Inyong Hong

Inyong Hong

For tomorrow better than today!

모던 자바스크립트 딥 다이브 23장 실행 컨텍스트

Updated:


23장 실행 컨텍스트

실행 컨텍스트(execution context) 자바스크립트의 동작 원리를 담고 있는 핵심 개념이다.
스코프를 기반으로 식별자와 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 방식과 호이스팅이 발생하는 이유, 클로저의 동작 방식, 그리고 태스트 큐와 함께 동작하는 이벤트 핸들러와 비동기 처리의 동작 방식을 이해할 수 있다.


1.소스코드의 타입

ECMAScript 사양은 소스코드를 4가지 타입으로 구분한다. 4가지 타입의 소스코드는 실행 컨텍스트를 생성한다.

소스코드의 타입 설명
전역 코드(global code) 전역에 존재하는 소스코드를 말한다.
전역에 정의된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않는다.
함수 코드(function code) 함수 내부에 존재하는 소스코드를 말한다.
함수 내부에 중첩된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않는다.
eval 코드(eval code) 빌트인 전역함수인 eval함수에 인수로 전달되어 실행되는 소스코드를 말한다.
모듈 코드(module code) 모듈 내부에 존재하는 소스코드를 말한다.
모듈 내부의 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않는다.

1.전역 코드
전역 코드는 전역 변수를 관리하기 위해 최상위 스코프인 전역 스코프를 생성해야 한다. 그리고 var키워드로 선언된 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수를 전역 객체의 프로퍼티와 메서드로 바인딩하여 연결 한다. 이를 위해 전역 코드가 평가되면 전역 실행 컨텍스트가 생성된다.

2.함수 코드
함수코드는 지역 스코프를 생성하고 지역 변수, 매개변수, arguments객체를 관리해야 한다. 그리고 생성한 지역 스코프를 전역 스코프에서 시작하는 스코프 체인의 일원으로 연결해야 한다. 이를 위해 함수 코드가 평가되면 함수 실행 컨텍스트가 생성된다.

3.eval 코드
eval코드는 strict mode에서 자신만의 독자적인 스코프를 생성한다. 이를 위해 eval코드가 평가되면 eval실행 컨텍스트가 생성된다.

4.모듈 코드
모듈 코드는 모듈별로 독립적인 모듈 스코프를 생성한다. 이를 위해 모듈 코드가 평가되면 모듈 실행 컨텍스트가 생성된다.


2.소스코드의 평가와 실행

자바스크립트 엔진은 소스코드를 2개의 과정으로 나누어 처리한다. (“소스코드의 평가”, “소스코드의 실행”)

구분 내용
소스코드 평가 - 실행 컨텍스트를 생성.
- 변수, 함수등의 선언문 실행
- 생성된 변수나 함수 식별자를 키로 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프(렉시컬 환경의 환경 레코드)에 등록
소스코드 실행 - 선언문을 제외한 소스코드가 순차적으로 실행(런타임)
- 실행에 필요한 정보(변수나 함수의 참조)를 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에서 검색해서 취득
- 변수 값의 변경등 실행 결과는 다시 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록		 
var x;
x = 1;

위 예제 같은 경우,
소스코드 평가: 변수 선언문 var x를 먼저 실행해 식별자 x를 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록하고 undefined로 초기화 한다.
소스코드 실행: var x는 이미 코드 평가 과정에서 실행 완료 하였으니, 변수 할당문 x = 1만 실행된다. 이때 x의 변수에 값을 할당 하기 위해 먼저 x변수가 선언되었는지 확인한다. 등록 되어 있으니 값을 할당하고 할당 결과를 실행 컨텍스트에 등록하여 관리한다.


3.실행컨텍스트의 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

1.전역 코드 평가
-전역 코드를 실행하기 전에 전역 코드 평가 과정을 거쳐 준비를 한다.
-선언문만 먼저 실행한다.const x; const y;
-생성된 전역 변수와 전역 함수가 실행 컨텍스트가 관리하는 전역 스코프에 등록된다.
-이때 var키워드로 선언된 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수는 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 된다.(브라우저는 window객체의 프로퍼티와 메서드가 된다.)

