23. 실행 컨텍스트

실행 컨텍스트는 자바스크립트의 동작 원리를 담고 있는 핵심 개념이다.

 

1 소스코드의 타입

ECMAScript 사양은 소스코드를 4가지 타입으로 구분한다.

소스 코드의 타입	설명
전역 코드	전역에 존재하는 소스 코드이며 전역에 정의된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않는다.
함수 코드	함수 내부에 존재하는 소스 코드를 말하며 함수 내부에 중첩된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않는다.
eval 코드	빌트인 전역 함수인 eval 함수에 인수로 전달되어 실행되는 소스코드를 말한다.
모듈 코드	모듈 내부에 존재하는 소스코드를 말하며 모듈 내부의 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않는다.

 

소스 코드를 4가지 타입으로 구분하는 이유는 소스코드의 타입에 따라 실행 컨택스트를 생성하는 과정과 관리 내용이 다르기 때문이다.

 

1.1 전역 코드

전역 코드는 전역 변수를 관리하기 위해 최상위 스코프인 전역 스코프를 생성해야 한다.

코드 평가를 통해 실행 컨택스트가 생성되며, var 키워드로 선언된 변수와 함수 선언문으로 선언된 함수는 전역 객체의 프로퍼티와 메서드로 바인딩 되어 전역 객체와 연결되 참조가 가능하다.

 

1.2 함수 코드

함수 코드는 지역 스코프를 생성하고 지역 변수, 매개변수, arguments 객체를 관리해야 한다.

코드 평가를 통해 실행 컨택스트가 생성되며, 지역 스코프를 전역 스코프에서 시작하는 스코프 체인으로 연결해야한다.

 

1.3 eval 코드

strict mode에서 자신만의 독자적인 스코프를 생성하며 코드가 평가되면 eval 실행 컨텍스트가 생성된다.

 

1.4 모듈 코드

모듈별로 독립적인 모듈 스코프를 생성하며 모듈 코드가 평가되면 모듈 실행 컨텍스트가 생성된다.

 

 

2 소스코드의 평가와 실행

모든 소스코드는 실행하기전 평가 과정을 거치며 코드를 실행하기 위한 준비를 한다. 자바스크립트 엔진은 소스코드의 평가와 소스코드의 실행 과정으로 나누어 처리한다.

 

소스코드 평가 과정에서는 실행 컨텍스트를 생성하고 변수, 함수 등의 선언문만 먼저 실행해 생성된 변수나 함수 식별자를 키로 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프(렉시컬 환경의 환경 레코드)에 등록한다.

 

평가 과정이 끝나면 선언문을 제외한 소스코드가 순차적으로 실행되는 런타임이 시작된다.

var x;
x = 1

 

소스코드 평가 과정에서 변수 선언문 var x; 를 먼저 실행하며 생성된 식별자 x는 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록되며 undefined로 초기화된다.

 

런타임에는 할당문인 x = 1; 이 실행되며 x가 실행 컨텍스트에서 관리되는 렉시컬 환경의 환경 레코드에 해당 변수가 있다면 값을 할당한뒤 실행 컨텍스트에 등록해 관리한다.

 

 

3 실행 컨텍스트의 역할

3.1 전역 코드 평가

전역 코드 평가 과정을 거치며 전역 코드를 실행하기 위한 준비를 한다.

선언문 먼저 실행하며 전역 코드의 변수 선언문과 함수 선언문이 먼저 실행되고, 생성된 전역 변수와 전역 함수는 실행 컨텍스트가 관리하는 전역 스코프에 등록된다.

var 키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 선언한 전역 함수는 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 된다.

 

3.2 전역 코드 실행

전역 코드 평가 과정이 끝나면 런타임이 시작되어 전역 코드가 순차적으로 실행되어 전역 변수에 값이 할당되고 함수가 호출된다.

 

이때 함수가 호출되면 순차적으로 실행되던 전역 코드의 실행이 멈춘뒤 코드 실행 순서가 변경되며 함수 내부로 이동한다.

