제로베이스 네카라쿠배 온라인스쿨 1기 과정(2021. 11 ~ 2021. 12)에서 공부했던 Javascript Deepdive 교재의 내용 요약 및 필자의 생각을 정리한 내용입니다. 원서의 내용 챕터의 일부를 요약한 내용으로 보다 자세한 내용은 원서를 참조 바랍니다.

23장 실행 컨텍스트

실행 컨텍스트(execution context)는 자바스크립트의 동작 원리를 담고 있는 핵심 개념이다.

23.1 소스코드의 타입

• ECMAScript 사양은 소스코드(ECMAScript code)를 4가지 타입으로 구분한다.

소스코드의 타입

• 소스코드의 타입에 따라 실행 컨텍스트를 생성하는 과정과 관리 내용이 다르다.

1. 전역 코드

• 전역 코드는 전역 변수를 관리하기 위해 최상위 스코프인 전역 스코프를 생성한다.
• var 키워드로 선언된 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수를 전역 객체의 프로퍼티와 메서드로 바인딩하기 위해 전역 객체와 연결되어 있어야 한다.
  • 전역 코드가 평가됨으로써 전역 실행 컨텍스트가 생성된다.

2. 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.
  • 함수 코드가 평가됨으로써 함수 실행 컨텍스트가 생성된다.

3. eval 코드

• eval 코드는 strict mode에서 자신만의 독자적 스코프를 생성한다.
  • eval 코드가 평가되면 eval 실행 컨텍스트가 생성된다.

4. 모듈 코드

• 모듈 코드는 모듈별로 독립적인 모듈 스코프를 생성한다.
  • 모듈 코드가 평가되면 모듈 실행 컨텍스트가 생성된다.

23.2 소스코드의 평가와 실행

• 모든 소스코드는 실행에 앞서 평가 과정을 거치며 코드를 실행하기 위한 준비를 한다.
  • 즉, 자바스크립트 엔진은 소스코드를 2개의 과정(평가, 실행)으로 나눠 처리한다.

var x
x = 1

• 위 코드의 동작 과정을 소스 코드 평가 과정으로 보면 다음과 같다.
  • 변수 선언문 var x;를 먼저 실행하여 생성된 변수 식별자 x는 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록되고 undefined로 초기화된다.
  • 소스코드 평가 과정이 끝나면 실행 과정이 시작되는데, 선언문은 평가 과정에서 이미 실행됐으므로 변수 할당문 x=1만 실행된다.
  • 이 때 할당문을 실행하기 위해선 변수 x가 선언된 변수인지 찾아야 하는데, 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 x 변수가 등록되어 있는지 확인한다.
  • 만약 등록되어 있다면 값을 할당하고 할당 결과를 실행 컨텍스트에 등록하여 관리한다.

23.3 실행 컨텍스트의 역할

1. 전역 코드 평가

• 전역 코드를 실행하기 전 평가 과정을 거치며, 선언문만 먼저 실행한다.
• 변수 선언문, 함수 선언문이 먼저 실행되고 그 결과 생성된 전역 변수, 전역 함수가 실행 컨텍스트가 관리하는 전역 스코프에 등록된다.
• 이때 var 키워드로 선언된 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수는 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 된다.

2. 전역 코드 실행

• 런타임이 시작되어 전역 코드가 순차적으로 실행된다.
• 전역 변수에 값이 할당되고, 함수가 호출된다.
• 함수가 호출되면 순차적 실행되던 전역 코드 실행을 일시 중단하고 코드 실행 순서를 변경하여 함수 내부로 진입한다.

3. 함수 코드 평가

• 함수 호출에 의해 함수 내부로 진입하면 함수 코드 평가 과정을 거치며 함수 코드를 실행하기 위한 준비를 한다. (전역 코드 평가와 같은 방식)
• 이때 매개변수와 지역 변수 선언문이 먼저 실행되고, 실행 컨텍스트가 관리하는 지역 스코프에 등록된다.
• 함수 내부에서 지역 변수처럼 사용할 수 있는 arguments 객체가 생성되어 지역 스코프에 등록되고 this 바인딩도 결정된다.

4. 함수 코드 실행

• 함수 코드 평가 과정이 끝나면 런타임이 시작되어 함수 코드가 순차적으로 실행된다.

• 매개변수와 지역 변수에 값이 할당되고 console.log메서드가 호출된다.

• 코드가 실행되려면 스코프를 구분하여 식별자와 바인딩된 값이 관리되어야 한다.

