실행 컨텍스트(Execution Context)는 자바스크립트 동작 원리를 담고 있는 핵심 개념이다.
실행 컨텍스트을 이해하면 자바스크립트가 스코프 기반으로 식별자와 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 방식과 호이스팅이 발생하는 이유, 클로저의 동작 방식, 그리고 태스크 큐와 함께 동작하는 이벤트 핸들러와 비동기 처리 동작 방식을 이해할 수 있다.
4가지 타입의 소스코드는 실행 컨텍스트를 생성한다.
소스코드의 타입에 따라 실행 컨텍스트를 생성하는 과정과 관리 내용이 다르다.
| 소스코드의 타입 | 설명 |
|---|---|
| 전역 코드 | 전역에 존재하는 소스코드. 정역에 정의된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않는다. |
| 함수 코드 | 함수 내부에 존재하는 소스코드. 함수 내부에 중첩된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않는다. |
| eval 코드 | 빌트인 전역 함수인 eval 함수에 인수로 전달되어 실행되는 소스코드 |
| 모듈 코드 | 모듈 내부에 존재하는 소스코드. 모듈 내부의 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않는다. |
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전역 코드
전역 코드는 전역 변수를 관리하기 위해 최상위 스코프인 전역 스코프를 생성해야 한다. 그리고 var 키워드로 선언된 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수를 전역 객체의 프로퍼티와 메서드로 바인딩하고 참조하기 위해 전역 객체와 연결되어야 한다.
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함수 코드
함수 코드는 지역 스코프를 생성하고 지역 변수, 매개변수, arguments 객체를 관리해야 한다. 생성한 지역 스코프를 전역 스코프에서 시작하는 스코프 체인의 일원으로 연결해야 한다.
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eval 코드
eval 코드는 strict mode(엄격 모드)에서 자신마의 독자적인 스코프를 생성한다.
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모듈 코드
모듈 코드는 모듈별로 독립적인 모듈 스코프를 생성한다.
JS 엔진은 소스코드를 "소스코드의 평가"와 "소스코드의 실행"의 2개의 과정으로 나누어 처리한다.
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 등록한다.
평가 과정이 끝나면 선언문을 제외한 소스코드가 실행된다. 이때 소스코드 실행에 필요한 정보, 즉 변수나 함수의 참조를 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에서 검색해서 취득한다. 그리고 변수 값의 변경 등 소스코드의 실행 결과는 다시 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록된다.
var x;
x = 1;-
소스코드의 평가
변수 선언문을 먼저 실행한다. 이때 생성된 변수 식별자 x는 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록되고 undefined로 초기화된다.
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소스코드의 실행
변수 할당문을 실행한다. 변수에 값을 할당하려면 먼저 x 변수가 선언된 변수인지 확인해야 한다. 이를 위해 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 x 변수가 등록되어 있는지 확인한다.
const x = 1; // 전역 변수 선언
const y = 2;
function foo(a) { // 함수 정의
const x = 10; // 지역 변수 선언
const y = 20;
console.log(a + x + y);
}
foo(100); // 함수 호출
console.log(x + y); // 메서드 호출, 3-
전역 코드 평가
소스코드 평가 과정에서는 선언문만 먼저 실행되므로 변수 선언문과 함수 선언문이 먼저 실행된다. 그 결과 생성도니 전역 변수와 전역 함수가 실행 컨텍스트가 관리하는 전역 스코프에 등록된다.
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전역 코드 실행
전역 변수에 값이 할당되고 함수가 호출된다. 함수가 호출되면 순차적으로 진행되던 전역 코드의 실행을 일시 중단하고 코드 실행 순서를 변경하여 함수 내부로 진입한다.
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함수 코드 평가
매개변수와 지역 변수 선언문이 먼저 실행되고, 그 결과 생성된 매개변수와 지역 변수가 실행 컨텍스트가 관리하는 지역 스코프에 등록된다. 또한 함수 내부에서 지역 변수처럼 사용할 수 있는 arguments 객체가 생성되어 지역 스코프에 등록되고 this바인딩도 결정된다.
