[Javascript]실행컨텍스트

#모던자바스크립트_딥다이브 스터디를 진행하면서 정리한 내용입니다.

실행 컨텍스트는 자바스크립트의 핵심 동작 원리를 담고 있는 개념이다. 실행컨텍스트를 이해하면 스코프체인, 호이스팅, 클로저와 태스크큐 등의 처리 방식을 이해할 수 있다.

 

소스코드의 타입

자바스크립트에는 4가지 소스코드 타입이 있고 각기 다른 실행 컨텍스트를 생성된다.

 

1. 전역 코드

전역에 존재하는 소스코드. 전역에 정의된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않는다.

전역 변수를 관리하기 위해 최상위 스코프인 전역 스코프를 생성해야 하고,  var 키워드로 선언된 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수를 전역 객체의 프로퍼티와 메서드로 바인딩하기 위해 전역 객체와 연결해야한다. 이를 위해 전역 코드가 평가되면 전역 실행 컨텍스트가 생성된다.

 

2. 함수 코드

함수 코드는 지역 스코프를 생성하고, 지역 변수, 매개변수, arguments 객체를 관리해야한다. 생성한 지역 스코프를 스코프 체인의 일원으로 연결해야 하기 위해서 함수 실행 컨텍스트가 생성된다.

 

3. eval 코드

strict mode에서 자신만의 독자적인 스코프를 생성하기 위해 eval 실행 컨텍스트가 생성된다.

 

4. 모듈 코드

모듈별로 독립적인 모듈 스코프를 생성하기 위해 모듈 실행 컨텍스틀 생성된다.

 

 

소스코드의 평가와 실행

모든 소스코드는 실행에 앞서 평가 과정을 거치며 코드를 실행하기 위한 준비를 한다. 

1. 소스코드 평가

 실행컨텍스트를 생성하고 변수, 함수 등의 선언문만 먼저 실행하여 생성된 변수나 함수 식별자를 키로 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프인 환경 레코드에 등록한다.

 

2. 소스코드 실행

 선언문을 제외한 소스코드를 실행하는 런타임이 시작된다. 소스코드 실행에 필요한 정보를 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에서 검색하여 취득한다. 그 후 코드 실행 결과로 인한 값의 변경 등을 다시 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록한다.

 

실행 컨텍스트의 역할

// 전역 변수 선언
const x = 1;
const y = 2;

// 함수 정의
function foo(a) {
  // 지역 변수 선언
  const x = 10;
  const y = 20;

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

// 함수 호출
foo(100);

// 메서드 호출
console.log(x + y); // 3

(추후 실행 순서 그림 추가 예정)

코드가 실행되려면 스코프, 식별자, 코드 실행 순서 등의 관리가 필요하고 그 역할을 실행 컨텍스트가 담당한다. 실행 컨텍스트는 식별자(변수, 함수, 클래스 등의 이름)를 등록하고 관리하는 스코프와 코드 실행 순서 관리를 구현한 매커니즘이다. 모든 코드는 이 실행 컨텍스트를 통해 실행되고 관리된다.

 

실행 컨텍스트 스택

코드의 실행 순서를 관리하는 자료구조 개념이다.  코드를 평가하고 실행하면서 생성된 실행 컨텍스트들은 실행되는 시간의 흐름에 따라 실행 컨텍스트 스택에서 자료구조로 관리된다. 이 실행 컨텍스트 스택에서 실행 컨텍스트는 코드의 흐름에 따라 실행 컨텍스트가 추가되고 제거된다.

const x = 1;

function foo () {
  const y = 2;

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

foo(); // 6

 

실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트는 언제나 현재 실행 중인 코드의 실행 컨텍스트다. 이것을 실행 중인 실행 컨텍스트라 한다.

 

렉시컬 환경

렉시컬 환경은 식별자와 식별자에 바인딩된 값, 그리고 상위 스코프에 대한 참조를 기록하는 자료구조로 실행 컨텍스트를 구성하는 컴포넌트다. 실행 컨텍스트 스택이 코드의 실행 순서를 관리한다면 렉시컬 환경은 스코프와 식별자를 관리한다.

렉시컬 환경은 키와 값을 갖는 객체 형태의 스코프를 생성하여 식별자를 키로 등록하고 식별자에 바인딩된 값을 관리한다. 즉 렉시컬 환경은 스코프를 구분하여 식별자를 등록하고 관리하는 저장소 역할을 하는 렉시컬 스코프의 실체다. 

