[모자딥] 23 실행 컨텍스트

Lina Hongbi Ko·2024년 9월 30일
모던자바스크립트딥다이브스터디
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23 실행 컨텍스트

실행 컨텍스트는 자바스크립트 동작 원리를 담고 있는 핵심 개념이다. 실행 컨텍스트를 바르게 이해하면 자바스크립트가 스코프를 기반으로 식별자와 식별자에 바인딩된 값(식별자 바인딩)을 관리하는 방식과 호이스팅이 발생하는 이유, 클로저의 동작 방식, 그리고 태스크 큐와 함께 동작하는 이벤트 핸들러와 비동기 처리의 동작 방식을 이해할 수 있다.

💡 소스코드의 타입

: ECMAScript 사양은 소스코드(ECMAScript code)를 4가지 타입으로 구분하고, 4가지 타입의 소스코드는 실행 컨텍스트를 생성한다.

  • 전역코드(global code) : 전역에 존재하는 소스코드. 전역에 정의된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않음
  • 함수 코드(function code) : 함수 내부에 존재하는 소스코드. 함수 내부에 중첩된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않음
  • eval 코드(eval code) : 빌트인 전역 함수인 eval 함수에 인수로 전달되어 실행되는 소스코드
  • 모듈 코드(module code) : 모듈 내부에 존재하는 소스코드. 모듈 내부의 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않음

소스코드(실행 가능한 코드)를 4가지로 구분한 이유는 소스코드의 타입에 따라 실행 컨텍스트를 생성하는 과정과 관리 내용이 다르게 때문!

  1. 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. 이를 위해 전역 코드가 평가되면 전역 실행 컨텍스트가 생성된다.

  2. 함수 코드
    : 함수 코드는 지역 스코프를 생성하고 지역 변수, 매개 변수, arguments 객체를 관리 해야한다. 그리고 생성한 지역 스코프를 전역 스코프에서 시작하는 스코프 체인의 일원으로 연결해야 한다. 이를 위해 함수 코드가 평가되면 함수 실행 컨텍스트가 생성된다.

  3. eval 코드
    : eval 코드는 strict mode(엄격 모드)에서 자신만의 독자적인 스코프를 생성한다. 이를 위해 eval 코드가 평가되면 함수 실행 컨텍스트가 생성된다.

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

💡 소스코드의 평가와 실행

: 모든 소스코드는 실행에 앞서 평가 과정을 거치며 코드를 실행하기 위한 준비를 한다. 다시 말해, 자바스크립트 엔진은 소스코드를 2개의 과정, 즉 '소스코드의 평가'와 '소스코드의 실행' 과정으로 나누어 처리한다.

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

소스코드 평가 과정이 끝나면 선언문을 제외한 소스코드가 순차적으로 실행되기 시작한다.(= 런타임 시작됨) 이 때, 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.

예를 들어,

var x ;
x = 1;

자바스크립트 엔진은 위 코드를 2개의 과정으로 나누어 처리한다. 먼저, 소스코드 평가 과정에서 변수 선언문 var x; 를 먼저 실행한다. 이때 생성된 변수 식별자 x는 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록되고 undefined로 초기화된다.

소스코드 평가 과정이 끝나면 소스코드 실행 과정이 시작된다. 변수 선언문 var x; 는 소스코드 평가 과정에서 이미 실행이 완료되었다. 따라서 소스코드 실행 과정에서는 변수 할당문 x = 1;만 실행된다. 이때 x변수에 값을 할당하려면 먼저 x변수가 선언된 변수인지 확인해야 한다.

이를 위해 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 x 변수가 등록되어 있는지 확인한다(= x 변수가 선언된 변수인지 확인) 만약, x 변수가 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록되어 있다면 x 변수는 선언된 변수, 즉 소스코드 평가 과정에서 선언문이 실행되어 등록된 변수다. x 변수가 선언된 변수라면 값을 할당하고 할당 결과를 실행 컨텍스트에 등록하여 관리한다.