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함수 코드 실행
코드 평가 후 런타임이 시작되어 매개변수와 지역 변수에 값이 할당되고 console.log 메서드가 호출된다.
실행 컨텍스트는 식별자를 등록하고 관리하는 스코프와 코드 실행 순서 관리를 구현한 내부 메커니즘으로, 모든 코드는 실행 컨텍스트를 통해 실행되고 관리된다.
식별자와 스코프는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경으로 관리하고, 코드 실행 순서는 실행 컨텍스트 스택으로 관리한다.
실행 컨텍스트 스택은 생성된 실행 컨텍스트를 스택 자료구조로 관리하는 것이다.
const x = 1;
function foo() {
const y = 2;
function bar(){
const z = 3;
console.log(x + y + z);
}
bar();
}
foo(); // 6-
전역 코드의 평가와 실행
전역 실행 컨텍스트를 생성하고 실행 컨텍스트 스택에 푸시한다. 이때 전역 변수 x와 전역 함수 foo는 전역 실행 컨텍스트에 등록된다. 이후 전역 코드가 실행되면 전역 변수 x에 값이 할당되고 전역 함수 foo가 호출된다.
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foo 함수 코드의 평가와 실행
전역 함수 foo가 호출되면 코드의 제어권이 함수 내부로 이동한다. foo 함수 실행 컨텍스트를 생성하고 실행 컨텍스트 스택에 푸시한다. 이때 foo 함수의 지역 변수 y와 중첩 함수 bar가 foo 함수 실행 컨텍스트에 등록된다. 이후 foo 함수 코드가 실행되기 시작하여 지역 변수 y에 값이 할당되고 중첩 함수 bar가 호출된다.
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bar 함수 코드의 평가와 실행
bar 함수 실행 컨텍스트를 생성해 실행 컨텍스트 스택에 푸시한다. 함수 코드기 실행하면 지역 변수 z에 값이 할당되고 console.log 메서드를 호출한 후 bar 함수가 종료된다.
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foo 함수 코드의 복귀
bar 함수가 종료되면 제어권이 foo 함수로 간다. bar 함수 실행 컨텍스트를 실행 컨텍스트 스택에서 팝하여 제거한다. foo 함수도 종료한다.
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전역 코드로 복귀
제어권이 전역 코드로 이동한다. foo 함수 실행 컨텍스트를 실행 컨텍스트 스택에서 팝하여 제거한다. 전역 실행 컨텍스트도 팝되어 실행 컨텍스트 스택에 아무것도 남아있지 않게 된다.
실행 컨텍스트 스택은 코드의 실행 순서를 관리하는데 소스코드가 평가되면 실행 컨텍스트가 생성되고 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 쌓인다. 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트는 언제나 현재 실행 중인 코드의 실행 컨텍스트다. 따라서 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트를 실행 중인 실행 컨텍스트라 부른다.
렉시컬 환경은 식별자와 식별자에 바인딩된 값, 그리고 상위 스코프에 대한 참조를 기록하는 자료구조로 실행 컨텍스트를 구성하여 스코프와 식별자를 관리한다.
렉시컬 환경은 키와 값을 갖는 객체 형태의 스코프(전역, 함수, 블록 스코프)를 생성하여 식별자를 키로 등록하고 식별자에 바인딩된 값을 관리한다.
렉시컬 환경은 두 개의 컴포넌트로 구성된다.
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환경 레코드 Environment Record 스코프에 포함된 식별자를 등록하고 등록된 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 저장소다. 소스코드 타입에 따라 관리하는 내용에 차이가 있다.
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외부 렉시컬 환경에 대한 참조 Outer Lexical Environment Reference 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 상위 스코프를 가리킨다. 이때 상위 스코프란 해당 실행 컨텍스트를 생성한 소스코드를 포함하는 상위 코드의 렉시컬 환경을 말한다.
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); //42전역 객체는 전역 코드가 평가되기 이전에 생성된다. 전역 객체도 Object.prototype을 상속받는다. 즉, 전역 객체도 프로토타입 체인의 일원이다.
