실행 컨텍스트

🔖 Before start
모던 자바스크립트 deep dive를 보고 정리한 글이다.

1. 소스코드 타입

ECMAScript는 소스코드를 4가지 타입으로 구분하며, 각 타입에 따라 실행 컨텍스트를 생성하는 과정과 관리하는 내용이 다르다. 뒤에 내용을 읽으면 더 잘 이해가 되겠지만, 우선 대략적으로 짚어보고 넘어가겠다.

📍전역 코드

최상위 스코프인 전역 스코프를 생성한다. var 키워드와 함수 선언문으로 정의된 함수를 전역 객체 프로퍼티와 메서드로 바인딩한다. 전역 코드가 평가되고 전역 실행 컨텍스트가 생성된다.

📍함수 코드

지역 스코프를 생성하고 스코프 체인에 연결하며, 지역 변수, 매개 변수, arguments 객체를 관리한다. 함수 코드가 평가되고 함수 실행 컨텍스트가 생성된다.

📍eval 코드

strict mode에서 독자적인 스코프를 생성한다. eval 코드가 평가되고 eval 실행 컨텍스트가 생성된다.

📍모듈 코드

모듈별로 독립적인 모듈 스코프를 생성한다. 모듈 코드가 평가되고 모듈 실행 컨텍스트가 생성된다.

2. 소스코드 평가와 실행

자바스크립트 엔진은 모든 소스코드를 소스코드 평가와 소스코드 실행 2가지 과정으로 나누어 처리한다.

2-1. 소스코드 평가

1️⃣ 실행 컨텍스트를 생성하고 변수, 함수 등의 선언문만 먼저 실행한다.

2️⃣ 생성된 변수나 함수 식별자를 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록한다.

2-2. 소스코드 실행

소스코드 평가가 끝나면 선언문을 제외한 소스코드가 순차적으로 실행된다. 런타임이 시작되는 것이다.

1️⃣ 소스코드 실행에 필요한 정보, 즉 변수나 함수의 참조를 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에서 검색해 가져온다.

2️⃣ 변수 값의 변경과 같은 소스코드의 실행 결과를 다시 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록한다.

2-3. 예시

var x;	// 소스코드 평가 - 선언문 먼저 실행
x=1;	// 소스코드 실행 - 선언문 제외 순차적 실행

자바스크립트 엔진은 먼저 소스코드 평가를 진행한다. 선언문 var x;를 먼저 실행하고 식별자 x를 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록한다. var로 선언되었기 때문에 바로 undefined로 초기화된다.

소스코드 평가가 끝나면 선언문을 제외한 코드를 순차적으로 실행한다. 우선 x 식별자가 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록되어 있는지 확인한다. 스코프에 등록되어 있다면 x에 1을 할당하고 할당 결과를 다시 실행 컨텍스트에 등록해 관리한다.

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그러면 소스코드가 평가되고 실행되는 과정에서 실행 컨텍스트는 어떤 역할을 하는지 구체적인 예시를 통해 알아보자.

// 전역 변수 선언
const x = 1;
const y = 2;

// 함수 선언문으로 함수 정의
function foo(a){
  // 지역 변수 선언
  const x = 10;
  const y = 20;
  // 메서드 호출
  console.log(a+x+y);
}

// 함수 실행
foo(100);

// 메서드 호출
console.log(x+y);

1. 전역 코드 평가

   전역 코드의 변수 선언문과 함수 선언문이 실행되고, 식별자 x, y는 실행 컨텍스트가 관리하는 전역 스코프에 등록된다. var 키워드로 선언된 전역 변수나 함수 선언문으로 정의된 전역 함수는 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 된다.

2. 전역 코드 실행

   전역 코드 평가가 끝나면 런타임이 시작되어 전역 코드가 순차적으로 실행된다. 전역 변수에 값이 할당되고 함수가 호출된다. 함수가 호출되면 전역 코드 실행을 일시 중단하고 코드 실행 순서를 변경해 함수 내부로 진입한다.

3. 함수 코드 평가 : arguments 객체 생성, this 바인딩 결정

   함수 내부로 진입하면 역시 코드 평가를 먼저 실행한다. 매개 변수 a와 지역 변수 x, y 선언문이 먼저 실행되고, 생성된 식별자는 실행 컨텍스트가 관리하는 지역 스코프에 등록된다. 또한 함수 내부에서 지역 변수처럼 사용되는 arguments 객체가 생성되어 지역 스코프에 등록되고 this 바인딩도 결정된다.

4. 함수 코드 실행

   함수 코드 평가가 끝나면 함수 코드가 순차적으로 실행된다. 매개변수와 지역 변수에 값이 할당되고 console.log 메서드가 호출된다. console 객체 프로토타입 체인을 통해 log 프로퍼티를 검색한다.

   📍 console 전역 객체와 스코프 체인
   
   console 객체는 자바스크립트 전역 스코프에 위치하는 전역 객체다.
   따라서 어떤 함수나 블록 내에 선언되지 않고 사용될 수 있으며, 스코프 체인에 포함되지 않는다.
   
   전역 스코프는 모든 스코프 체인의 최상위에 위치하며, 모든 스코프에서 접근 가능한 변수와 객체를 포함한다.
   따라서 console 객체는 스코프 체인의 고려 대상이 아니며, 어디서든 사용할 수 있다.

   그 다음 인수로 전달된 a+x+y 가 평가된다. a x y는 스코프 체인을 통해 검색된다. console.log 메서드 실행이 끝나면 함수 코드 실행이 종료되고 다시 전역 코드 실행을 계속한다.

