[Javascript] 실행 컨텍스트와 클로저

Yeojin Choi·2022년 7월 22일
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Javascript

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1. 실행 컨텍스트

자바스크립트 엔진은 우리가 작성한 코드를 처리할 때 먼저 소스 코드의 평가 과정을 거친 후, 소스 코드를 실행한다.

실행 컨텍스트 ?
소스 코드를 실행하는 데 필요한 환경을 제공하고 코드의 실행 결과를 실제로 관리하는 영역이다.
식별자를 등록하고 식별자에 바인딩된 값을 관리하며, 코드 실행 순서를 관리한다.
렉시컬 환경과 실행 컨텍스트 스택으로 이루어져 있다.

소스 코드의 평가 과정에서는 먼저
1. 실행 컨텍스트를 생성하고,
2. 선언문만 먼저 실행한다.
3. 식별자를 키로 하여 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프(= 렉시컬 환경의 환경 레코드)에 등록한다.

소스 코드 실행 과정(런타임)에서는 이미 실행한 선언문을 제외하고 순차적으로 실행한다. 변수/함수의 참조를 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에서 검색해서 취득한다. 스코프에 등록되어 있다면 값을 할당하고 할당 결과를 실행 컨텍스트에 등록하여 관리한다.

소스 코드 타입에 따라 실행 컨텍스트를 생성하는 과정과 관리 내용이 다르기 때문에 4가지 타입으로 구분한다.

생성 스코프생성 과정/관리 내용생성 실행 컨텍스트
전역 코드전역 스코프전역 변수(var 키워드로 선언)/전역 함수(함수 선언문으로 정의) 를 전역 객체의 프로퍼티/메서드로 바인딩전역 실행 컨텍스트
함수 코드지역 스코프지역 변수, 매개 변수, arguments 객체 관리. 생성한 지역 스코프를 스코프 체인에 연결함수 실행 컨텍스트
eval 코드strict 모드에서 독자적인 스코프-eval 실행 컨텍스트
모듈 코드모듈 별로 독자적인 스코프-모듈 실행 컨텍스트

1) 렉시컬 환경

렉시컬 환경 ?
스코프를 구분하여 식별자를 등록하고 관리하며 상위 스코프에 대한 참조를 기록하는 자료구조

  • 환경 레코드 (EnvironmentRecord) : 스코프에 포함된 식별자를 등록하고 등록된 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 저장소
  • 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 (OuterLexicalEnvironmentReference) : 상위 스코프에 대한 참조를 통해 단방향 링크드 리스크인 스코프 체인을 구현한다.

2) 실행 컨텍스트 스택

실행 컨텍스트 스택 ?
코드의 실행 순서를 관리한다.

자바스크립트 엔진은 먼저 전역 코드를 평가하고 전역 실행 컨텍스트를 생성한다. 그리고 함수가 호출되면 함수 코드를 평가하고 함수 실행 컨텍스트를 생성한다.

이때 생성된 전역 실행 컨텍스트와 함수 실행 컨텍스트는 스택 자료구조로 관리된다.

실행할 코드가 없으면 실행 컨텍스트가 실행 컨텍스트 스택에서 제거된다.
따라서 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트는 현재 실행중인 코드의 실행 컨텍스트 이다.

3) 실행 컨텍스트 생성과 식별자 검색 과정

전역 코드 평가


1.전역 실행 컨텍스트 생성

2.전역 렉시컬 환경 생성, 전역 실행 컨텍스트에 바인딩

  1. 전역 환경 레코드 생성 : 전역 스코프와 전역 객체 관리 (전역 변수의 전역 객체 프로퍼티화)

    • 객체 환경 레코드
      BindingObject (전역 객체) 와 연결됨.
      BindingObject 를 통해 var 전역 변수, 함수 선언문으로 정의한 전역 함수가 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 되어 window 없이 전역 객체의 프로퍼티를 참조할 수 있게 된다. (ex. window.alert 를 alert 로 참조)
    • 선언적 환경 레코드
      let, const 키워드로 선언한 전역변수 관리. 하지만 전역 객체의 프로퍼티가 되지 않기 때문에 참조할 수 없다.