 

3.3 함수 코드 평가

함수 호출에 의한 코드 실행 순서 변경으로 함수 내부로 진입하면 함수 내부의 문들을 실행하기에 앞서 함수 코드 평가를 진행해 실행을 위한 준비를 한다. 매개변수와 지역 변수 선언문이 먼저 실행되며 실행 컨텍스트가 관리하는 지역 스코프에 매개변수와 지역 변수가 등록된다.

 

arguments 객체가 생성되어 지역 스코프에 등록되고 this 바인딩도 결정된다.

this 바인딩은 함수가 어떻게 호출되냐에 따라 결정된다.
간략하게 정리하자면 일반 함수에서는 전역, 메서드는 불러온 객체, 생성자 함수는 생성한 인스턴스
this 정리 글

 

3.4 함수 코드 실행

함수 코드 평가가 끝나면 런타임이 시작되며 함수 코드가 순차적으로 실행된다.

 

매개변수와 지역 변수에 값이 항당되고 메서드가 호출된다.

실행할 메서드가 함수의 지역 스코프에 존재하지 않다면 상위 스코프로 이동하며 검색후 찾았다면 참조한다.

 

 

이렇게 코드가 실행되려면 스코프, 식별자, 코드 실행 순서 등의 관리를 해주는 실행 컨텍스트가 필요하다.

1. 선언에 의해 생성된 모든 식별자를 스코프를 구분해 등록하고 상태 변화를 지속적으로 관리
2. 스코프는 중첩 관계에 의해 스코프 체인을 형성, 스코프 체인을 통해 상위 스코프로 이동 및 식별자 검색
3. 현재 실행 중인 코드의 실행 순서를 변경(함수 호출에 의한 변경)을 할 수 있어야 하며 다시 되돌아갈 수 있음

실행 컨텍스트는 소스코드를 실행하는데 필요한 환경을 제공 및 실행 결과를 관리하는 영역이다.

 

요약하자면, 실행 컨텍스트는 식별자를 등록하고 관리하는 스코프와 코드 실행 순서 관리를 구현한 메커니즘이다.

 

실행 스코프의 렉시컬 환경	실행 컨텍스트
식별자와 스코프 관리	코드 실행 순서

 

4 실행 컨텍스트 스택

생성된 실행 컨텍스트는 스택 자료구조로 관리되며 이를 실행 컨텍스트 스택이라 부른다. 코드가 실행되는 순서대로 스택에 추가(push) 제거(pop)된다.

코드 평가 후에 코드 실행시 생성되는 실행 컨텍스트는 소스코드의 실행 순서에 맞게 실행컨텍스트 스택에 쌓이게 되며 함수 코드 평가 및 실행 시 스택에 push되며 코드 실행 순서가 바뀌며 실행 중인 실행 컨텍스트가 변경된다.

 

실행 컨텍스트 스택은 코드의 실행 순서를 관리하며, 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트는 언제나 현제 실행 중인 코드의 실행 컨텍스트이다.

 

 

5 렉시컬 환경

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

 

렉시컬 환경은 스코프를 구분해 식별자를 등록 및 관리하는 렉시컬 스코프의 실체이다.

 

 

렉시컬 환경은 두 가지 컴포넌트로 구성된다.

환경 레코드	스코프내의 식별자를 등록하고 등록된 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 저장소. 소스코드의 타입에 따라 관리하는 내용에 차이가 있다.
외부 렉시컬 환경에 대한 참조	상위 스코프를 가리키며, 해당 실행 컨텍스트를 생성한 소스코드를 포함하는 상위 코드의 렉시컬 환경을 말한다. 단방향 링크드인 스코프 체인을 구현한다.

 

 

6 실행 컨텍스트의 생성과 식별자 검색 과정

아래의 예시 코드를 보며 과정을 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

 

6.1 전역 객체 생성

전역 객체는 전역 코드 평가 이전에 생성되며 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체가 추가되며 동작 환경(클라이언트 혹은 서버)에 따라 Web API 또는 특정 환경의 호스트 객체를 포함한다.