• 중첩 관계에 의해 스코프 체인을 형성하여 식별자를 검색할 수 있어야 하고, 전역 객체 프로퍼티도 전역 변수처럼 검색할 수 있어야 한다.

• 이처럼 코드가 실행되려면 다음과 같이 스코프, 식별자, 코드 실행 순서 등의 관리가 필요한데 이를 관리해 주는 것이 실행 컨텍스트라 할 수 있다.

• 다르게 표현하면 실행 컨텍스트는 소스코드를 실행하는 데 필요한 환경을 제공하고 코드의 실행 결과를 실제로 관리하는 영역이다.

• 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.

23.4 실행 컨텍스트 스택

• 생성된 실행 컨텍스트는 스택 자료구조로 관리되며 이를 실행 컨텍스트 스택이라 부른다.
• 코드가 실행되는 시간의 흐름에 따라 실행 컨텍스트 스택에는 실행 컨텍스트가 push, pop 된다.
• 실행 컨텍스트 스택은 코드의 실행 순서를 관리한다.
• 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트는 언제나 현재 실행 중인 코드의 실행 컨텍스트다.

23.5 렉시컬 환경

• 렉시컬 환경(Lexical Environment) 식별자와 식별자에 바인딩된 값, 상위 스코프에 대한 참조를 기록하는 자료구조로 실행 컨텍스트를 구성하는 컴포넌트다.
• 렉시컬 환경은 스코프와 식별자를 관리한다.
• 렉시컬 환경은 키와 값을 갖는 객체 형태의 스코프를 생성하여 식별자를 키로 등록하고, 식별자에 바인딩된 값을 관리한다.
  • 렉시컬 환경은 스코프를 구분하여 식별자를 등록하고 관리하는 저장소 역할을 하는 렉시컬 스코프의 실체다.
• 실행 컨텍스트는 LexicalEnvironment 컴포넌트와 VariableEnvironment 컴포넌트로 구성된다.
  • 초기에는 하나의 동일한 렉시컬 환경을 참조한다.
  • 이후 VariableEnvironment 컴포넌트를 위한 새로운 렉시컬 환경이 생겨 달라지는 경우도 있다.
• 렉시컬 환경은 두개의 컴포넌트로 구성된다.
  • 환경 레코드(Environment Record) : 스코프에 포함된 식별자를 등록하고 등록된 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 저장소다.
  • 외부 렉시컬 환경에 대한 참조(Outer Lexical Environement Reference): 상위 스코프를 가리킨다.(해당 실행 컨텍스트를 생성한 소스코드를 포함하는 상위 코드의 렉시컬 환경)

23.6 실행 컨텍스트의 생성과 식별자 검색 과정

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) // a = 20, b = 10 x = 3 y = 4 z = 5
  }

  bar(10)
}

foo(20)

23.6.1 전역 객체 생성

• 전역 객체는 전역 코드가 평가되기 이전에 생성된다.
  • 빌트인 전역 프로퍼티, 빌트인 전역 함수, 표준 비트인 객체, 특정 환경을 위한 호스트 객체 등을 담음
  • 즉, 전역 객체도 프로토타입 체인의 일원이다.

23.6.2 전역 코드 평가

• 다음과 같은 순서로 평가가 진행된다.

  1. 전역 실행 컨텍스트 생성

  2. 전역 렉시컬 환경

     2.1. 전역 환경 레코드 생성

     2.1.1 객체 환경 레코드 생성

     2.1.2 선언적 환경 레코드 생성

     2.2 this 바인딩

     2.3 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

1. 전역 실행 컨텍스트 생성

• 비어있는 전역 실행 컨텍스트를 생성하여 실행 컨텍스트 스택에 푸시한다.
• 이때 전역 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택의 최상위가 되어 **실행 중인 실행 컨텍스트(running execution context)**가 된다.

2. 전역 렉시컬 환경 생성

• 전역 렉시컬 환경을 생성하고 전역 실행 컨텍스트에 바인딩한다.

2.1 전역 환경 레코드 생성

• 전역 환경 레코드는 전역 변수를 관리하는 전역 스코프, 전역 객체 빌트인 전역 프로퍼티, 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체를 제공한다.
• ES6 이전에는 모든 전역 변수가 전역 객체의 프로퍼티가 됐었기 때문에 전역 객체가 전역 환경 레코드의 역할을 했었다.
  • 하지만 let, const 키워드로 선언한 전역 변수는 전역 객체의 프로퍼티가 되지 않는다.
  • var 키워드로 선언한 전역 변수와 let, const 키워드로 선언한 전역 변수를 구분 관리하기 위해 전역 환경 레코드는 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드로 구성되어있다.

