[Javascript] 실행 컨텍스트

1. 소스코드의 평가와 실행

자바스크립트 엔진은 소스코드를 "소스코드의 평가"와 "소스코드의 실행" 2개의 과정으로 나누어 처리한다.

소스코드 평가 과정에서는 실행 컨텍스트를 생성하고 변수, 함수 등의 선언문만 먼저 실행하여 생성된 변수나 함수 식별자를 키로하여 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록한다.

소스코드 평가 과정이 끝나면 선언문을 제외한 소스코드가 순차적으로 실행되기 시작한다.(런타임 시작) 이때 변수나 함수의 참조를 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에서 취득한다. 그리고 변수 값의 변경 등 소스코드의 실행 결과는 다시 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록된다.

2. 실행 컨텍스트의 역할

코드를 실행하려면 스코프, 식별자, 코드 실행 순서 등의 관리가 필요하다. 실행 컨텍스트는 소스코드를 실행하는 데 필요한 환경을 제공하고 코드의 실행 결과를 실제로 관리하는 영역이다.

좀 더 구체적으로 말하자면, 실행 컨텍스트는 식별자(변수, 함수, 클래스 등의 이름)를 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.

3. 실행 컨텍스트 스택

const x = 1;

function foo () {
  const y = 2;
  
  function bar () {
    const z = 3;
    console.log(x + y + z);
  }
  bar();
}

foo(); // 6

위 예제를 통해 실행 컨텍스트 스택을 알아본다.

3.1. 전역 코드의 평가와 실행

자바스크립트 엔진은 먼저 전역 코드를 평가하여 전역 실행 컨텍스트를 생성하고 실행 컨텍스트 스택에 푸시 한다. 이때 전역 변수 x와 전역 함수 foo는 전역 실행 컨텍스트에 등록된다. 이후 전역 코드가 실행되기 시작하여 전역 변수 x에 값이 할당되고 전역 함수 foo가 호출된다.

3.2. foo 함수 코드의 평가와 실행

전역 함수 foo가 호출되면 전역 코드의 실행은 일시 중단되고 코드의 제어권이 foo 함수 내부로 이동한다. 그리고 foo 함수 내부의 함수 코드를 평가하여 foo 함수 실행 컨텍스트를 생성하고 실행 컨텍스트에 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.

3.3. bar 함수 코드의 평가와 실행

중첩 함수 bar가 호출되면 foo 함수 코드의 실행은 일시 중단되고 코드의 제어권이 bar 함수 내부로 이동한다. 그리고 bar 함수 내부의 함수 코드를 평가하여 bar 함수 실행 컨텍스트를 생성하고 실행 컨텍스트 스택에 푸시한다. 이때 bar 함수의 지역 변수 z가 bar 함수 실행 컨텍스트에 등록된다. 이후, bar 함수 코드가 실행되기 시작하여 지역 변수 z에 값이 할당되고 console.log 메서드를 호출한 이후, bar 함수는 종료된다.

3.4. foo 함수 코드로 복귀

bar 함수가 종료되면 코드의 제어권은 다시 foo 함수로 이동한다. 이때 자바스크립트 엔진은 bar 함수 실행 컨텍스트를 실행 컨텍스트 스택에서 pop하여 제거한다. 그리고 foo 함수는 실행할 코드가 없으므로 종료된다.

3.5. 전역 코드로 복귀

foo 함수가 종료되면 코드의 제어권은 다시 전역 코드로 이동한다. 이때 foo 함수 실행 컨텍스트를 실행 컨텍스트 스택에서 pop하여 제거한다. 그리고 실행할 전역 코드가 없으므로 전역 실행 컨텍스트도 스택에서 pop되어 실행 컨텍스트 스택은 비어있게 된다.

 

* 결국 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트는 현재 실행 중인 코드의 실행 컨텍스트가 된다. 즉, 스택 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트 = 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다.

4. 렉시컬 환경(Lexical Environment)

렉시컬 환경은 키와 값을 갖는 객체 형태의 스코프(전역, 함수, 블록 스코프)를 생성하여 식별자를 키로 등록하고 식별자에 바인딩된 값을 관리한다.

실행 컨텍스트는 Lexical Environment 컴포넌트와 Variable Environment 컴포넌트로 구성된다. 생성 초기에 이 둘은 동일한 렉시컬 환경을 참조하지만 이후 여러 상황에 의해 Variable Environment 컴포넌트를 위한 새로운 렉시컬 환경을 생성하고, Variable Environment 컴포넌트와 Lexical Environment 컴포넌트는 내용이 달라지는 경우가 있다.