 

6.2 전역 코드 평가

1. 전역 실행 컨텍스트 생성

비어있는 전역 실행 컨텍스트를 새엇ㅇ해 실행 컨텍스트 스택에 푸시한다.

실행 중인 컨텍스트가 된다.

 

2. 전역 렉시컬 환경 생성

전역 렉시컬 환경을 생성하고 전역 실행 컨텍스트에 바인딩한다.

 

2.1 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.

 

let 과 const 키워드로 선언한 전역 변수는 전역 객체의 프로퍼티가 되지 않고 개념적인 블록 내에 존재한다.

 

객체 환경 레코드는 var 키워드와 함수 선언문으로 선언한 변수와 함수, 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체를 관리한다.

하지만 선언적 환경 레코드는 let과 const로 선언한 전역 변수를 관리한다.

 

2.1-1 객체 환경 레코드 생성

전역 코드 평가 과정에서 var 키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수는 전역 환경 레코드의 객체 환경 레코드에 연결된 BindingObject를 통해 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 된다.

 

var 키워드 혹은 함수 선언문으로 선언된 변수나 함수는 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 된다.

 

위의 예제에서는 전역 변수 x는 선언 단계와 초기화 단계가 동시에 진행된다.

 

2.1-2 선언적 환경 레코드 생성

let, const 키워드로 선언한 전역 변수(변수에 할당한 함수 표현식 포함)는 선언적 환경 레코드에 동록되고 관리된다.

 

let, const 키워드로 선언한 변수도 변수 호이스팅이 발생하지만, 선언 단계와 초기화 단계가 분리되어 진행되어 TDZ(일시적 사각지대)에 빠질 수 있다. 

 

2.2 this 바인딩

전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬릇에 this가 바인딩된다. 일반적으로 전역 코드에서 this는 전역 객체를 가리키므로 전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬릇에는 전역 객체가 바인딩된다.

 

전역 환경 레코드의 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드에는 this 바인딩이 없다.

this 바인딩은 전역 환경 레코드와 함수 환경 레코드에만 존재한다.

 

2.3 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

현재 평가 중인 소스코드를 포함하는 외부 소스코드의 렉시컬 환경인 상위 스코프를 가리킨다.

 

6.3 전역 코드 실행

전역 코드가 순차적으로 실행되며 할당문이 실행되어 변수에 값이 할당되고 함수가 호출된다.

 

선언되지 않는 식별자는 참조할 수 없으므로 할당이나 호출도 할 수 없다. 또한 동일한 이름의 식별자가 다른 스코프에 여러개 존재할 때 어느 스코프의 식별자를 참조할지 결정하는 것을 식별자 결정이라 한다.

 

실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경부터 시작해 외부 렉시컬 환경에 대한 참조의 렉시컬 환경(상위 스코프)로 이동하며 식별자를 검색하며, 없다면 에러가 발생한다.

 

6.4 foo 함수 코드 평가

foo 함수가 호출되면 전역 코드 실행을 멈추고 foo 함수 내부로 코드의 제어권이 이동하고 함수 코드 평가를 아래의 순서대로 시작한다.

1. 함수 실행 컨텍스트 생성
2. 함수 렉시컬 환경 생성
   1. 함수 환경 레코드 생성
   2. this 바인딩
   3. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

4.1 함수 실행 컨텍스트 생성

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

 

4.2 함수 렉시컬 환경 생성

foo 함수 렉시컬 환경을 생성하고 foo 함수 실행 컨텍스트에 바인딩한다.

 

4.2.1 함수 환경 레코드 생성

함수 렉시컬 환경을 구성하는 컴포넌트 중 하나인 함수 환경 레코드는 매개변수, arguments 객체, 함수 내부의 지역 변수와 중첩 함수를 모두 등록하고 관리한다.

 

4.2.2 this 바인딩

함수 호출 방식에 따라 결정되며 foo 함수는 일반 함수로 호출되었기 때문에 this는 전역 객체를 가리킨다.

 

4.2.3 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

foo 함수 정의가 평가된 시점에 실행중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조가 할당된다.