2.전역 코드 실행
-평가 과정이 끝나면 런타임이 시작되어 코드가 순차적으로 실행된다.
-전역 변수에 값이 할당되고 함수가 호출된다.x = 1; y = 1;
-함수가 호출되면 전역코드의 실행을 중단하고 코드 실행 순서를 변경하여 함수 내부로 진입한다.foo(100);

3.함수 코드 평가
-함수 내부로 진입하면 내부의 문들을 실행하기 전에 함수 코드 평가 과정을 거치며 준비한다.
-매개변수(a)와 지역 변수 선언문이const x; const y; 먼저 실행되고 실행 컨텍스트가 관리하는 지역 스코프에 등록된다.
-arguments객체가 생성되어 지역 스코프에 등록되고, this바인딩도 결정된다.

4.함수 코드 실행
-평가 과정이 끝나면 런타임이 시작되어 코드가 순차적으로 실행된다.
-매개변수와 지역 변수에 값이 할당x = 10; y = 10;되고 console.log(a + x + y);메서드가 호출된다. -console식별자는 스코프 체인을 통해 검색한다.(현재 스코프에 없으면 상위 스코프로 올라가서 검색)

위와 같이 동작을 관리하기 위해 실행 컨텍스트가 필요하다.

※실행 컨텍스트의 필요성
-선언에 의해 생성된 모든 식별자를 스코프를 구분하여 등록하고 상태 변화를 지속적으로 관리할 수 있어야 한다.
-스코프는 중첩 관계에 의해 스코프 체인을 형성해야 한다. 스코프 체인을 통해 상위 스코프로 이동해 검색할 수 있어야 한다.
-현재 실행 중인 코드의 실행 순서를 변경할 수 있어야 한다. 다시 되돌아 가는것도 가능해야 한다.


※자바스크립트의 핵심 동작 원리의 구성

실행 컨텍스트 스택 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경
코드 실행 순서 관리 식별자와 스코프 관리


※실행 컨텍스트의 구성

  • 전역 실행 컨텍스트
    • 전역 렉시컬 환경
      • 전역 환경 레코드
        • 객체 환경 레코드
        • 선언적 환경 레코드
      • this 바인딩
      • 외부 렉시컬 환경 참조
  • 함수 실행 컨텍스트
    • 함수 렉시컬 환경
      • 함수 환경 레코드
      • this 바인딩
      • 외부 렉시컬 환경 참조


4.실행 컨텍스트 스택

소스코드의 타입별로(전역 코드나 함수 코드) 자바스크립트 엔진은 코드를 평가하여 실행 컨텍스트를 생성하는데, 실행 컨텍스트를 스택 자료구조로 관리한다. 이를 실행 컨텍스트 스택이라고 한다.
실행 컨텍스트 스택은 코드의 실행 순서를 관리한다.

const x = 1;

function foo () {
  const y = 2;

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

foo(); // 6

image

1.전역 코드의 평가와 실행
-전역 코드를 평가하여 전역 실행 컨텍스트를 생성하고 실행 컨텍스트 스택에 푸시
-이때 전역 변수 x와 전역 함수 foo는 전역 실행 컨텍스트에 등록
-이후 전역 코드가 실행되어 전역 변수 x에 값이 할당되고 전역 함수 foo가 호출

2.foo함수 코드의 평가와 실행
-foo함수가 호출되면 전역 코드의 실행은 중단되고 제어권이 foo함수 내부로 이동
-foo함수 내부의 함수 코드를 평가하여 foo함수 실행 컨텍스트를 생성하고 실행 컨텍스트 스택에 푸시
-이때 지역변수 y와 중첩함수 bar가 foo함수 실행 컨텍스트에 등록
-이후 foo함수 코드가 실행되어 지역변수y에 값이 할당되고 중첩함수 bar가 호출

3.bar함수 코드의 평가와 실행
-foo함수 코드의 실행은 일시 중단되고 제어권이 bar함수 내부로 이동
-bar함수 코드를 평가하여 bar함수 시행 컨텍스트를 생성하고 실행 컨텍스트 스택에 푸시
-이때 bar함수의 지역변수z가 bar함수 실행 컨텍스트에 등록
-이후 bar함수가 실행되어 z에 값이 할당되고 console.log메서드를 호출 한 이후 bar함수는 종료

4.foo함수코드로 복귀
-bar함수가 종료되면 제어권은 다시 foo함수로 이동
-bar함수 실행 컨텍스트를 스택에서 팝하여 제거
-foo함수 종료