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3. 실행 컨텍스트 역할

식별자를 등록하고 관리하는 스코프와 코드 실행 순서 관리를 구현한 매커니즘

실행 컨텍스트는 소스코드를 실행하는데 필요한 환경을 제공하고 실행 결과를 관리하는 영역이다.

1️⃣ 지역 스코프와 전역 스코프를 구분하고, 2️⃣ 식별자와 식별자에 바인딩 된 값을 관리하며, 3️⃣ 중첩 관계에 의해 스코프 체인을 형성하고, 4️⃣ 전역 객체 프로퍼트가 어디서나 접근 가능하도록 해야하는 모든 과정을 실행 컨텍스트에서 관리하는 것이다.

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

3-1. 실행 컨텍스트 스택 - 코드 실행 순서 관리

실행 컨텍스트는 스택 자료구조로 이루어져 있으며, 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트는 언제나 실행 중인 코드의 코드의 실행 컨텍스트다.

다음은 함수 코드와 전역 코드로 이루어져 있는 소스코드다

const x = 1;	

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

}

foo();	

앞서 보았듯 자바스크립트 엔진은 전역 코드를 평가해 전역 실행 컨텍스트를 생성하며 함수가 호출될 때 함수 코드를 평가해 함수 실행 컨텍스트를 생성한다.

1. 전역 코드 평가 및 실행

   실행 컨텍스트 스택
   전역 실행 컨텍스트 (실행중)

• 전역 코드를 평가하고 전역 실행 컨텍스트를 생성해 실행 컨텍스트 스택에 push한다.
• 코드가 실행되기 시작하면 전역 변수 x에 값이 할당되고 전역 함수 foo가 호출된다.

2. foo 함수 코드 평가 및 실행

   실행 컨텍스트 스택
   foo 함수 실행 컨텍스트 (실행중)
   전역 실행 컨텍스트

• 전역 함수 foo가 호출되면 전역 코드 실행이 중단되고 코드의 제어권이 foo함수 내부로 이동한다.
• 자바스크립트 엔진은 foo 함수 내부 코드를 평가해 foo 함수 실행 컨텍스트를 생성하고 실행 컨텍스트 스택에 push한다.
• 지역 변수 y와 중첩 함수 bar가 foo 함수 실행 컨텍스트에 등록되며, 코드가 실행되면 지역변수 y에 값이 할당되고 중첩 함수 bar가 호출된다.

3. bar 함수 코드의 평가 및 실행

   실행 컨텍스트 스택
   bar 함수 실행 컨텍스트 (실행중)
   foo 함수 실행 컨텍스트
   전역 실행 컨텍스트

• 중첩 함수 bar가 호출되면 foo 함수 코드의 실행은 중단되고 코드 제어권이 bar 함수 내부로 이동한다.
• 자바스크립트 엔진이 내부 코드를 평가해 bar 함수 실행 컨텍스트를 생성하고 실행 컨텍스트 스택에 push한다.
• bar 함수의 지역 변수 z가 bar 함수 실행 컨텍스트에 등록되고 코드가 실행되면 z에 값이 할당된다.
• console.log 메서드를 호출한 후 bar 함수는 종료된다. (console.log 역시 실행 컨텍스트를 생성하고 스택에 push된다.)

4. foo 함수 코드로 복귀

   실행 컨텍스트 스택
   foo 함수 실행 컨텍스트 (실행중)
   전역 실행 컨텍스트

• bar 함수가 종료되면 코드 제어권은 다시 foo로 넘어간다.
• 자바스크립트 엔진은 bar 함수 실행 컨텍스트를 실행 컨텍스트 스택에서 pop해 제거한다.
• foo는 더 실행시킬 코드가 없어 종료된다.

5. 전역 코드 복귀

   실행 컨텍스트 스택
   전역 실행 컨텍스트 (실행중)

• foo 함수가 종료되고 코드 제어권은 다시 전역 코드로 이동한다.
• 자바스크립트 엔진이 foo 함수 실행 컨텍스트를 실행 컨텍스트 스택에서 pop해 제거한다.
• 전역에도 실행할 코드가 남아있지 않아 전역 실행 컨텍스트도 스택에서 pop해 제거된다.

3-2. 렉시컬 환경 - 식별자와 스코프 관리

렉시컬 환경은 식별자와 식별자에 바인딩된 값, 상위 스코프에 대하 참조를 기록하는 자료구조로, 실행 컨테스트를 구성하는 컴포넌트다.

• 렉시컬 환경은 key와 value을 갖는 객체 형태의 스코프(전역, 함수, 블록 스코프)를 생성한다.
• 식별자를 key로 하고 바인딩된 값을 value로 한다.
• 스코프를 구분하여 식별자를 등록하고 관리하는 저장소 역할을 한다.

렉시컬 환경은 환경 레코드와 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 두 개의 컴포넌트로 구성되어 있다.

렉시컬 환경(Lexical Environment)
환경 레코드 (Environment Record)
외부 렉시컬 환경에 대한 참조 (Outer Lexical Environment Reference)

환경 레코드

• 스코프에 포함된 식별자를 등록하고 등록된 식별자를 관리하는 저장소다.
• 소스코드 타입에 따라 관리하는 내용에 차이가 있다.

외부 렉시컬 환경에 대한 참조

• 상위 스코프를 가리킨다.

  📍 상위 스코프
  
  외부 렉시컬 환경으로, 해당 실행 컨텍스트를 생성한 소스코드를 포함하는 상위 코드의 렉시컬 환경을 말한다.

• 외부 렉시컬 환경에 대한 참조를 통해 단방향 링크드 리스트인 스코프 체인을 형성한다.