23장 실행 컨텍스트

• 자바스크립트의 동작 원리를 담고 있는 핵심 개념

23.1 소스코드의 타입

• ECMAScript 사양은 소스코드를 4가지 타입으로 구분한다.
• 4가지 타입의 소스코드는 실행 컨텍스트를 생성한다
  • 전역 코드 : 전역에 존재하는 소스코드. 전역에 정의된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함 되지 않음.
  • 함수 코드 : 함수 내부에 존재하는 소스코드. 함수 내부에 중첩된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함 되지 않음.
  • eval 코드 : 빌트인 전역 함수인 eval 함수에 인수로 전달되어 실행되는 소스코드.
  • 모듈 코드 : 모듈 내부에 존재하는 소스코드. 모듈 내부의 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함 되지 않음.
• 소스코드의 타입에 따라 실행 컨텍스트를 생성하는 과정과 관리 내용이 다름.

1. 전역 코드
   • 전역 변수를 관리하기 위해 최상위 스코프인 전역 스코프를 생성 해야 함.
   • 전역 변수(var 키워드로 선언)와 전역 함수(함수 선언문으로 정의)를 전역 객체의 프로퍼티와 메서드로 바인딩하고 참조하기 위해 전역 객체와 연결되어야 함.
   • 전역 코드가 평가되면 전역 실행 컨텍스트가 생성됨.
2. 함수 코드
   • 지역 스코프를 생성하고 지역 변수, 매개변수, arguments 객체를 관리해야 함.
   • 생성한 지역 스코프를 전역 스코프에서 시작하는 스코프 체인의 일원으로 연결해야 함.
   • 함수 코드가 평가되면 함수 실행 컨텍스트가 생성됨.
3. eval 코드
   • strict mode에서 자신만의 독자적인 스코프를 생성함.
   • eval 코드가 평가되면 eval 실행 컨텍스트가 생성됨.
4. 모듈 코드
   • 모듈별로 독자적인 모듈 스코프를 생성함.
   • 모듈 코드가 평가되면 모듈 실행 컨텍스트가 생성됨.

23.2 소스코드의 평가와 실행

• 자바스크립트 엔진은 소스코드를 소스코드의 평가와 소스코드의 실행으로 나누어 처리함.
  • 소스 코드 평가 과정 : 실행 컨텍스트를 생성 -> 변수, 함수 등의 선언문만 먼저 실행 -> 생성된 변수나 함수 식별자를 키로 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록.
  • 소스코드의 실행 과정 : 런타임 -> 소스 코드 실행에 필요한 정보(변수나 함수의 참조)를 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에서 검색해서 취득함. -> 변수 값의 변경 등 소스코드의 실행 결과는 다시 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록.

23.3 실행 컨텍스트의 역할

// 전역 변수 선언
const x = 1;
const y = 2;

// 함수 정의
function foo(a) {
    // 지역 변수 선언
    const x = 1;
    const y = 2;

    // 메서드 호출
    console.log(a + x + y); // 130
}

// 함수 호출
foo(100);

// 메서드 호출
console.log(x + y); // 3

위와 같이 전역 코드와 함수 코드로 구성이 되어 있는 경우 자바스크립트 엔진은 다음과 같이 평가하고 실행한다.
1. 전역 코드 평가

• 전역 코드의 변수 선언문과 함수 선언문이 먼저 실행
• 생성된 전역 변수와 전역 함수가 실행 컨텍스트가 관리하는 전역 스코프에 등록 됨(이때 var 키워드로 선언된 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수는 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 됨)

2. 전역 코드 실행
   • 전역 코드 평가 과정
   • 런타임 시작
   • 전역코드 순차적으로 실행(이때 전역 변수에 값이 할당되고 함수가 호출됨)
   • 함수가 호출되면 전역 코드의 실행을 일시중단하고 함수 내부로 진입
3. 함수 코드 평가
   • 매개변수와 지역 변수 선언문이 먼저 실행
   • 생성된 매개변수와 지역 변수가 실행 컨텍스트가 관리하는 지역 스코프에 등록
   • 함수 내부에서 지역 변수처럼 사용할 수 있는 arguments 객체가 생성되어 지역 스코프에 등록 되고, this 바인딩도 결정됨.
4. 함수 코드 실행
   • 함수 코드 평가 과정
   • 런타임 시작
   • 함수코드 순차적으로 실행(이때 매개변수와 지역 변수에 값이 할당되고 console.log 메서드가 호출됨.)
   • console.log 메서드 호출을 위해 식별자인 console을 스코프 체인을 통해 검색
   • 전역 객체에 등록되어 있는 프로퍼티인 console을 스코프 체인으로 검색하여 찾음
   • log 프로퍼티를 console 객체의 프로토타입 체인을 통해 검색하여 찾음
   • 인수로 전달된 표현식 a + x + y 평가(이때 a, x, y 식별자는 스코프 체인을 통해 검색)
   • console.log 메서드 종료 -> 함수 코드 실행 종료 -> 일시 중단했던 전역 코드로 돌아가 실행