5.전역 코드로 복귀
-foo함수가 종료되면 제어권은 다시 전역 코드로 이동
-더이상 실행할 전역코드가 없어 전역 실행 컨텍스트도 스택에서 팝하여 제거

※실행 중인 실행 컨텍스트(running execution context)
-실행 컨텍스트의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트, 현재 실행 중인 코드의 실행 컨텍스트


5.렉시컬 환경

렉시컬 환경(Lexical Environment)은 식별자와 식별자에 바인딩된 값, 그리고 상위 스코프에 대한 참조를 기록하는 자료구조로 실행 컨텍스트를 구성하는 컴포넌트다.
렉시컬 환경은 스코프와 식별자를 관리한다.

image

image

※환경 레코드(Environment Record)
스코프에 포함된 식별자를 등록하고 등록된 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 저장소.
환경 레코드는 소스코드의 타입에 따라 관리하는 내용에 차이가 있다.

※외부 렉시컬 환경에 대한 참조(Outer Lexical Environment Reference)
상위 스코프를 가리킨다.
해당 실행 컨텍스트를 생성한 소스코드를 포함하는 상위 코드의 렉시컬 환경
단방향 링크드 리스트인 스코프체인을 구현한다.


6.실행 컨텍스트의 생성과 식별자 검색 과정

아래 예재를 통해 과정을 살펴 보자

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 코드가 평가되기 이전에 생성된다.
빌드인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역함수, 표준 빌트인 객체가 구다되며 동작환경에 따라 클라이언트 사이드 Web API(DOM, BOM, Canvas, XMLHttpRequest, Web Stroage, Web Component, Web Worker등)또는 특정 환경을 위한 호스트 객체를 포함한다.

전역 객체도 Object.prototype을 상속 받는다. 즉 전역 객체도 프로토타입 체인의 일원이다.

// Object.prototype.toString
window.toString(); // -> "[object Window]"

window.__proto__.__proto__.__proto__.__proto__ === Object.prototype; // -> true

6.2 전역 코드 평가

  • 전역 실행 컨텍스트 생성
  • 전역 렉시컬 환경 생성
    • 전역 환경 레코드 생성
      • 객체 환경 레코드 생성
      • 선언적 환경 레코드 생성
    • this 바인딩
    • 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

image

1) 전역 실행 컨텍스트 생성

-전역 실행 컨텍스트를 생성하여 실행 컨텍스트 스택에 푸시한다.

2) 전역 렉시컬 환경 생성

-전역 렉시컬 환경Global Lexical Environment을 생성하고 전역 실행 컨텍스트에 바인딩 한다.


2-1) 전역 환경 레코드 생성
-전역 환경 레코드Global Environment Record는 전역 변수를 관리하는 전역 스코프
-전역 객체의 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수
-표준 빌트인 객체를 제공


객체 환경 레코드
-var키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의한 전역 함수
-빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수
-표준빌트인 객체
-var로 선언된 변수와 함수는 BindingObject를 통해 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 된다.

image


선언적 환경 레코드
-let, const키워드로 선언한 전역 변수는 전역 객체의 프로퍼티가 되지 않고 개념적인 블록 내에 존재
-window.y와 같이 참조할 수 없다.
-변수는 “선언 단계”와 “초기화 단계”가 분리되어 있다.
-일시적 사각지대TDZ Temporal Dead Zone에 빠지게 된다.

image

let, const 키워드로 선언한 변수도 변수 호이스팅이 발생한다.
단 런타임에 제어가 변수 선언문에 도달하기 전까지 일시적 사각지대(TDZ)에 빠지기 때문에 참조할 수 없다.

let foo = 1; // 전역 변수

{
  // let, const 키워드로 선언한 변수가 호이스팅되지 않는다면 전역 변수를 참조해야 한다.
  // 하지만 let 키워드로 선언한 변수도 여전히 호이스팅이 발생하기 때문에 참조 에러(ReferenceError)가 발생한다.
  console.log(foo); // ReferenceError: Cannot access 'foo' before initialization
  let foo = 2; // 지역 변수
}


2-2) this 바인딩
전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩된다.

image

참고로 전역 환경 레코드를 구성하는 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드에는 this바인딩이 없다. this바인딩은 전역 환경 레코드와 함수 환경 레코드에만 존재한다.

