자바스크립트의 실행 컨텍스트란?

자바스크립트의 소스코드 타입

소스코드 타입	해설
전역 코드	전역에 존재하는 소스코드를 말합니다. 전역에 정의된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않습니다.
함수 코드	함수 내부에 존재하는 소스코드를 말합니다. 함수 내부에 중첩된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않습니다.
eval 코드	빌트인 전역 함수인 eval 함수에 전달되어 실행되는 소스코드를 말합니다.
모듈 코드	모듈 내부에 존재하는 소스코드를 말합니다. 모듈 내부의 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않습니다.

• ECMAScript 사양은 위와같이 소스코드를 4가지 타입으로 구분합니다.

• 소스코드를 4가지 타입으로 구분하는 이유는 소스코드의 타입에 따라 실행 컨텍스트를 생성하는 과정과 관리 내용이 다르기 때문입니다.

소스코드 타입마다 실행 컨텍스트가 필요한 이유

전역 코드

• 전역 코드는 전역 변수를 관리하기 위해 최상위 스코프인 전역 스코프를 생성해야합니다. 그리고 var로 선언된 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수를 전역 객체의 프로퍼티와 메서드로 바인딩하고 참조하기 위해 전역 객체와 연결되어야 합니다. 이를 위해 전역 코드가 평가되면 전역 실행 컨텍스트가 생성됩니다.

함수 코드

• 함수 코드는 지역 스코프를 생성하고 지역 변수, 매개변수, arguments 객체를 관리해야 합니다. 그리고 생성한 지역 스코프를 전역 스코프에 연결해야 하며, 이를 위해 함수 코드가 평가되면 함수 실행 컨텍스트가 생성됩니다.

eval 코드

• eval 코드는 strict mode(엄격 모드)에서 자신만의 독자적인 스코프를 생성합니다. 이를 위해 eval 코드가 평가되면 eval 실행 컨텍스트가 생성됩니다.

모듈 코드

• 모듈 코드는 모듈별로 독립적인 모듈 스코프를 생성합니다. 이를 위해 모듈 코드가 평가되면 모듈 실행 컨텍스트가 생성됩니다.

소스코드 평가와 실행

• 모든 소스코드는 실행에 앞서 평가 과정을 거치며 코드를 실행하기 위한 준비를 합니다. 즉, 자바스크립트 엔진은 "소스코드 평가", "소스코드 실행" 2개의 과정으로 나누어 처리합니다.

소스코드 평가

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

소스코드 실행

• 소스코드 평가 과정이 끝나면 선언문을 제외한 소스코드가 순차적으로 실행되는 런타임이 시작됩니다. 소스코드를 실행하면서 필요한 변수, 함수의 참조를 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에서 취득합니다. 그리고 변수 값의 변경 등 소스코드의 실행 결과는 다시 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프(렉시컬 환경의 환경 레코드)에 등록합니다.

실행 컨텍스트의 역할

const x = 1;
const y = 2;

function test(a) {
  const x = 10;
  const y = 20;
  console.log(a + x + y);
}

sayHello(50);
console.log(x + y);

• 자바스크립트 엔진이 아래 코드를 평가하고 실행하는 방식은 아래와 같습니다.

1. 전역 코드 평가

• 전역 코드 평가를 통해 변수 선언문과 함수 선언문이 실행되고, 그 결과 생성된 전역 변수와 전역 함수가 실행 컨텍스트가 관리하는 전역 렉시컬 환경의 환경 레코드에 등록됩니다. 이 때 var 키워드로 선언된 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수는 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 됩니다.

2. 전역 코드 실행

• 전역 코드 평가 과정이 끝나면 런타임이 시작되어 전역 코드가 순차적으로 실행됩니다. 이 떄 전역 변수에 값이 할당되고 함수가 호출됩니다. 함수가 호출되면 순차적으로 실행되던 전역 코드의 실행을 일시 중단하고 코드 실행 순서를 변경하여 함수 내부로 진입합니다.