• 이처럼 코드가 실행 되려면, 다음과 같이 스코프, 식별자, 코드 실행 순서 등의 관리가 필요하다
  • 선언에 의해 생성된 모든 식별자를 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 이동하며 식별자를 검색할 수 있어야 한다.
  • 현재 실행 중인 코드의 실행 순서를 변경(예를 들어, 함수를 호출에 의한 실행 순서 변경)할 수 있어야 하며 다시 되돌아갈 수도 있어야 한다.
• 실행 컨텍스트는 소스코드를 실행하는 데 필요한 환경을 제공하고 코드의 실행 결과를 실제로 관리하는 영역이다.
• 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

• 실행 컨텍스트는 스택 자료구조로 관리된다. 이를 실행 컨텍스트 스택이라고 부른다.
• 실행 컨텍스트는 선입후출로 실행 컨텍스트가 추가되고 제거 된다.

const x = 1;
function foo() {
   const y = 2;

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

   bar();
}

foo(); // 6

• 위의 코드 실행 순서를 표시하자면 아래처럼 흘러 간다.
  1. 전역 코드의 평가와 실행
  2. foo 함수 코드의 평가와 실행
  3. bar 함수 코드의 평가와 실행
  4. foo 함수 코드로 복귀
  5. 전역 코드로 복귀
• 이처럼 실행 컨텍스트 스택은 코드의 실행 순서를 관리한다.
• 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트는 언제나 현재 실행중인 코드의 실행 컨텍스트다.

23.5 렉시컬 환경

• 렉시컬 환경 : 식별자와 식별자에 바인딩된 값, 그리고 상위 스코프에 대한 참조를 기록하는 자료구조로 실행 컨텍스트를 구성하는 컴포넌트이다.
• 간단하게 말해서 렉시컬 환경은 스코프와 식별자를 관리한다.
• 렉시컬 환경은 두 개의 컴포넌트로 구성된다.
  • 환경 레코드 : 스코프에 포함된 식별자를 등록하고 등록된 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 저장소다
  • 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 : 상위 스코프를 가리킨다.

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.

23.6.2 전역 코드 평가

1. 전역 실행 컨텍스트 생성

• 전역 실행 컨텍스트를 생성하여 실행 컨텍스트 스택에 푸시한다.

2. 전역 렉시컬 환경 생성

2.1. 전역 환경 레코드 생성

• 전역 환경 레코드는 객체 환경 레코드 와 선언적 환경 레코드 로 구성되어 있다.
  • 객체 환경 레코드 : var 전역 변수, 함수 선언문으로 정의한 전역 함수, 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체를 관리.
  • 선언적 환경 레코드 : let, const 전역 변수를 관리.

2.1.1. 객체 환경 레코드 생성

• 객체 환경 레코드는 BindingObject 객체와 연결 된다.
• var 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수는 BindingObject 객체를 통해 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 된다.

2.1.2. 선언적 환경 레코드 생성

• let, const 키워드로 선언한 전역 변수는 선언적 환경 레코드에 등록되고 관리된다.
• const 키워드로 선언한 변수는 "선언 단계"와 "초기화 단계"가 분리되어 진행한다. 런타임에 실행 흐름이 변수 선언문에 도달하기 전까지 일시적 사각지대에 빠지게 된다.
• let, const 키워드로 선언한 변수도 호이스팅이 발생하는 것은 변함 없다. 단, 런타임에 컨트롤이 변수 선언문에 도달하기 전까지 일시적 사각지대에 빠지기 때문에 참조할 수 없다.

2.2. this 바인딩

• 전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩된다.
• 전역코드에서 this는 전역 객체를 가리키므로 전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에는 전역 객체가 바인딩 된다.
• this 바인딩은 전역 환경 레코드와 함수 환경 레코드에만 존재한다.