2-3) 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정
현재 평가 중인 소스코드를 포함하는 외부 소스코드의 렉시컬 환경, 즉 상위 스코프를 가리킨다.

image

6.3 전역 코드 실행

전역 코드가 순차적으로 실행 된다.
변수 할당문이 실행되어 전역 변수 x, y에 값이 할당된다.

image

식별자 결정Idendifier resolurion을 위해 실행 컨텍스트에 등록된 식별자를 검색한다.
가장 먼저 현재 실행 중인 실행 컨텍스트를 검색
없으면 상위 스코프로 이동하여 식별자 검색

6.4 foo 함수 코드 평가

이제 foo(20);함수를 호출하기 직전이다.
foo함수가 호출되면 전역 코드의 실행이 중단되고 제어권이 foo함수 내부로 이동한다. 그리고 함수 코드를 평가하기 시작한다.

  • 함수 실행 컨텍스트 생성 (1)
  • 함수 렉시컬 환경 생성 (2)
    • 함수 환경 레코드 생성 (3)
    • this바인딩 (4)
    • 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정 (5)

image

1) 함수 실행 컨텍스트 생성

foo함수 실행 컨텍스트를 생성하고 실행 컨텍스트 스택에 푸시된다.

2) 함수 렉시컬 환경 생성

foo함수 렉시컬 환경을 생성하고 foo함수 실행 컨텍스트에 바인딩(연결)한다.


2-1) 함수 환경 레코드 생성
함수 환경 레코드에는 매개변수, arguments객체, 함수 내부에서 선언한 지역 변수와 중첩 함수를 등록하고 관리한다.


2-2) this 바인딩
함수 환경 레코드의 [[ThisValue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩 된다.
foo함수는 일반 함수(메서드X)로 호출되었으므로 this는 전역 객체를 가리킨다.


2-3) 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정
foo함수는 전역 코드에 정의된 함수이기 때문에 외부 렉시컬 환경 참조에는 전역 렉시컬 환경의 참조가 할당된다.

※상위 스코프
함수를 어디서 호출했는지가 아니라 어디에 정의 했는지에 따라 상위 스코프를 결정한다.

※this 바인딩
함수가 어떻게 호출되는지에 따라 this에 바인딩 될 값이 동적으로 결정된다.

6.5 foo 함수 코드 실행

이제 런타임이 시작되어 foo함수의 코드가 순차적으로 실행된다.
매개변수에 인수가 할당되고(a에 10할당) 변수 할당문이 실행되어 지역변수 x,y에 각 3,4가 할당된다.
그리고 bar함수가 호출된다.

6.6 bar 함수 코드 평가

이제 bar함수로 제어권이 이동하고 bar함수 코드를 평가하기 시작하여 실행 컨텍스트가 생성되고 스택에 추가된다. foo함수 와 동일하게 bar렉시컬 환경을 만들고, 환경 레코드를 생성하고, this바인딩을 하고, 외부 렉시컬 환경 참조를 할당한다.

image

6.7 bar 함수 코드 실행

런타임이 시작되어 bar함수의 코드가 실행된다. 매개변수에 인수가 할당(b에 10할당)되고 z에 5를 할당한다.
그리고 console.log(a + b + x + y + z);가 실행된다.

1) console 식별자 검색
console식별자를 현재 실행중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서부터 시작해 외부 렉시컬 환경에 대한 참조로 이어서 검색하기 시작한다.
console식별자는 bar 실행컨텍스트에는 없으니 외부 렉시컬 환경을 따라가 foo함수의 렉시컬 환경을 확인하고 거기에도 없으니 전역 실행 렉시컬 환경으로 이동하여 검색한다.
전역 렉시컬 환경은 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드로 나뉘는데 그중 객체 환경 레코드의 BindingObject에서 conole식별자를 찾을 수 있다.

2) log 메서드 검색
console식별자에 바인딩된 객체, 즉 console객체에서 log메서드를 검색한다. 이때 console객체의 프로토타입 체인을 통해 메서드를 검색한다.