2.1.1 객체 환경 레코드 생성

• 전역 환경 레코드를 구성하는 컴포넌트인 객체 환경 레코드는 BindingObject라고 부르는 객체와 연결된다.
  • BindingObject는 ‘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.
  • 객체 환경 레코드가 var 키워드로 선언된 전역 벼수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수가 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 되고 전역 객체를 가리키는 식별자(window) 없이 전역 객체의 프로퍼티를 참조할 수 있는 메커니즘이다.
• var 키워드로 선언한 변수는 선언 단계와 초기화 단계가 동시에 진행되어 전역 코드 평가 시점에 BindingObject를 통해 전역 객체에 변수 식별자를 키로 등록후, 암묵적으로 undefined를 바인딩한다.

2.1.2 선언적 환경 레코드 생성

• let, const 키워드로 선언한 전역 변수는 선언적 환경 레코드에 등록되고 관리된다.
  • 전역 객체의 프로퍼티가 되지 않고 개념적인 블록 내에 존재한다고 했는데 이 때 개념적인 블록이 바로 선언적 환경 레코드다.
• let, const 키워드로 선언한 전역 변수는 전역 객체의 프로퍼티로 참조할 수 없다.
• 또한 const 키워드로 선언한 변수는 선언 단계와 초기화 단계가 분리되어 진행되기 때문에, 런타임(초기화 단계)에 실행 흐름이 변수 선언문에 도달하기 전까지 TDZ에 빠지게 된다.

2.2 this 바인딩

• 전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩된다.
  • 일반적으로 전역 객체가 바인딩 된다.
• 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드에는 this 바인딩이 없다.

2.3 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

• 외부 렉시컬 환경에 대한 참조(Outer Lexical Environment Reference)는 현재 평가 중인 소스코드를 포함하는 **외부 소스코드의 렉시컬 환경( 상위 스코프)**를 가리킨다.
• 현재 평가 중인 소스코드는 전역 코드로, 전역 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에는 null이 할당된다. (렉시컬 환경이 스코프 체인의 종점에 존재함을 의미한다.)

23.6.3 전역 코드 실행

• 변수 할당문, 함수 호출문을 실행하려면 변수 또는 함수 이름이 선언된 식별자인지 확인해야 한다.
• 식별자는 스코프가 다르면 같은 이름을 가질 수 있으므로, 어느 스코프의 식별자를 참조할지 결정해야 하는데 이를 **식별자 결정(identifier resolution)**이라 한다.
• 식별자 결정을 위해 식별자 검색할 때는 실행 중인 실행 컨텍스트에서 식별자를 검색하기 시작한다.
  • 선언된 식별자는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 환경 레코드에 등록되어 있다.
• 전역 실행 컨텍스트가 실행되고 있으므로 전역 렉시컬 환경에서 식별자를 검색하며 식별하지 못할 경우 상위 스코프로 이동하며 검색하지만, 전역 렉시컬 환경이 스코프 체인의 종점이므로 참조 에러가 발생한다.

23.6.4 foo 함수 코드 평가

1. 함수 실행 컨텍스트 생성

2. 함수 렉시컬 환경 생성

   2.1 함수 환경 레코드 생성

   2.2 this 바인딩

   2.3 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

1. 함수 실행 컨텍스트 생성

• foo 함수가 먼저 호출되었으므로 foo 함수 실행 컨텍스트를 생성하며, 생성된 함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에 푸시된다. 이때 foo 함수 실행 컨텍스트가 실행 컨텍스트 스택의 최상위인 실행중인 실행 컨텍스트가 된다.

2. 함수 렉시컬 환경 생성

• foo 함수 렉시컬 환경을 생성하고 실행 컨텍스트에 바인딩한다.

2-1. 함수 환경 레코드 생성

• 함수 렉시컬 환경 컴포넌트 중 하나인 함수 환경 레코드는 매개변수, arguments 객체, 함수 내부에서 선언한 지역 변수, 중첩 함수 등을 등록하고 관리한다.

2-2. this 바인딩

• 함수 환경 레코드의 [[ThisValue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩되며, 바인딩 되는 객체는 함수 호출 방식에 따라 결정된다.
  • 위 코드 예시에서 foo는 일반 함수로 호출되었으므로 전역 객체가 바인딩된다.