💡 실행 컨텍스트의 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

자바스크립트 엔진이 위의 예제를 어떻게 평가하고 실행하는지 알아보자

  1. 전역 코드 평가
    : 전역 코드를 실행하기 앞서 먼저 전역 코드 평가 과정을 거치며 전역 코드를 실행하기 위한 준비를 한다. 소스코드 평가 과정에서는 선언문만 먼저 실행한다. 따라서 전역 코드의 변수 선언문과 함수 선언문이 먼저 실행되고, 그 결과가 생성된 전역 변수와 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
    : 전역 코드 평가 과정이 끝나면 런타임이 시작되어 전역 코드가 순차적으로 실행되기 시작한다. 이 때 전역 변수에 값이 할당되고 함수가 호출된다. 함수가 호출되면 순차적으로 실행되던 전역 코드의 실행을 일시 중단하고 코드 실행 순서를 변경하여 함수 내부로 진입한다.

  3. 함수 코드 평가
    : 함수 호출에 의해 코드 실행 순서가 변경되어 함수 내부로 진입하면 함수 내부의 문들을 실행하기에 앞서 함수 코드 평가 과정을 거치며 함수 코드를 실행하기 위한 준비를 한다. 이때 매개변수와 지역변수 선언문이 먼저 실행되고, 그 결과 생성된 매개변수와 지역변수가 실행 컨텍스트가 관리하는 지역 스코프에 등록된다. 또한 함수 내부에서 지역 변수처럼 사용할 수 있는 arugments 객체가 생성되어 지역 스코프에 등록되고 this 바인딩도 결정된다.

  4. 함수 코드 실행
    : 함수 코드 평가 과정이 끝나면 런타임이 시작되어 함수 코드가 순차적으로 실행되기 시작한다. 이때 매개변수와 지역변수에 값이 할당되고 console.log 메서드가 호출된다.

    console.log 메서드를 호출하기 위해 먼저 식별자인 console을 스코프 체인을 통해 검색한다. 이를 위해 함수 코드의 지역 스코프는 상위 스코프인 전역 스코프와 연결되어야 한다. 하지만 console 식별자는 스코프 체인에 등록되어 있지 않고 전역 객체 프로퍼티에 존재한다. 이는 전역 객체의 프로퍼티가 마치 전역 변수처럼 전역 스코프를 통해 검색 가능해야 한다는 것을 의미한다.

    다음은 log 프로퍼티를 console 객체의 프로토타입 체인을 통해 검색한다. 그후 console.log 메서드에 인수로 전달된 표현식 a+x+y가 평가된다. a, x, y 식별자는 스코프 체인을 통해 검색한다. console.log 메서드의 실행이 종료되면 함수 코드 실행 과정이 종료되고 함수 호출 이전으로 되돌아가 전역 코드 실행을 계속한다.

이처럼 코드가 실행되려면 스코프를 구분해 식별자와 바인딩된 값이 관리되어야 한다. 그리고 중첩 관계에 의해 스코프 체인을 형성하여 식별자를 검색할 수 있어야 하고, 전역 객체의 프로퍼티도 전역 변수처럼 검색할 수 있어야 한다.

또한 함수 호출이 종료되면 함수 호출 이전으로 되돌아가기 위해 현재 실행 중인 코드와 이전에 실행하던 코드를 구분하여 관리해야 한다.

이처럼 코드가 실행되려면 다음과 같이 스코프, 식별자, 코드 실행 순서 등의 관리가 필요하다.

  1. 선언에 의해 생성된 모든 식별자(변수, 함수, 클래스 등)를 스코프를 구분하여 등록하고, 상태 변화(식별자에 바인딩 된 값의 변화)를 지속적으로 관리할 수 있어야 한다.
  2. 스코프는 중첩 관계에 의해 스코프 체인을 형성해야 한다. 즉, 스코프 체인을 통해 상위 스코프로 이동하며 식별자를 검색할 수 있어야 한다.
  3. 현재 실행 중인 코드의 실행 순서를 변경(예를 들어, 함수 호출에 의한 실행 순서 변경)할 수 있어야 하며 다시 되돌아갈 수도 있어야 한다.

이 모든 것을 관리하는 것이 '실행 컨텍스트'.

실행 컨텍스트는 소스코드를 실행하는데 필요한 환경을 제공하고, 코드의 실행 결과를 실제로 관리하는 영역이다.