3) 표현식 a + b + x + y + z 의 평가
식별자 a,b,x,y,z들을 렉시컬 환경에서 검색한다. 현재 실행중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 시작해 외부 환경에 대한 참조로 이어지는 렉시컬 환경을 연속해서 검색한다.
a실별자는 foo함수 렉시컬 환경에서, b식별자는 bar함수 렉시컬 환경에서, x와y식별자는 foo함수 렉시컬 환경에서, z식별자는 bar함수 렉시컬 환경에서 검색된다.

4) console.log 메서드 호출
표현식 a + b + x + y + z가 평가되어 생성된 값 42를 console.log메서드에 전달하여 호출한다.

6.8 bar 함수 코드 실행 종료

bar함수 코드에 더이상 실행할 코드가 없어 bar함수 실행을 종료한다. 이때 실행 컨텍스트 스택에서 bar함수 실행 컨텍스트가 팝되어 제거 되며 foo실행 컨텍스트가 실행중 컨텍스트가 된다.

image

6.9 foo 함수 코드 실행 종료

bar함수가 종료되면 foo함수도 더이상 실행할 코드가 없으므로 foo함수 코드의 실행도 종료된다. 이때 실행 컨텍스트 스택에서 foo함수 실행 컨텍스트가 팝되어 제거되고 전역 실행 컨텍스트가 실행중인 실행 컨텍스트가 된다.

image

6.10 전역 코드 실행 종료

foo함수가 종료되면 전역 코드도 더이상 실행할 코드가 없으므로 전역 코드의 실행도 종료되고, 전역 실행 컨텍스트도 실행 컨텍스트 스택에서 제거된다.


7.실행 컨텍스트와 블록 레벨 스코프

var키워드로 선언된 변수는 오로지 함수의 코드 블록만 지역 스코프로 인정하는 함수 레벨 스코프를 따른다.
하지만 let,const키워드로 선언한 변수는 모든 코드 블록(함수, if문, for문, while문, try/catch문 등)을 지역 스코프로 인정하는 블록 레벨 스코프를 따른다.

let x = 1;

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

console.log(x); // 1

위 예제를 보면 if문의 코드 블록 내에서 let키워드로 변수가 선언되었다. 따라서 if문의 코드 블록이 실행되면 if문의 코드 블록을 위한 블록 레벨 스코프를 생성해야 한다.
이를 위해 선언적 환경 레코드를 갖는 렉시컬 환경을 새롭게 생성하여 기존의 전역 렉시컬 환경을 교체한다.(1)

image

if문의 코드블록의 실행이 종료되면 if문의 코드 블록이 실행되기 이전의 렉시컬 환경으로 되돌린다.(2)

image


부록 for문 var vs let

for문을 사용할 때 지역 변수로 var키워드를 사용하고 for문의 코드 블록내에 정의된 함수가 있다면 코드가 원하는데로 동작하지 않을 수 있다.
이유는 var키워드는 함수 레벨 스코프이기 때문이다.
var를 사용하면 이는 function(){console.log(i)} 익명함수 입장에서 i는 전역 변수이기 때문에 반복적으로 함수를 생성했음에도 불구하고 생성된 모든 함수의 외부 렉시컬 환경은 같은 렉시컬 환경을 바라보고 있다. 그렇기 때문에 i를 동일한 변수를 참조할테고 아래와 같은 경우 for문이 모두 종료된 다음에 생성된 함수가 호출되기 때문에 i의 값은 5로 되어 아래와 같은 결과가 나온다.

// var를 사용한 경우
for(var i=0;i <5; i++){
    setTimeout(function(){console.log(i)},1)
}
// 5
// 5
// 5
// 5
// 5


반면 let을 사용하는 경우 블록 레벨 스코프를 따르기 때문에 for문이 반복적으로 돌때마다 새로운 렉시컬 환경을 생성하고 생성된 익명 함수의 외부 렉시컬 환경은 모두 다른 렉시컬 환경을 바라보게 된다.

렉시컬 환경 생성된 함수
i=0 function(){console.log(i)}
i=1 function(){console.log(i)}
i=2 function(){console.log(i)}
i=3 function(){console.log(i)}
i=4 function(){console.log(i)}

위 처럼 생성되고 하나씩 console.log(i)가 호출되면서 값이 출력된다.

// let을 사용한 경우
for(let i=0;i <5; i++){
    setTimeout(function(){console.log(i)},1)
}
// 0
// 1
// 2
// 3
// 4

Leave a comment