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전역 실행 컨텍스트 생성
비어있는 전역 실행 컨텍스트를 생성하여 실행 컨텍스트 스택에 푸시한다.
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전역 렉시럴 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.
var키워드 의경우 모든 전역 변수가 전역 객체의 프로퍼티가 되어 전역 객체가 전역 환경 레코드 역할을 하는 반면, let과 const 키워드로 선언한 전역 변수는 전역 객체의 프로퍼티가 되지 않고 개념적인 블록 내에 존재하게 된다.
var키워드로 선언한 전역 변수와 let, const 키워드로 선언한 전역 변수를 구분하여 관리하기 위해 전역 스코프 역할을 하는 전역 환경 레코드는 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드로 구성되어 있다.
2.1.1. 객체 환경 레코드 생성
전역 환경 레코드를 구성하는 컴포넌트인 객체 환경 레코드는 BindingObject라고 부르는 객체와 연결된다. BindingObject는 23.6.1절 "전역 객체 생성"에서 생성된 전역 객체다.
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.
- var키워드로 선언된 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수가 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 되고 전역 객체를 가리키는 식별자(window) 없이 전역 객체의 프로퍼티를 참조할 수 잇는 메커니즘이다.
var x = 1; const y = 2; function foo (a) { ...
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x변수는 "선언 단계"와 "초기화 단계"가 동시에 진행된다. 전역 코드 평가 시점에 객체 환경 레코드에 바인딩된 BindingObject를 통해 전역 객체에 변수 식별자를 키로 등록한 다음, 암묵적으로 undefined를 바인딩한다. 선언한 변수는 코드 실행 단계에서 변수 선언문 이전에 참조할 수 있다.
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함수 선언문으로 정의한 함수가 평가되면 함수 이름과 동일한 이름의 식별자를 객체 환경 레코드에 바인딩된 BindingObject를 통해 전역 객체에 키로 등록하고 생성된 함수 객체를 즉시 할당한다.
2.1.2. 선언적 환경 레코드 생성
let, const 키워드로 선언한 전역 변수는 선언적 환경 레코드에 등록되고 관리된다.
앞서 설명한 let, const 키워드로 선언한 전역 변수는 전역 객체의 프로퍼티가 되지 않고 개념적인 블록 내에 존재하게 된다고 했는데 그 블록이 바로 선언적 환경 레코드 이다.
- const 키워드로 선언한 변수는 "선언 단계"와 "초기화 단계"가 분리되어 진행한다. 따라서 초기화 단계, 즉 런타임에 실행 흐름이 변수 선언문에 도달하기 전까지 일시적 사각지대에 빠지게 된다. 따라서 let, const 키워드로 선언한 변수도 변수 호이스팅이 발생하지만 런타임에 컨트롤이 변수 선언문에 도달하기 전까지 일시적 사각지대에 빠지기 때문에 참조할 수 없다.
2.2. this 바인딩
전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩된다. 전역 코드에서 this를 참조하면 전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에 바인딩되어 있는 객체가 반환된다.
2.3. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정
외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 현재 평가 중인 소스코드를 포함하는 외부 소스코드의 렉시컬 환경, 즉 상위 스코프를 가리킨다.
전역 코드가 순차적으로 실행되기 시작한다. 변수 할당문에 실행되어 전역 변수 x, y에 값이 할당되고 foo 함수가 호출된다.
변수 할당문 또는 함수 호출문을 실행하려면 변수 또는 함수 이름이 선언된 식별자인지 확인한다.
식별자는 스코프가 다르면 같은 이름을 가질 수 있기 때문에 동일한 이름의 식별자가 다른 스코프에 여러 개 존재할 수 있다. 따라서 어느 스코프의 식별자를 참조하면 되는지 결정할 필요가 있는데 이를 식별자 결정이라 한다. 식별자 결정을 위해 식별자를 검색할 때는 실행 중인 실행 컨텍스트에서 식별자를 검색하기 시작한다. 만약 식별자 검색에 실패한 경우 외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 렉시컬 환경, 즉 상위 스코프로 이동하여 식별자를 검색한다
이것이 바로 스코프 체인의 동작 원리다.