좀 더 구체적으로 말해, 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 스코프 -> 실행 컨텍스트의 '렉시컬 환경'으로 관리
  • 코드 실행 순서 -> 실행 컨텍스트 '스택'으로 관리

💡 실행 컨텍스트 스택

const x = 1;

function foo () {
	const y = 2;
    
    function bar() {
    	const z = 3;
        console.log(x + y + z);
    }
    bar();
}
foo(); // 6

위의 예제는 소스코드의 타입으로 분류할 때, 전역 코드와 함수 코드로 이루어져 있다. 자바스크립트 엔진은 먼저 전역 코드를 평가하여 전역 실행 컨텍스트를 생성한다. 그리고 함수가 호출되면 함수 코드를 평가하여 함수 실행 컨텍스트를 생성한다.

이때 생성된 실행 컨텍스트는 스택 자료구조로 관리된다. 이를 실행 컨텍스트 스택이라고 부른다.
*실행 컨텍스트 스택을 콜 스택(call stack)이라고도 부름

위 코드를 실행하면 코드가 실행되는 시간의 흐름에 따라 실행 컨텍스트 스택에는 다음과 같이 실행 컨텍스트가 추가되고 제거된다

  1. 전역 코드의 평가와 실행
    : 자바스크립트 엔진은 먼저 전역 코드를 평가하여 전역 실행 컨텍스트를 생성하고 실행 컨텍스트 스택에 푸시한다. 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.

  2. foo 함수 코드의 평가와 실행
    : 전역 함수 foo가 호출되면 전역 코드의 실행은 일시 중단되고, 코드의 제어권이 foo 함수 내부로 이동한다. 자바스크립트 엔진은 foo 함수 내부의 함수 코드를 평가하여 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.

  3. bar 함수 코드의 평가와 실행
    : 중첩 함수 bar가 호출되면 foo 함수 코드의 실행은 일시 중단되고 코드의 제어권이 bar 함수 내부로 이동한다. 자바스크립트 엔진은 bar 함수 내부의 함수 코드를 평가하여 bar 함수 실행 컨텍스트를 생성하고 실행 컨텍스트에 푸시한다. 이때 bar 함수의 지역변수 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.(console.log 메서드도 함수이므로 호출되면 실행 컨텍스트를 생성하고 실행 컨테스트 스택에 푸시한다. 이는 그림에서 생략)

  4. foo 함수 코드로 복귀
    : bar 함수가 종료되면 코드의 제어권은 다시 foo 함수로 이동한다. 이때 자바스크립트 엔진은 bar 함수 실행 컨텍스트를 실행 컨텍스트 스택에서 팝하여 제거한다. 그리고 foo 함수는 더이상 실행할 코드가 없으므로 종료된다.

  5. 전역 코드로 복귀
    : foo 함수가 종료되면 코드의 제어권은 다시 전역 코드로 이동한다. 이때 자바스크립트 엔진은 foo 함수 실행 컨텍스트를 실행 컨텍스트 스택에서 팝하여 제거한다. 그리고 더 이상 실행할 전역 코드가 남아 있지 않으므로 전역 실행 컨텍스트도 실행 컨텍스트 스택에서 팝되어 실행 컨텍스트 스택에는 아무것도 남아있지 않게 된다.

이처럼 실행 컨텍스트 스택은 코드의 실행 순서를 관리한다.
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.

*헷갈려서 급정리
- 식별자(스코프에 따라) & 스코프 체인(스코프 자체) 관리 -> 렉시컬 환경
- 코드의 실행 순서를 관리하는 것 -> 실행 컨텍스트 스택

💡 렉시컬 환경

: 렉시컬 환경은 식별자와 식별자에 바인딩된 값, 그리고 상위 스코프에 대한 참조를 기록하는 자료구조로 이뤄져있다.

실행 컨텍스트 스택이 코드의 실행 순서를 관리한다면, 렉시컬 환경은 스코프와 식별자를 관리한다.