1. 환경 레코드 Enviroment Record

스코프에 포함된 식별자를 등록하고 등록된 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 저장소다.

2. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 Outer Lexical Enviroment Reference

상위 스코프를 가르킨다.

 

 

실행 컨텍스트의 생성과 식별자 검색 과정

아래 예제 코드를 통해 실행 컨텍스트의 생성과 실행, 식별자 검색 방식을 살펴보자.

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

 

1. 전역 객체 생성

전역 객체는 전역 코드가 평가되기 이전에 생성된다. 전역 객체에는 빌트인 전역 프로퍼티, 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체, 호스트 객체가 포함된다. 또한 전역 객체는 Object.prototype을 상속받아 프로토타입 체인의 일원이 된다.

 

2. 전역 코드 평가

소스코드가 로드되면 자바스크립트 엔진은 전역 코드를 평가한다

 

1) 전역 실행 컨텍스트 생성 Global Execution Context

비어있는 전역 실행 컨텍스트를 생성하여 실행 컨텍스트에 푸시한다. 

 

2) 전역 렉시컬 환경 생성 Global Lexical Environment

전역 렉시컬 환경을 생성하고 전역 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에 바인딩한다. 

 

2-1)전역 환경 레코드 생성
전역 환경 레코드는 전역 변수를 관리하는 전역 스코프, 전역 객체의 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체를 제공한다. 전역 환경 레코드는 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드로 구성된다. 

2-1-1 ) 객체 환경 레코드
기존의 전역 객체가 관리하던 var 키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의한 전역 함스, 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함스, 표준 빌트인 객체를 관리한다.


var 키워드 전역 변수와 함수 선언문이 전역 객체의 프로퍼티, 메서드가 되고 전역 객체 식별자를 생략하고 참조할수 있는 이유
객체 환경 레코드는 BindingObject라고 부르는 객체와 연결된다. 이때 BindingObject는 전역 객체 생성에서 생성된 전역 객체이다. 그 후에 전역 코드 평가 과정에서 var 키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수는 전역 환경 레코드 - 객체 환경 레코드 - BindingObject를 통해 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 된다. 이때 등록된 식별자를 객체 환경 레코드에서 검색하면 전역 객체의 프로퍼티에서 검색하여 반환한다

호이스팅
Var 키워드 변수는 선언 단계와 초기화 단계가 동시에 진행된다. 전역 코드 평가 시점에 객체 환경 레코드에 바인딩된다. 따라서 var 키워드로 선언한 변수는 코드 실행 단계에서 변수 선언문 이전에도 참조할 수 있는 것이다. Var 키워드로 선언한 변수에 할당한 함수 표현식도 동일하게 동작한다.

함수 선언문으로 정의한 함수가 평가되면 함수 이름과 동일한 이름의 식별자를 객체 환경 레코드에 바인딩된 BindingObject를 통해 전역 객체의 키로 등록하고 생성된 함수 객체를 즉시 할당한다. 따라서 함수 선언문으로 정의한 함수는 코드 실행 단계에서 함수 선언문 이전에 호출할 수 있다.


2-1-2) 선언전 환경 레코드
Let, const 키워드로 선언한 전역 변수를 관리한다. Let, const 키워드로 선언한 전역 변수(let, const 키워드로 선언한 변수에 할당한 함수 표현식도 포함)는 선언적 환경 레코드에 등록되고 관리된다.

일시적 사각지대 TDZ
const와 let 키워드로 선언한 변수는 선언 단계와 초기화 단계가 분리되어 진행된다. 소스코드 평가 단계에서 선언전 환경 레코드에 해당 변수의 이름을 키값으로 한 프로퍼티가 등록되고, 초기화 되지 않아 아무런 값이 바인딩 되지 않았기 때문에 변수에 접근할 수 없다.  따라서 코드 실행 단계의 변수 할당문이 실행되어야 해당 변수의 값은 초기화되고 값이 할당되기 때문에 그때까지 해당 변수에 접근할 수 없는 TDZ에 빠지게 되는 것이다.

 

 

2-2) this 바인딩

전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩된다. 일반적으로 전역 코드에서 this는 전역 객체이므로 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯은 전역 객체가 바인딩 된다.

 

2-3) 외부 렉시컬 환경에 대한 참조

외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 현재 평가 중인 소스코드를 포함하는 외부 소스코드의 렉시컬 환경, 즉 상위 스코프를 가르킨다. 이를 통해 단방향 링크드 리스트인 스코프체인을 구현한다. 현재 평가 중인 소스코드는 전역 코드이고, 전역 코드를 포함하는 소스코드는 없으므로 전역 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 null이 할당된다.