  2. this 바인딩
    전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에 전역 코드에서 this 인 전역 객체가 바인딩된다.

  3. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정
    현재 평가 중인 소스코드는 전역 코드로 상위 스코프가 없으므로 전역 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 null 이 할당된다.

전역 코드 실행

변수 할당문 / 함수 호출문을 실행하기 위해 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 환경 레코드에서 식별자를 검색한다.
전역 렉시컬 환경은 스코프 체인의 종점이므로 전역 렉시컬 환경에서 검색할 수 없는 식별자는 식별자 결정에 실패하여 ReferenceError 를 발생시킨다.

함수 코드 평가

1.함수 실행 컨텍스트 생성

2.함수 렉시컬 환경 생성, 함수 실행 컨텍스트에 바인딩

  1. 함수 환경 레코드 생성

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

  2. this 바인딩
    함수 환경 레코드의 [[ThisValue]] 내부 슬롯에 this 가 바인딩된다. this 는 함수 호출 방식에 따라 결정된다.

    함수 호출 방식에 따라 결정되는 this 

    const foo = function () {
	console.log(this);
 }
 // 1) 일반 함수로 호출 : 전역 객체
 foo(); // window
 // 2) 메서드 호출 : foo 함수를 객체의 프로퍼티 값으로 할당하여 호출. this 는 메서드를 호출한 객체
 const obj = {foo};
 obj.foo(); // obj
 //3) 생성자 함수 호출 : foo 함수를 new 연산자와 함께 생성자 함수로 호출. this 는 생성자 함수가 생성한 인스턴스
 new foo(); // foo{}
 //4) Function.prototype.apply/call/bind 메서드에 의한 간접 호출 : 인수에 의해 결정
 const bar = {name: 'bar};
 foo.call(bar); // bar
 foo.apply(bar); // bar
 foo.bind(bar); // bar

  3. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정
    해당 함수가 평가된 시점에 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조가 할당된다.
    그리고 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]] 에 상위 스코프가 저장된다.

  4. 실행 컨택스트 스택에 푸쉬

함수 코드 실행

변수 할당문 / 함수 호출문을 실행하기 위해 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 환경 레코드에서 식별자를 검색한다.
실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검색할 수 없으면 외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 렉시컬 환경으로 이동하여 식별자를 검색한다.
검색된 식별자에 값을 바인딩한다.

4) 실행 컨텍스트와 블록 레벨 스코프

let x = 1;

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

console.log(x); // 1

위의 예제에서 if 문의 코드 블록이 실행되면 선언적 환경 레코드를 갖는 렉시컬 환경을 새롭게 생성하여 기존의 전역 렉시컬 환경을 교체한다.

새롭게 생성된 if 문의 코드 블록을 위한 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 if 문이 실행 되기 이전의 렉시컬 환경, 즉 전역 렉시컬 환경이다.

if 문 코드 블록의 실행이 종료되면 if 문의 코드 블록이 실행되기 이전의 렉시컬 환경으로 되돌린다.

이는 블록 레벨 스코프를 생성하는 모든 블록문에 적용되며, for 문의 변수 선언문에 let 키워드를 사용한 for 문은 (ex. for(let i=0;)) 코드 블록이 반복해서 실행될 때마다 식별자 (for 문의 변수 선언문, 지역 변수 등) 을 유지해야 한다.
이를 위해 for 문의 코드 블록이 반복해서 실행될 때마다 독립적인 렉시컬 환경을 생성하여 식별자의 값을 유지한다.

2. 클로저

1) 클로저란?