  • 렉시컬 환경: 키와 값을 갖는 객체 형태의 스코프(전역, 함수, 블록 스코프)를 생성하여 식별자를 키로 등록하고 식별자에 바인딩된 값을 관리한다. 즉, 렉시컬 환경은 스코프를 구분하여 식별자를 등록하고 관리하는 저장소 역할을 하는 렉시컬 스코프의 실체이다.

  • 실행 컨텍스트는 Lexical Environment 컴포넌트와 VariableEnvironment 컴포넌트로 구성된다. 생성 초기의 실행 컨텍스트와 렉시컬 환경을 그림으로 표현하면,

생성 초기에는 LexicalEnvironment 컴포넌트와 VariableEnvironment 컴포넌트는 하나의 동일한 렉시컬 환경을 참조한다. 이후 몇 가지 상황을 만나면 VariableEnvironment 컴포넌트를 위한 새로운 렉시컬 환경을 생성하고, 이때부터 VariableEnvironment 컴포넌트와 LexicalEnvironment 컴포넌트는 내용이 달리지는 경우도 있다.
(이 책은 strict mode와 eval 코드, try/catch 문과 같은 특수한 상황은 제외하고, LexicalEnvironment 컴포넌트와 VariableEnvironment 컴포넌트도 구분하지 않고 렉시컬 환경으로 통일해 간략하게 설명한다고 함)

그리고 렉시컬 환경은 또 두 개의 컴포넌트로 구성된다.

  • 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) : 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 상위 스코프를 가리킨다. 이때 상위 스코프란 외부 렉시컬 환경, 즉 해당 실행 컨텍스트를 생성한 소스코드를 포함하는 상위 코드의 렉시컬 환경을 말한다. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조를 통해 단방향 링크드 리스트인 스코프 체인을 구현한다.

💡 실행 컨텍스트의 생성과 식별자 검색 과정

어떻게 실행 컨텍스트가 생성되고 코드 싱행 결과가 관리되는지, 그리고 어떻게 실행 컨텍스트를 통해 식별자를 검색하는지 알아보자.

var x = 1;
const y = 2;

function foo(a) {
	var x = 3;
    const y = 4;
    
    function bar(b) {
    	const z = 5;
        conosole.log(a + b + x + y + z);
    }
    bar(10);
}

foo(20); // 42

📍 전역 객체 생성

전역 객체는 전역 코드가 평가되기 이전에 생성된다.이때 전역 객체는 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 그리고 표준 빌트인 객체가 추가되며 동작 환경(클라이언트 사이드 또는 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. 전역 객체도 Object.prototype을 상속받는다. 즉, 전역 객체도 프로토타입 체인의 일원임!

// Object.prototype.toString

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

window.__proto__.__proto__.__proto__.proto__ === Object.prototype; // true

📍 전역 코드 평가

소스코드가 로드되면 자바스크립트 엔진은 전역 코드를 평가한다. 전역 코드 평가는 아래와 같은 순서로 진행된다

  1. 전역 실행 컨텍스트 생성

  2. 전역 렉시컬 환경 생성
    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

    세부적으로 살펴보자.

자세히 살펴보자.

1. 전역 실행 컨텍스트 생성

: 먼저 비어있는 전역 실행 컨텍스트를 생성하여 실행 컨텍스트 스택에 푸시한다. 이때, 전역 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택의 최상위(=실행 중인)컨텍스트가 된다.

2. 전역 렉시컬 환경 생성

: 전역 렉시컬 환경을 생성하고 전역 실행 컨텍스트에 바인딩한다. 그리고 렉시컬 환경은 2개의 컴포넌트, 즉 환경 레코드(Environment Record)와 외부 렉시컬 환경에 대한 참조(OuterLexical Environment Reference)로 구성된다

2.1 전역 환경 레코드 생성

: 전역 렉시컬 환경을 구성하는 컴포넌트인 전역 환경 레코드(Global Environment Record)는 전역 변수를 관리하는 전역 스코프, 전역 객체의 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체를 제공한다.

모든 전역 변수가 전역 객체의 프로퍼티가 되는 ES6 이전에는, 전역 객체가 전역 환경 레코드의 역할을 수행했다. 하지만 ES6의 let, const 키워드로 선언한 전역 변수는 전역 객체의 프로퍼티가 되지 않고 개념적인 블록 내에 존재하게 된다.