3. 함수 코드 평가

• 함수 호출에 의해 함수 내부로 진입하면 함수 내부의 문들을 실행하기에 앞서 함수 코드 평가 과정을 거치며 함수 코드를 실행하기 위한 준비를 합니다. 이 때 지역 실행 컨텍스트가 생성되고 매개변수와 지역 변수 선언문이 실행되어 지역 실행 컨텍스트의 환경 레코드에등록됩니다. 또한 함수 내부에서 지역 변수처럼 사용할 수 있는 arguments 객체가 생성되어 지역 실행 컨텍스트의 환경 레코드에 등록되고 this 바인딩도 결정됩니다.

4. 함수 코드 실행

• 함수 코드 평가 과정이 끝나면 런타임이 시작되어 함수 코드가 순차적으로 실행되기 시작합니다. 이 때 매개변수와 지역 변수에 값이 할당되면서 코드가 실행됩니다. console.log() 함수를 실행할 때 console은 스코프 체인을 통해서 전역 스코프에서 참조하며 .log는 프로토타입 체인으로 검색합니다. 그리고 a,x,y 식별자는 스코프 체인을 통해 검색하여 console.log() 함수를 실행 후 함수 코드를 모두 실행하였다면 다시 전역 코드로 돌아가서 이후 코드를 마저 실행합니다.

최종 분석

• 위와 같은 메커니즘을 구성하기 위해서는 실행 컨텍스트는 실별자와 스코프를 렉시컬 환경으로 관리하고 코드 실행 순서는 실행 컨텍스트 스택으로 관리합니다.

실행 컨텍스트 스택

• 자바스크립트 엔진은 가장 먼저 전역 코드를 평가하고 전역 실행 컨텍스트를 생성하여 실행 컨텍스트 스택에 push하고 이후 코드를 실행하면서 함수를 호출할 경우 지역 함수를 평가 및 실행 컨텍스트를 생성하고 실행 컨텍스트 스택에 push 하고 모두 실행했다면 pop을 합니다. 이러한 메커니즘을 통해서 코드의 실행 순서를 관리합니다. 실행 컨텍스트 스택에 가장 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트를 실행 중인 실행 컨텍스트라 부릅니다.

렉시컬 환경

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

• 렉시컬 환경은 환경 레코드와 외부 렉시컬 환경에 대한 참조로 구성됩니다.

환경 레코드(Environment Record)

• 스코프에 포함된 식별자를 등록하고 등록된 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 저장소입니다. 환경 레코드는 소스코드의 타입에 따라 관리하는 내용의 차이가 있습니다.

외부 렉시컬 환경에 대한 참조(Outer Lexical Environment Reference)

• 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 상위 스코프를 가리킵니다. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조를 통해 단방향 링크드 리스트 자료구조의 스코프 체인을 구현합니다.

실행 컨텍스트 생성과 식별자 검색 과정

1. 전역 객체 생성

• 전역 객체는 전역 코드가 평가되기 이전에 생성됩니다. 이때 전역 객체에는 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 그리고 표준 빌트인 객체가 추가됩니다.

2. 전역 코드 평가

• 소스코드가 로드되면 자바스크립트 엔진은 전역 코드를 평가합니다. 전역 코드 평가는 다음과 같은 순서로 진행됩니다.

2.1 전역 실행 컨텍스트 생성

• 전역 실행 컨텍스트를 생성하여 실행 컨텍스트 스택에 푸시합니다.

2.2 전역 렉시컬 환경 생성

• 전역 렉시컬 환경을 생성하고 전역 실행 컨텍스트에 바인딩합니다.(렉시컬 환경은 환경 레코드와 외부 렉시컬 환경에 대한 참조로 구성됩니다.)

• ES6 이후부터는 전역 환경 레코드는 기존의 전역 객체가 관리하던 var 전역 변수와 전역 함수 선언문으로 정의한 함수, 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체를 관리하는 객체 환경 레코드와 const와 let을 관리하는 선언적 환경 레코드와 this가 바인딩된 [[GlobalThisValue]] 내부슬롯으로 구성됩니다.