클로저 ?
외부 함수보다 중첩 함수가 더 오래 유지되는 경우 중첩 함수는 이미 소멸된 외부 함수의 변수를 참조할 수 있다.
함수가 생성됐을 당시의 외부 변수를 기억하여 생성 이후에도 계속 접근 가능하다.

const x = 1;

function outer() { // (1)
	const x = 10;
    const inner = function () { // (3)
    	console.log(x);
    }
    return inner;
}
const innerFunc = outer(); // (2), (4)
innerFunc(); // 10

(1) outer 함수 평가
함수 객체를 생성 할 때 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경(= 전역 렉시컬 환경) 을 outer 함수 객체의 [[Environment]] 내부 슬롯에 상위 스코프로 저장한다.

(2) outer 함수 호출
outer 함수의 렉시컬 환경이 생성되고, outer 함수 객체의 [[Environment]] 내부 슬롯에 저장된 전역 렉시컬 환경을 outer 함수 렉시컬 환경의 "외부 렉시컬 환경에 대한 참조" 에 할당한다.

(3) inner 함수 평가
inner 함수 객체 내부 [[Environment]] 내부 슬롯에 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경(= outer 함수의 렉시컬 환경) 을 저장한다.

(4) outer 함수 실행 종료
outer 함수의 실행 컨텍스트가 실행 컨텍스트에서 제거되며 outer 함수의 생명주기가 종료되지만 outer 함수의 렉시컬 환경까지 소멸하는 것은 아니다. outer 함수의 렉시컬 환경이 inner 함수의 [[Environment]] 내부 슬롯에 의해 참조되고 있으므로 가비지 컬렉션의 대상이 되지 않기 때문이다!

(5) inner 함수 호출
inner 함수의 렉시컬 환경이 생성되고 inner 함수 렉시컬 환경의 "외부 렉시컬 환경에 대한 참조" 에 inner 함수 객체의 [[Environment]] 슬롯에 저장되어 있던 outer 함수의 렉시컬 환경에 대한 참조값이 저장된다.

이처럼 중첩 함수가 외부 함수보다 더 오래 유지되는 경우 중첩 함수는 자신이 정의된 위치에 의해 결정된 상위 스코프를 기억하기에 외부 함수가 소멸해도 상위 스코프의 식별자를 참조할 수 있고 값을 변경 할 수도 있게 되는 것을 클로저 라고 한다.

2) 클로저의 활용

상태를 안전하게 은닉하고 특정 함수에게만 상태 변경을 허용하기 위해 사용된다.

let num = 0;

const increase = function () {
	return ++num;
}

console.log(increase()); // 1
console.log(increase()); // 2

잘 동작하는 것처럼 보이지만 카운트 상태(num) 이 전역 변수를 통해 관리되고 있어 누구나 접근할 수 있고 변경할 수 있다.
increase 함수 만이 num 을 변경 할 수 있도록 지역 변수로 바꿔보자.

const increase = function () {
  	let num = 0;
	return ++num;
}
console.log(increase()); // 1
console.log(increase()); // 1

num 상태를 increase 함수만이 변경할 수 있지만 increase 함수가 호출될 때마다 지역변수 num 이 다시 선언되고 0 으로 초기화되는 문제가 있다.
이전 상태를 유지할 수 있도록 클로저를 사용해보자.

const increase = (function () {
	let num = 0;
  	return function() {
      return ++num;
    };
}());
console.log(increase()); // 1
console.log(increase()); // 2

즉시 실행 함수가 호출되고 반환한 함수가 increase 변수에 할당된다.
increase 변수에 할당된 함수는 즉시 실행 함수의 렉시컬 환경을 기억하는 클로저이기 때문에 즉시 실행 함수의 지역 변수인 num 상태를 참조 및 변경할 수 있다.
즉시 실행 함수가 반환한 클로저는 한번만 실행되므로 increase가 호출될 때마다 num 변수가 다시 초기화되지 않는다.

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