[JS] DeepDive(23) 실행 컨텍스트

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실행 컨텍스트는 JS의 동작 원리를 담고 있는 핵심 개념이다.

소스코드 타입

ECMAScript 사양은 소스코드를 4가지 타입으로 구분한다.

전역 코드 global code	전역에 존재하는 소스코드. 전역에 정의된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않는다
함수 코드 function code	함수 내부에 존재하는 소스코드. 함수 내부에 중첩된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않는다
eval 코드 eval code	빌트인 전역 함수인 eval 함수에 인수로 전달되어 실행되는 소스코드
모듈 코드 module code	모듈 내부에 존재하는 소스코드. 모듈 내부의 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않는다

모든 소스 코드는 실행에 앞서 평가 과정을 거친다.

소스코드 평가 과정에서 실행 컨텍스트를 생성하고 변수,함수 등의 선언문만 먼저 실행하여 생성된 변수나 함수 식별자를 키로 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록한다.

var x;
x = 1;

위 예제가 실행될때 평가 과정에서 변수선언 var x;를 먼저 실행하며 이때 x에는 undefined가 할당된다.

아래처럼 전역코드와 함수 코드로 구성되어 있는 예제가 어떤 순서로 실행되는지 보자.

// 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(10);

// 메서드 호출
console.log(x + y); // 3

1. 전역 코드 평가

var키워드로 선언된 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수가 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 된다.

2. 전역 코드 실행

전역 코드가 순차적으로 실행된다. 함수가 호출되면 전역코드의 실행을 일시 중단하고 함수 내부로 진입한다.

3. 함수 코드 평가

함수가 호출되면 함수가 실행되기 전에 함수 코드를 실행하기 위한 준비를 한다.

4. 함수 코드 실행

함수코드 평가가 끝나면 런타임이 시작되어 함수 코드가 순차적으로 실행된다.

위처럼 코드가 실행되기 위해서는 스코프,식별자,코드 실행 순서 등의 관리가 필요하다.

1. 선언에 의해 생성된 모든 식별자를 스코프에 구분하여 등록하고 상태 변화를 관리할 수 있어야 한다.

2. 스코프는 중첩 관계에 의해 스코프를 생성해야 한다.

3. 현재 실행중인 코드의 실행 순서를 변경할 수 있어야 한다.

위에 해당하는 부분들을 관리하는 것이 실행 컨텍스트이다. 실행 컨텍스트는 소스 코드를 실행하는데 필요한 환경을 제공하고 코드의 실행 결과를 실제로 관리하는 영역이다.

실행 컨텍스트 스택

const x = 1;

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

foo();

위 예제는 소스코드의 타입으로 분류하면 전역코드와 함수 코드로 이루어져 있으며 스택 자료구조로 실행 컨텍스트가 관리된다.

렉시컬 환경

렉시컬 환경은 식별자와 식별자에 바인딩 된 값, 그리고 상위 스코프에 대한 참조를 기록하는 자료구조로 실행 컨텍스트를 구성하는 컴포넌트이다.

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 바인딩 된 값을 관리한다.

렉시컬 환경은 다음과 같이 두 개의 컴포넌트로 구성된다.

1. 환경 레코드

스코프에 포함된 식별자를 등록하고 등록된 식별자에 바인딩 된 값을 관리하는 저장소

2. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조

상위 스코프를 가리킨다. 해당 실행 컨텍스트를 생성한 소스코드를 포함하는 상위 코드의 렉시컬 환경을 참조

예제를 통해서 실행 컨텍스트가 생성되고 관리되는 과정을 한번 알아보자.

car 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.

2. 전역 코드 평가

2.1 전역 실행 컨텍스트 생성

비어있는 전역 실행 컨텍스트를 생성하여 실행 컨텍스트 스택에 푸시한다.

2.2 전역 렉시컬 환경 생성

전역 렉시컬 환경을 생성하고 전역 실행 컨텍스트에 바인딩한다.

2.3 전역 환경 레코드 생성

전역 렉시컬 환경을 구성하는 컴포넌트인 전역 환경 레코드는 전역 변수를 관리하는 전역 스코프, 전역 객체의 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체를 제공한다.

만약 let,const로 선언한 전역 변수는 전역 객체의 프로퍼티가 되지는 않으며 개념적인 블록 내에 존재하게 된다. var키워드로 선언한 전역 변수와 let,const키워드로 선언한 전역 변수를 구분하기 위해서 전역 환경 레코드는 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드로 구성되어 있다.