2-3 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

• foo 함수 정의가 평가된 시점에 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조가 할당된다.
  • 즉, foo 함수는 전역 함수이므로 전역 코드 평가 시점에 평가되므로, 실행 중인 실행 컨텍스트는 전역 실행 컨텍스트다.
  • 따라서 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에는 전역 렉시컬 환경의 참조가 할당된다.
• 자바스크립트는 함수를 어디서 호출했는지가 아니라 어디에 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정한다.
  • 자바스크립트는 함수 객체를 생성할 때 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경(함수 상위 스코프)을 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장한다.
  • 즉, 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]가 렉시컬 스코프를 구현하는 메커니즘이다.

23.6.5 foo 함수 코드 실행

• 식별자 결정을 위해 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검색하기 시작한다.

23.6.6 bar 함수 코드 평가

• foo 함수의 코드 평가 과정과 동일하다.

23.6.7 bar 함수 코드 실행

1. console 식별자 검색
2. log 메서드 검색
3. 표현식 a+b+x+y+z 평가
4. console.log 메서드 호출

1. console 식별자 검색

• 스코프 체인에서 console 식별자를 검색한다.
• 현재 실행 중인 실행 컨텍스트는 bar 함수 실행 컨텍스트로 bar 함수 렉시컬 환경에서 console 식별자를 검색하고 없으면 상위 스코프(외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 foo 함수 렉시컬 환경으로 이동하여 console 식별자를 검색한다.
• 하지만 여기에도 없으므로 전역 렉시컬 환경으로 이동하여 console 식별자를 검색한다.
• 전역 렉시컬 환경은 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드로 구성되어 있고, console 식별자는 객체 환경 레코드의 BindingObject를 통해 전역 객체에서 찾을 수 있다.

2. log 메서드 검색

• console 식별자를 찾았으면 여기에 바인딩 된 객체 console에서 log 메서드를 검색한다. 이떄 프로토타입 체인을 통해 검색한다.
• log 메서드는 console 객체가 직접 소유하는 프로퍼티다.

3. 표현식 a+b+x+y+z 평가

• a,b,x,y,z 식별자를 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 검색하여 외부 렉시컬 환경에 대한 참조로 이어지는 렉시컬 환경의 연속에서 검색한다. (스코프 체인)
• a는 foo 함수, b는 bar 함수, x와 y는 foo 함수, z 식별자는 bar 함수 렉시컬 환경에서 검색된다.

4. console.log 메서드 호출

• 평가되어 생성된 값을 인수로 전달하여 호출한다.

23.6.8 bar 함수 코드 실행 종료

• 더 이상 실행할 코드가 없으므로 bar 함수 코드의 실행이 종료되고, 실행 컨텍스트 스택에서 bar 함수 실행 컨텍스트가 팝되어 제거되고, foo 실행 컨텍스트가 실행중인 실행 컨텍스트가 된다.
• 이때 실행 컨텍스트 스택에서 실행 컨텍스트가 제거되도, 렉시컬 환경까지 즉시 소멸되진 않는다.
  • 만약 b ar 함수 렉시컬 환경을 누군가 참조하고 있다면 bar 함수 렉시컬 환경은 소멸하지 않는다.

23.6.9 foo 함수 코드 실행 종료

• foo 함수 역시 더 이상 실행할 코드가 없으므로 함수 코드의 실행이 종료된다.
• 마찬가지로 실행 컨텍스트 스택에서 함수 실행 컨텍스트가 팝되어 제거되고, 전역 실행 컨텍스트가 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다.

23.6.10 전역 코드 실행 종료

23.7 실행 컨텍스트와 블록 레벨 스코프

• let, const 키워드로 선언한 변수는 모든 코드 블록을 지역 스코프로 인정하는 블록 레벨 스코프를 따른다.

let x = 1

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

console.log(x)

• 위 코드에서 if 문에 let 키워드로 변수가 선언되었기 때문에, 코드 블록이 실행되면 if 문의 코드 블록을 위한 블록 레벨 스코프를 생성해야 한다.
• 이를 위해 선언적 환경 레코드를 갖는 렉시컬 환경을 새롭게 생성하여 기존 전역 렉시컬 환경을 교체한다.
• 새롭게 생성된 if 문의 코드 블록을 위한 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 if 문이 실행되기 이전 전역 렉시컬 환경을 가리킨다.
• for 문의 변수 선언문에 let 키워드를 사용한 for문은 코드 블록이 반복해서 실행될 때마다 코드 블록을 위한 새로운 렉시컬 환경을 생성한다.