 

foo 함수는 전역 코드에 정의된 전역 함수이며 전역 코드 평가 시점에 평가된다.

 

따라서 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에는 전역 렉시컬 환경의 참조가 할당된다.

▣ Javascript 엔진은 함수를 어디에 정의했는지에 따라 스코프를 정의한다는 것을 잊지말자.

 

6.5 foo 함수 코드 실행

런타임이 시작되어 foo 함수의 소스코드가 순차적으로 실행되기 시작하고 bar 함수가 호출된다.

 

식별자 결정을 위해 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검색한다. 만약 식별자가 없다면 외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 렉시컬 환경으로 이동해 검색한다.

 

6.6 bar 함수 코드 평가

bar 함수가 호출되면 bar 함수 내부로 코드의 제어권이 이동하고 foo 함수와 같이 평가 된다.

 

6.7 bar 함수 코드 실행

런타임에 bar 함수의 소스코드가 순차적으로 실행된다.

 

6.7-1 console 식별자 검색

console 식별자를 스코프 체인에서 검색하며 스코프 체인은 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 시작으로 외부 렉시컬 환경에 대한 참조로 이어지는 렉시컬 환경의 연속이다.

 

예시에서는 bar 함수 렉시컬 환경 → foo 함수 렉시컬 환경 → 전역 렉시컬 환경 순서로 이동한다.

 

console 식별자는 객체 환경 레코드의 BindingObject를 통해 전역 객체에서 찾을 수 있다.

 

6.7-2 log 메서드 검색

console 식별자에 바인딩된 객체인 console 객체에서 log 메서드를 검색한다.

 

6.7-3 표현식 a + b + x + y + z의 평가

표현식을 평가하기 위해 각 식별자를 스코프 체인을 통해 검색한다.

 

6.7-4 console.log 메서드 호출

평가된 값을 console.log 메서드에 전달하여 호출한다.

 

 

6.8 bar 함수 코드 실행 종료

bar 함수 코드의 실행이 종료되면 실행 컨텍스트 스택에서 bar 함수 실행 컨텍스트가 pop되어 제거되어 foo 실행 컨텍스트가 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다.

bar 함수 실행 컨텍스트가 제거되었다 해도 렉시컬 환경까지 즉시 소멸하지는 않는다. 

렉시컬 환경은 실행 컨텍스트에 의해 참조되기는 하지만 독립적인 객체이며 GC에 의해 제거될 때는 어떠한 참조가 되지 않는 다면 없어지기에 누군가 참조를 하고있다면 bar 함수 렉시컬 환경은 소멸하지 않는다.

 

 

6.9 foo 함수 코드 실행 종료

foo 함수의 남은 코드가 없으면 함수 코드 실행이 종료되며 실행 컨텍스트 스택에서 foo 함수 실행 컨텍스트가 pop되어 제거된 뒤 전역 실행 컨텍스트가 최상위 실행 컨텍스트가 된다.

 

 

6.10 전역 코드 실행 종료

전역 소스코드에서 더이상 실행할 코드가 없으므로 전역 코드 실행이 종료되고 전역 실행 컨텍스트도 스택에서 제거되어 실행 컨텍스트 스택에는 아무것도 남지 않게된다.

 

 

7 실행 컨텍스트와 블록 레벨 스코프

var 키워드로 선언한 변수는 오로지 함수 블럭만 지역 스코프로 인정하는 함수 레벨 스코프를 따른다.

 

하지만 let과 const로 선언한 변수는 모든 코드 블럭을 지역 스코프로 인정하는 블럭 레벨 스코프를 따른다.

 

let이나 const 키워드를 이용해 변수를 선언하면 블록 레벨 스코프를 생성하기 위해 선언적 환경 레코드를 갖는 렉시컬 환경을 생성해 기존의 전역 렉시컬 환경을 교체한다. 이때 새롭게 생성된 코드 블록을 위해 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 코드 블럭이 실행되기 전의 전역 렉시컬 환경을 가리킨다.