3) 전역 코드 실행

변수 할당문 또는 함수 호출문을 실행하려면 먼저 변수 또는 함수 이름이 선언된 식별자를 확인해야 한다. 또 동일한 이름의 식별자가 다른 스코프에 여러개 존재할 수 있으므로 어느 스코프의 식별자를 참조하면 되는지 결정할 필요거 있다. 이것을 식별자 결정이라고 한다.

 

스코프 체인

식별자 결정을 위해 식별자를 검색할 때는 실행 중인 컨텍스트의 환경 레코드에서 식별자를 검색한다. 만약 여기에 해당 식별자가 없다면 외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 상위 스코프로 이동하여 식별자를 검색한다. 이것이 스코프 체인의 동작 원리이다.

 

4) 함수 코드 평가

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); // ← 호출 직전

현재 전역 코드 평가를 통해 전역 실행 컨텍스트가 생성되었고, 전역 코드를 실행하고 있으며 전역 코드 안의 함수를 호출하기 직전이다.

위 예제에서 foo함수가 호출되면 전역 코드의 실행을 일시 중단하고 foo함수 내부로 코드의 제어권이 이동한다. 그리고 함수 코드를 평가하기 시작한다.

 

4-1) 함수 실행 컨텍스트 생성

힘수 실행 컨텍스트가 생성되어  그 안에 함수 렉시컬 환경을 만든 다음, 실행 컨텍스트 스택에 푸시된다.

 

4-2) 함수 렉시컬 환경 생성

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

 

4-2-1) 함수 환경 레코드 생성

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

4-2-2)  this 바인딩

함수 환경 레코드의 [[ThisValue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩된다. [[ThisValue]] 내부 슬롯에 바인딩 될 객체는 함수 호출 방식에 따라 결정된다. 여기서는 일반 함수를 호출했으므로 전역 객체가 바인딩 된다.

4-2-3) 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

해당 함수의 정의가 평가된 시점에 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조가 할당된다. Foo 함수는 전역에 정의된 전역 함수이고, 전역 코드 평가 시점에 평가되었기 때문에 평가 시점의 실행 중인 실행 컨텍스트는 전역 실행 컨텍스트다. 

자바스크립트 엔진은 함수의 정의를 평가하여 함수 객체를 생성할 때 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 상위 스코프를 가리키는 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된  렉시컬 환경의 참조다.

 

5) 함수 코드 실행

함수 코드 평가가 끝나면 런타임이 실행되어 소스코드 순차적으로 실행된고 모든 코드가 실행된다

 

6) 함수 코드의 실행 종료

더 이상 실행할 코드가 없다면 함수 코드의 실행이 종료된다. 이때 실행 컨텍스트 스택에서 해당 함수 실행 컨텍스트가 팝되어 제거되고 상위 실행 컨텍스트가 실행 중이 실행 컨텍스트가 된다.

실행 컨텍스트가 스택에서 해당 함수의 실행 컨텍스트가 제거되었다고 해서 함수 렉시컬 환경까지 즉시 소멸하는 것은 아니다. 렉시컬 환경은 실행 컨텍스트에 의해 참조되지만 독립적인 객체다. 객체를 포함한 모든 값이 다른 어딘가에서 완전 참조되지 않을때 비로소 소멸한다.

 

7) 전역 코드 실행 종료

모든 전역 안의 코드와 함수까지 실행이 종료된 후 전역 실행 컨텍스트도 종료되어 실행 컨텍스트 스택에서 팝되어 실행 컨텍스트 스택에는 아무것도 남지 않게 된다.

 

실행 컨텍스트와 블록 레벨 스코프

Let, const 키워드로 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

위 예제에서 if문의 코드 블록 내에서 let 키워드로 변수다 선언되었다. 따라서 if문의 코드 블록이 실행되면 if문의 코드 블록을 위한 블록 레벨 스코프를 생성해야 한다. 즉, 선언적 환경 레코드를 갖는 렉시컬 환경을 새롭게 생성하여 기존의 전역 렉시컬 환경을 교체한다.

코드 블록의 실행이 종료되면 원래의 렉시컬 환경으로 되돌린다.

만약 반복문 for 내부에서 정의된 함수가 있다면 이 함수의 상위 스코프는 반복문의 코드 블록이 생성한 렉시컬 환경이다.