5. 실행 컨텍스트의 생성과 식별자 검색과정

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

위의 예시를 토대로 실행 컨텍스트의 생성과 식별자 검색과정을 알아본다.

5.1. 전역 객체 생성

전역 객체는 전역 코드가 평가되기 이전에 생성된다. 이때 전역 객체에는 빌트인 전역 프로퍼티, 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체가 추가되며 동작 환경(클라이언트 사이드 or 서버 사이드)에 따라 클라이언트 사이드 Web API(DOM, BOM, Canvas, XMLHttpRequest, fetch, requestAnimationFrame, SVG, Web Storage, Web Component, Web Worker 등) 또는 특정 환경을 위한 호스트 객체를 포함한다.

5.2. 전역 코드 평가

전역 코드 평가는 아래와 같은 순서로 진행된다.

5.2.1. 전역 실행 컨텍스트 생성

비어있는 실행 컨텍스트 스택에 푸시한다.

5.2.2. 전역 렉시컬 환경 생성

전역 렉시컬 환경을 생성하고 전역 실행 컨텍스트에 바인딩한다.

5.2.2.1. 전역 환경 레코드 생성

전역 환경 레코드는 전역 변수를 관리하는 전역 스코프, 전역 객체의 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체를 제공한다. 전역 환경 레코드는 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드로 구성되어 있다.

객체 환경 레코드는 var로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의한 전역 함수, 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체를 관리하고, 선언적 환경 레코드는 let, const로 선언한 전역 변수를 관리한다. 이 둘은 서로 협력하여 전역 스코프와 전역 객체를 관리한다.

5.2.2.1-1. 객체 환경 레코드 생성

전역 환경 레코드를 구성하는 컴포넌트인 객체 환경 레코드는 BindingObject라고 부르는 객체와 연결된다.(전역 객체 생성에서 생선된 전역 객체). 전역 코드 평가 과정에서 var 키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수를 전역 환경 레코드의 객체 환경 레코드에 연결된 BindingObject를 통해 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 된다.

var x = 1;
const y = 2;

function foo (a) {
...

x 변수는 var 키워드로 선언한 변수다. 따라서 전역 코드 평가 시점에 객체 환경 레코드에 바인딩된 BindingObject를 통해 전역 객체에 변수 식별자를 키로 등록한 다음, 암묵적으로 undefined를 바인딩한다.

5.2.2.1-2. 선언적 환경 레코드 생성

5번의 예시를 보면 전역 변수 y는 let, const로 선언한 변수이므로 객체의 프로퍼티가 되지 않기 때문에(블록 스코프 내에 존재하므로) window.y와 같이 전역 객체의 프로퍼티로서 참조할 수 없다.

let, const로 선언한 변수도 호이스팅이 발생하지만, 런타임 컨트롤이 변수 선언문에 도달하기 전까지 일시적 사각지대(Temporal Dead Zone: TDZ)에 빠지기 때문에 참조할 수 없다.

5.2.2.2. this 바인딩

전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에 this 가 바인딩된다. 일반적으로 전역 코드에서 this는 전역 객체를 가리키므로 전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에는 전역 객체가 바인딩된다.

5.2.2.3. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 현재 평가 중인 소스코드를 포함하는 외부 스코프의 렉시컬 환경, 즉 상위 스코프를 가리킨다. 이를 통해 단방향 링크드 리스트인 스코프 체인을 구현한다.

5.3 전역 코드 실행

위 과정이 끝나고 전역 코드가 순차적으로 실행된다. 변수 할당문이 실행되어 예시의 전역 변수 x, y에 값이 할당되고 foo함수가 호출된다.

변수 할당문 또는 함수 호출문을 실행하려면 먼저 변수 또는 함수 이름이 선언된 식별자인지 확인해야한다. 또한 식별자는 스코프가 다르면 같은 이름을 가질 수 있다. 따라서 어느 스코프의 식별자를 참조하면 되는지 결정할 필요가 있는데, 이를 식별자 결정이라고 한다. 식별자 결정을 위해 식별자를 검색할 때는 실행 중인 실행 컨텍스트에서 식별자를 검색하기 시작한다. 만약 실행중인 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검색할 수 없으면 상위 스코프로 이동하여 식별자를 검색한다. 이것을 스코프 체인의 동작 원리라고 한다.(즉, 종점에서는 검색 불가)

5.4. foo 함수 코드 평가

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

(5번 예시와 같은 코드. 너무 위로 올라가서 다시 첨부)

위 예시는 foo 함수가 호출되면 전역 코드의 실행을 일시 중단하고 foo 함수 내부로 코드의 제어권이 이동한다. 그리고 함수 코드를 평가하기 시작한다. 함수 코드 평가는 아래의 순서대로 진행된다.