• var 전역 변수와 다르게 전역 함수 선언문은 소스코드 평가 과정에서 객체 환경 레코드에 식별자가 등록되고 함수 객체가 생성되어 등록됩니다. 이러한 메커니즘으로 인해서 함수 선언문은 함수 선언문 이전에 호출할 수 있으며 변수 호이스팅과 함수 호이스팅의 차이점입니다.

• 선언적 환경 레코드는 let과 const 변수를 관리하는 환경 레코드로서 변수 호이스팅은 발생되지만 var 키워드와 달리 undefined로 초기화하지 않고 를 할당하여 변수 할당문 이전까지는 일시적 사각지대로서 해당 변수를 참조하면 참조 에러가 발생됩니다.

• 외부 렉시컬 환경을 통해 상위 렉시컬 환경에 접근할 수 있습니다. 전역 렉시컬 환경의 외부 렉시컬은 null이며 스코프 체인의 종점을 의미합니다.

3. 전역 코드 실행

• 위의 과정이 끝났다면 전역 코드를 순차적으로 실행합니다. 전역 코드가 실행되어 변수에 접근할 때 전역 실행 컨텍스트의 환경 레코드를 통해 참조합니다. 실행 컨텍스트에서 접근할 식별자를 결정하는 과정을 식별자 결정이라고 합니다. 만약, 실행 컨텍스트의 환경 레코드에 변수를 찾지 못했다면 상위 스코프의 실행 컨텍스트의 환경 레코드에 접근해야 합니다. 하지만, 전역 실행 컨텍스트는 스코프 체인의 종점이기 때문에 여기서 찾지 못했다면 참조 에러가 발생됩니다.

4. 함수 코드 평가

• 전역 코드 실행 중 함수를 실행하게 될 경우 해당 함수로 코드의 제어권이 이동합니다. 그리고 함수 코드 평가를 시작합니다.

• 함수 코드 평가는 함수 '실행 컨텍스트 생성' -> '함수 렉시컬 환경 생성' -> '함수 환경 레코드 생성' -> 'this 바인딩' -> '외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정' 순으로 평가합니다.

• 함수 실행 컨텍스트를 생성 합니다. 그리고 함수 렉시컬 환경을 생성하면 함수 실행 컨텍스트에 바인딩하여 실행 컨텍스트 스택에 push 합니다.

• 함수 렉시컬 환경의 환경 레코드에는 매개변수, arguments 객체, 지역 변수와 중첩 함수를 등록하고 관리합니다.

• 함수가 일반 함수로 호출되었을 때 [[ThisValue]] 내부 슬롯에 전역 객체가 바인딩되며, this를 호출하였을 때 전역 객체를 가리킵니다.

• 전역 선언문 함수의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 함수 선언문이 평가된 시점에 결정됩니다. 자바스크립트는 함수를 어디서 호출했는지가 아니라 함수를 어디에 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정합니다. 이러한 메커니즘은 함수 객체를 생성할 때 함수 객체의 [[Environment]] 내부 슬롯의 현재 실행 컨텍스트에 대한 참조를 저장하는 방식으로 구현됩니다. 즉, 해당 함수가 호출되어 실행 컨텍스트를 생성하고 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 값을 [[Environment]] 내부 슬롯에 있는 값으로 셋팅합니다.

실행 컨텍스트와 렉시컬 환경 반환

• 실행 컨텍스트가 실행 완료되어 실행 컨텍스트 스택에서 pop 되어도 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경은 가비지 컬렉팅 대상이 되지 않을 수 있습니다. 렉시컬 환경은 독립적인 객체로서 참조 여부에 따라서 가비지 컬렉팅 대상이 됩니다.

실행 컨텍스트와 블록 레벨 스코프

• var 키워드는 함수 레벨 스코프만을 따르지만, let과 const는 모든 코드 블록을 지역 스코프로 인정합니다. 만약, 코드 실행 과정에서 if문과 같은 블록을 만날 경우 선언적 환경 레코드를 가지는 렉시컬 환경을 생성합니다. 그리고 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 if문이 실행되기 이전의 렉시컬 환경을 참조합니다.