2.4 객체 환경 레코드 생성

전역 코드 평가 과정에서 var키워드로 선언한 전역변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 변수는 전역 환경 레코드의 객체 환경 레코드에 연결된 BindingObject를 통해 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 된다.

위 예제에서 x변수는 var 키워드로 선언한 변수이므로 선언과 초기화 단계가 동시에 진행된다.

2.5 선언적 환경 레코드 생성

let,const키워드로 선언한 변수에 할당한 변수는 선언적 환경 레코드에 등록되고 관리된다.

이 변수들은 선언단계와 초기화 단계가 분리되어 진행하기 때문에 런타임에 실행 흐름이 변수 선언문에 도달하기 전까지 일시적 사각지대에 빠지게 된다. let , const 키워드로 선언한 변수가 호이스팅이 발생하지 않는 것이 아니라 방금 설명한 일시적 사각지대에 빠지기 때문에 참조할 수 없는 것이다.

2.6 this 바인딩

전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩된다.

객체환경 레코드와 선언적 환경 레코드에는 this바인딩이 없으며 전역 환경 레코드와 함수 환경 레코드에만 존재한다.

2.7 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 현재 평가중인 소스코드를 포함하는 외부 소스코드의 렉시컬 환경 즉, 상위 스코프를 가리킨다 이를 통해서 단방향 링크드 리스트인 스코프 체인을 구성한다.

현재 평가중인 소스코드는 전역 코드이며 전역 코드를 포함하는 소스코드는 없으므로 null이 할당된다.

2.8 전역 코드 실행

전역 코드가 순차적으로 실행되기 시작한다. 변수 할당문이 실행되어 변수 x,y에 값이 할당되고 foo 함수가 호출된다.

이때 만약 동일한 이름의 식별자가 다른 스코프에 여러 개 존재할 수 있으므로 어느 스코프의 식별자를 참조할지 결정해야 하는데 이를 식별자 결정이라고 한다.

실행중인 렉시컬 환경에서 우선적으로 식별자를 찾으며 전역 렉시컬 환경에서까지 식별자를 찾지 못하면 참조 에러를 발생한다.

3. foo 함수코드 평가

3.1 함수 실행 컨텍스트 생성

먼저 foo 함수 실행 컨텍스트를 생성하고 foo 함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택의 최상위 즉 실행중인 실행 컨텍스트가 된다.

3.2 함수 렉시컬 환경 생성

foo 함수 렉시컬 환경을 생성하고 foo 함수 실행 컨텍스트에 바인딩한다.

3.3 함수 환경 레코드 생성

함수 환경레코드는 매개변수,arguments 객체, 함수 내부에서 선언한 지역변수와 중첩 함수를 등록하고 관리한다.

3.4 this 바인딩

함수 호출 방식에 따라서 this를 바인딩한다.

foo 함수는 일반 함수로 호출되었으므로 this는 전역 객체를 가리키게 된다.

3.5 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

foo 함수는 전역 코드에 정의된 전역 함수이므로 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 전역 렉시컬 환경의 참조가 할당된다.

JS는 함수를 어디서 호출했는지가 아닌 어디에 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정하니 이를 알아두자.

3.6 foo 함수 코드 실행

런타임이 시작되어 foo 함수의 소스코드가 순차적으로 실행되며 bar 함수가 호출된다.

4. bar 함수 코드 평가

bar 함수가 호출되면 bar 함수 내부로 코드의 제어권이 이동하며 foo 함수 코드평가와 동일한 과정이 이루어진다.

5. bar 함수코드 실행

5.1 console 식별자 검색

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

bar함수 렉시컬 환경 -> foo 함수 렉시컬 환경 -> 전역 렉시컬 환경 까지 검색하여 console 식별자를 검색한다.

console 식별자는 객체환경 레코드의 BindingObject를 통해 전역 객체에서 찾을 수 있다.

5.2 log 메서드 검색

console식별자에 바인딩된 객체 즉 console객체에서 log메서드를 검색한다.

5.3 표현식 a+b+x+y+z 평가

각 식별자들을 렉시컬 환경의 연속에서 검색한다.

5.4 console.log 메서드 호출

평가된 값 42를 console.log 메서드에 전달한다.

6. bar함수 실행 코드 종료

bar 함수 코드의 실행이 종료되면 bar 함수 실행 컨텍스트가 pop 되어 사라진다.

7. foo 함수 코드 실행 종료

8. 전역 코드 실행 종료

마찬가지로 foo 함수와 전역 코드가 종료된다.