현재 전역 코드 평가를 통해 전역 실행 컨텍스트가 생성되었고 전역 코드를 실행하고 있다. 현재 진행 상황은 foo함수를 호출하기 직전이다.
foo 함수가 호출되면 전역 코드의 실행을 일시 중단하고 foo 함수 내부로 코드의 제어권이 이동한다. 그리고 함수 코드를 평가하기 시작한다.
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함수 실행 컨텍스트 생성
foo함수 실행 컨텍스트를 생성하고 실행 컨텍스트 스택에 푸시된다.
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함수 렉시컬 환경 생성
foo 함수 렉시컬 환경을 생성하고 foo 함수 실행 컨텍스트에 바인딩한다.
2.1. 함수 환경 레코드 생성
함수 환경 레코드는 매개변수, arguments 객체, 함수 내부에서 선언한 지역 변수와 중첩 함수를 등록하고 관리한다.
2.2. this 바인딩
함수 환경 레코드의 [[ThisValue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩된다. 일반 함수인 foo가 호출되었으므로 this는 전역 객체를 가리키고 내부 슬롯에는 전역 객체가 바인딩된다.
2.3. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정
외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 foo 함수 정의가 평가된 시점에 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조가 할당된다.
런타임이 시작되어 foo 함수의 소스코드가 순차적으로 실행되기 시작한다. 매개변수에 인수가 할당되고, 변수 할당문이 실행되어 지역 변수 x, y에 값이 할당되고 함수 bar가 호출된다.
이때 식별자 결정을 위해 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검색하기 시작한다. foo 함수 렉시컬 환경에서 식별자 x, y를 검색하기 시작한다. 실행중인 렉시컬 환경에서 식별자를 검색할 수 없으면 외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 렉시컬 환경으로 이동하여 식별자를 검색한다. 검색된 식별자에 값을 바인딩한다.
bar함수를 호출되면 코드의 제어권이 이동하고 함수 코드를 평가하기 시작한다.
매개변수에 인수가 할당되고, 변수 할당문이 실행되어 지역 변수 z에 값이 할당된다.
console.log(a + b + x + y + z);가 실행된다
- console 식별자 검색
- log 메서드 검색
- 표현식 a + b + x + y + z 의 평가
- console.log 메서드 호출
메서드고 호출되고 종료되면 bar 함수 코드도 종료된다. 실행 컨텍스트 스택에서 bar 함수 실행 컨텍스트가 팝되어 제거되고 foo 실행 컨텍스트가 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다.
bar 함수 실행 컨텍스트가 소멸되었다 하더라도 bar 함수 렉시컬 환경을 누군가 참조하고 있다면 bar 함수 렉시컬 환경은 소멸되지 않는다.
실행 컨텍스트 스택에서 foo 함수 실행 컨텍스트가 팝되어 제거되고 전역 실행 컨텍스트가 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다.
전역 실행 컨텍스트도 실행 컨텍스트 스택에서 팝되어 실행 컨텍스트 스택에는 아무것도 남아있지 않게 된다.
var 으로 선언한 변수는 함수의 코드 블록만 지역 스코프로 인정하는 함수 레벨 스코프를 따르지만 let, const로 선언된 변수는 모든 코드 블록(함수, if 문, for 문, while 문, try/catch 문 등)을 지역 스코프로 인정하는 블록 레벨 스코프를 따른다.
let x = 1;
if (true) {
let x = 10;
console.log(x); //10
}
console.log(x); //1if 코드 블록이 실행되면 if문의 코드 블록을 위한 블록 레벨 스코프를 생성해야 한다. 이를 위해 선언적 환경 레코드를 갖는 렉시컬 환경을 새롭게 생성하여 기존의 전역 레시컬 환경을 교체한다. if 문이 종료되면 if 문의 코드 블록이 실행되기 이전에 렉시컬 환경으로 되돌린다.
이는 블록 레벨 스코프를 생성하는 모든 블록문에 적용된다.