5.4.1. 함수 실행 컨텍스트 생성

foo 함수 실행 컨텍스트를 생성하고 함수 렉시컬 환경이 완성되면 실행 컨텍스트 스택에 푸시된다.

5.4.2. 함수 렉시컬 환경 생성

foo 함수 렉시컬 환경을 생성하고 foo 함수 실행 컨텍스트에 바인딩한다.

5.4.2-1. 함수 렉시컬 환경 생성

매개변수, arguments 객체, 함수 내부에서 선언한 지역 변수와 중첩 함수를 등록하고 관리한다.

5.4.2-2. this 바인딩

함수 환경 레코드의 [[ThisValue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩된다.

5.4.2-3. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

foo 함수 정의는 전역 코드 평가 시점에 평가된다. 이 시점에 전역 실행 컨텍스트가 실행되고 있으므로 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 전역 렉시컬 환경의 참조가 할당된다.

즉, 함수를 어디서 호출했는지가 아니라 어디에 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정한다.

5.5. foo 함수 코드 실행

이제 런타임이 시작되어 foo 함수의 소스코드가 순차적으로 실행되기 시작한다. 매개변수에 인수가 할당되고, 변수 할당문이 실행되어 지역 변수 x, y 에 값이 할당된다. 그리고 함수 bar가 호출된다. 이때 식별자 결정을 위해 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검색하기 시작한다. (foo 함수가 실행 컨텍스트에 실행중이니 x, y를 검색) 만약 식별자를 검색할 수 없으면 외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 렉시컬 환경으로 이동해 식별자를 검색한다.

5.6. bar 함수 코드 평가

bar 함수가 호출되면 bar 함수 내부로 코드의 제어권이 이동한다. 그리고 bar 함수 코드를 평가하기 시작한다. 이후에는 foo 함수 코드 평가와 동일.

5.7. bar 함수 코드 실행

이제 런타임이 시작되어 bar 함수의 소스코드가 순차적으로 실행된다. 매개변수에 인수가 할당되고, 변수 할당문이 실행되어 지역 변수 z에 값이 할당된다. 그리고 console.log(a + b + x + y + z); 가 실행된다. 이 코드는 다음 순서로 실행된다.

1. console 식별자를 스코프 체인에서 검색한다.
2. console 식별자에 바인딩된 객체 log 메서드를 검색한다.(프로토타입 체인)
3. console.log 메서드에 전달할 인수인 표현식 a + b + x + y + z를 평가하기 위해 a, b, x, y, z 식별자를 검색한다. (스코프 체인)
4. 표현식 a + b + x + y + z가 평가되어 생성한 값 42를 console.log 메서드에 전달하여 호출한다.

5.8. bar 함수 코드 실행 종료

더는 실행할 코드가 없으므로 bar 함수 코드의 실행이 종료된다. (실행 컨텍스트 pop) 하지만 bar 함수 렉시컬 환경까지 즉시 소멸하지는 않는데, 객체를 포함한 모든 값은 누군가에 의해 참조되지 않을 때 비로소 가비지 컬렉터에 의해 메모리 공간의 확보가 해제되어 소멸하기 때문이다.

5.9. foo 함수 코드 실행 종료

더 실행할 코드가 없으므로 foo 함수가 실행 종료된다.

5.10. 전역 코드 실행 종료

foo 함수가 종료되는 더이상 실행할 전역 코드가 없기 때문에 전역 코드의 실행이 종료된다. (전역 실행 컨텍스트 pop)

6. 실행 컨텍스트와 블록 레벨 스코프

let x = 1;

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

console.log(x); // 1

if문의 코드 블록이 실행되면 if 문의 코드 블록을 위한 블록 레벨 스코프를 생성해야 한다. 이를 위해 선언적 환경 레코드를 갖는 렉시컬 환경을 새롭게 생성하여 기존의 전역 렉시컬 환경을 교체한다. 이때 새롭게 생성된 if 문의 코드 블록을 위한 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조를 if 문이 실행되기 이전의 전역 렉시컬 환경을 가리킨다. if 문 코드 블록의 실행이 종료되면 if 문의 코드 블록이 실행되기 이전의 렉시컬 환경으로 되돌린다.

이것은 블록 레벨 스코프를 생성하는 모든 블록문에 적용된다.

 

 

 

참고: 모던 자바스크립트 Deep Dive