2.3. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조

• 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 현재 평가 중인 소스코드를 포함하는 외부 소스코드의 렉시컬 환경, 즉 상위 스코프를 가리킨다.
• 전역 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 null이 할당된다. 스코프 체인의 종점에 존재함을 의미한다.

23.6.3 전역 코드 실행

• 변수 할당문 또는 함수 호출문을 실행하려면 먼저 변수 또는 함수 이름이 선언된 식별자인지 확인해야 한다.
• 식별자 결정을 위해 식별자를 검색할 때는 실행 중인 실행 컨텍스트에서 식별자를 검색하기 시작한다.
• 만약, 실행 중인 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 종점이기 때문에 참조 에러를 발생 시킨다.

23.6.4 foo 함수 코드 평가

• foo 함수가 호출되면 전역 코드의 실행을 일시 중단하고 foo 함수 내부로 코드의 제어권이 이동한다.

1. 함수 실행 컨텍스트 생성

• 함수 실행 컨텍스트를 생성한다.
• 생성된 함수 실행 컨텍스트는 함수 렉시컬 환경이 완성된 다음 실행 컨텍스트 스택에 푸시된다.
• foo 함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택의 최상위가 된다.

2. 함수 렉시컬 환경 생성

• foo 함수 렉시컬 환경을 생성하고 foo 함수 실행 컨텍스트에 바인딩 한다.
• 렉시컬 환경 = 환경 레코드 + 외부 렉시컬 환경에 대한 참조

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.
• this는 함수 호출 방식에 따라 결정된다.
• foo 함수는 일반 함수로 호출되었으므로 this는 전역 객체를 가리킨다.

2.3. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

• 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 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, 어디에 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정한다
• 함수 정의를 평가하여 함수 객체를 생성할 때 함수의 상위 스코프를 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]] 에 저장한다.
• 함수 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 할당 되는 것은 함수의 상위 스코프를 가리키는 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 렉시컬 환경의 참조다.

23.6.5 foo 함수 코드 실행

• foo 함수가 실행된다.
• 이때 식별자 결정을 위해 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검색하기 시작한다.

23.6.6 bar 함수 코드 평가

• bar 함수가 호출되면 bar 함수 내부로 코드의 제어권이 이동한다. 그리고 bar 함수 코드를 평가하기 시작한다.
• 실행 컨텍스트와 렉시컬 환경의 생성 과정은 foo 함수코드 평가와 동일하다.

23.6.7 bar 함수 코드 실행

• bar 함수가 실행된다.
• console.log(a + b + x + y + z)는 다음 순서로 실행된다.

1. console 식별자 검색

• console 식별자를 스코프 체인을 통해 검색한다.

2. log 메서드 검색

• console 식별자에 바인딩된 객체, 즉 console 객체에서 프로토타입 체인을 통해 log 메서드를 검색한다.

3. 표현식 a + b + x + y + z의 평가

• a, b, x, y, z 식별자를 스코프 체인을 통해 검색한다.

4. console.log 메서드 호출

• 3번의 표현식을 console.log 메서드에 전달하여 호출한다.

23.6.8 bar 함수 코드 실행 종료

• 더는 실행할 코드가 없으므로 bar 함수 코드의 실행이 종료된다.
• 이때 실행 컨텍스트 스택에서 bar 함수 실행 컨텍스트가 팝되어 제거된다.

23.6.9 foo 함수 코드 실행 종료

• 더는 실행할 코드가 없으므로 foo 함수 코드의 실행이 종료된다.
• 실행 컨텍스트 스택에서 foo 함수 실행 컨텍스트가 팝되어 제거된다.

23.6.19 전역 코드 실행 종료

• 더는 실행할 코드가 없으므로 전역 코드의 실행이 종료된다.
• 실행 컨텍스트 스택에서 전역 실행 컨텍스트가 팝되어 제거되고, 실행 컨텍스트 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 블록 내에서 let 키워드로 변수가 선언되었다.
• 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 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 if 문이 실행되기 이전의 전역 렉시컬 환경을 가리킨다.
• 이는 if문 뿐만 아니라 블록 레벨 스코프를 생성하는 모든 블록문에 적용된다.
• for문의 변수 선언문에 let 키워드를 사용한 for문은 코드 블록이 반복해서 실행될 때마다 코드 블록을 위한 새로운 렉시컬 환경을 생성한다.