨텍스트 생성

foo 함수 실행 컨텍스트를 생성한다.
생성된 함수 실행 컨텍스트는 함수 렉시컬 환경이 완성된 다음 실행 컨텍스트 스택에 푸시된다.
이때 foo 함수 실행 컨텍스트는 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다.

2. 함수 렉시컬 환경 생성

foo 함수 렉시컬 환경을 생성하고 foo 함수 실행 컨텍스트에 바인딩한다.
렉시컬 환경은 환경 레코드와 외부 렉시컬 환경에 대한 참조로 구성된다.

2.1. 함수 환경 레코드 생성

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

2.2. this 바인딩

함수 환경 레코드의 [[ThisValue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩된다.
[[ThisValue]] 내부 슬롯에 바인딩될 객체는 함수 호출 방식에 따라 결정된다.

foo 함수는 일반 함수로 호출되었으므로 this는 전역 객체를 가리킨다.
따라서 [[ThisValue]] 내부 슬롯에는 전역 객체가 바인딩된다.
foo 함수 내부에서 this를 참조하면 [[ThisValue]] 내부 슬롯에 바인딩되어 있는 객체가 반환된다.

2.3. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

foo 함수 정의가 평가된 시점에 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조가 할당된다.
foo 함수는 전역 코드에 정의된 전역 함수다. 따라서 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에는 전역 렉시컬 환경의 참조가 할당된다.

자바스크립트는 함수를 어디서 호출했는지가 아니라 어디서 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정한다.
함수 객체는 자신이 정의된 스코프, 즉 상위 스코프를 기억한다.
자바스크립트 엔진은 함수 정의를 평가하여 함수 객체를 생성할 대 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경, 즉 함수의 상위 스코프를 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장한다.
함수 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 할당되는 것은 바로 함수의 상위 스코프를 가리키는 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 렉시컬 환경의 참조다.

23.6.5 foo 함수 코드 실행

런타임이 시작되어 foo 함수의 소스코드가 순차적으로 실행되기 시작한다.
매개변수에 인수가 할당되고, 변수 할당문이 실행되어 지역 변수 x y에 값이 할당된다.
이때 식별자 결정을 위해 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검색하기 시작한다.
그리고 함수 bar가 호출된다.

23.6.6 bar 함수 코드 평가

foo 함수 코드 평가와 동일한 과정을 거친다.

23.6.7 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 실행된다.

console 식별자 검색
console 식별자를 스코프 체인에서 검색한다. 스코프 체인은 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 시작하여 외부 렉시컬 환경에 대한 참조로 이어지는 렉시컬 환경의 연속이다.

1. 먼저 bar 함수 렉시컬 환경에서 console 식별자를 검색한다.
2. 없으므로 스코프 체인 상의 상위 스코프, 즉 외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 foo 함수 렉시컬 환경으로 이동하여 console 식별자를 검색한다.
3. 마찬가지로 없다. 그렇다면 다시 한 번 상위 스코프로 이동한다. foo 함수 렉시컬 환경에서 외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 것은 전역 렉시컬 환경이다.
4. 전역 렉시컬 환경의 객체 환경 레코드의 BindingObject를 통해 전역 객체에서 console을 찾을 수 있다.

log 메서드 검색

이제 console 식별자에 바인딩된 객체, 즉 console 객체에서 log 메서드를 검색한다.
이때 console 객체의 프로토타입 체인을 통해 메서드를 검색한다. log는 상속된 프로퍼티가 아니라 console 객체가 직접 소유하는 프로퍼티다.

표현식 a + b + x + y + z의 평가

이제 console.log 메서드에 전달할 인수인 표현식 a + b + x + y + z를 평가하기 위해 a b x y z 식별자를 검색한다.

console.log 메서드 호출

표현식 a + b + x + y + z가 평가되어 생성한 값 42를 console.log 메서드에 전달하여 호출한다.

23.6.8 bar 함수 코드 실행 종료

더 이상 실행할 코드가 없으므로 bar 함수 코드의 실행이 종료된다.
실행 컨텍스트 스택에서 bar 함수 실행 컨텍스트가 팝되어 제거되고 foo 실행 컨텍스트가 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다.

23.6.9 foo 함수 코드 실행 종료

더 이상 실행할 코드가 없으므로 foo 함수 코드의 실행이 종료된다.
실행 컨텍스트 스택에서 foo 함수 실행 컨텍스트가 팝되어 제거되고 전역 실행 컨텍스트가 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다.

23.6.10 전역 코드 실행 종료

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

23.7 실행 컨텍스트와 블록 레벨 스코프

let const로 선언한 변수는 모든 코드 블록을 지역 스코프로 인정하는 블록 레벨 스코프를 따른다.

let x = 1;

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

console.log(x); // 1

if문의 코드 블록 이 실행되면 코드 블록을 위한 블록 레벨 스코프를 생성해야 한다.
렉시컬 환경을 새롭게 생성하여 기존의 전역 렉시컬 환경을 교체한다.
실행 컨텍스트를 새롭게 생성하는 것이 아니라 렉시컬 환경을 생성하여 기존의 렉시컬 환경을 교체한다는 점을 주의하자.
이때 생성된 코드 블록을 위한 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 if 문이 실행되기 이전의 전역 렉시컬 환경을 가리킨다.