이처럼 기존의 var 키워드로 선언한 전역 변수와 ES6의 let, const 키워드로 선언한 전역 변수를 구분하여 관리하기 위해 전역 스코프 역할을 하는 전역 환경 레코드는 객체 환경 레코드(Object Environment Record)와 선언적 환경 레코드(Declarative Environment)로 구성되어 있다.

객체 환경 레코드는 기존의 전역 객체가 관리하던 var 키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의한 전역 함수, 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체를 관리하고, 선언적 환경 레코드는 let, const 키워드로 선언한 전역 변수를 관리한다. 즉, 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드는 서로 협력하여 전역 스코프와 전역 객체(전역 변수의 전역 객체 프로퍼티화)를 관리한다.

2.1.1 객체 환경 레코드 생성

: (전역)환경 레코드(Environment Record)를 구성하는 컴포넌트인 객체 환경 레코드(Object Environment Record)는 BindingObject라고 부르는 객체와 연결된다. BindingObject는 맨 처음 전역 코드가 평가되기 이전에 생성된 전역 객체이다.

전역 코드 평가 과정에서 var 키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수는 전역 환경 레코드((Global) Environment Record)의 객체 환경 레코드(Object Environment Record)에 연결된 BindingObject를 통해 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 된다.

var x = 1;
const y = 2;

function foo(a) {
...

x 변수는 var 키워드로 선언한 변수이다. 따라서 '선언단계'와 '초기화단계'가 동시에 진행된다. 다시 말해, 전역 코드 평가 시점에 객체 환경 레코드에 바인딩된 BindingObject를 통해 전역 객체에 변수 식별자를 키로 등록한 다음, 암묵적으로 undefined를 바인딩한다.

따라서, var 키워드로 선언한 변수는 코드 실행 단계(현 시점은 코드 실행 단계가 아니라 코드 평가 단계임)에서 변수 선언문 이전에도 참조할 수 있다.

단, 변수 선언문 이전에 참조한 변수의 값은 언제나 undefined이다. var 키워드로 선언한 변수에 할당한 함수 표현식도 이와 동일하게 동작한다. 이것이 변수 호이스팅이 발생하는 원인이다.

함수 선언문으로 정의한 함수가 평가되면 함수 이름과 동일한 식별자를 객체 환경 레코드에 바인딩된 BindingObject를 통해 전역 객체에 키로 등록하고 생성된 함수 객체를 즉시 할당한다. 이것이 변수 호이스팅과 함수 호이스팅의 차이이다. 즉, 함수 선언문으로 정의한 함수는 함수 선언문 이전에 호출할 수 있다.

2.1.2 선언적 환경 레코드 생성

: var 키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의한 전역 함수 이외의 선언, 즉 let, const 키워드로 선언한 전역 변수(let, const 키워드로 선언한 변수에 할당한 함수 표현식 포함)는 선언적 환경 레코드(Declative Environment Record)에 등록되고 관리된다.

let, const 키워드로 선언한 전역 변수는 전역 객체의 프로퍼티가 되지 않고, 개념적인 블록 내에 존재하게 된다고 했다. 여기서 개념적인 블록이 바로 전역 환경 레코드의 선언적 환경 레코드이다.

따라서, 위 예제의 전역 변수 y는 let, const 키워드로 선언한 변수이므로 전역 객체의 프로퍼티가 되지 않기 때문에 window.y와 같이 전역 객체의 프로퍼티로써 참조할 수 없다. 또한 const 키워드로 선언한 변수는 '선언 단계'와 '초기화 단계'가 분리되어 진행한다. 따라서 초기화 단계, 즉 런타임에 실행 흐름이 변수 선언문에 도달하기 전까지 일시적 사각지대(Temporal Dead ZONE; TDZ)에 빠지게 된다.

그림에서 y 변수에 바인딩 되어 있는 <uninitialized>는 초기화 단계가 진행되지 않아 변수에 접근할 수 없음을 나타내기 위해 사용한 표현이다. 실제로 <uninitialized>라는 값이 바인딩된 것은 아니다.

let, const 키워드로 선언한 변수도 변수 호이스팅이 발생하는 것은 변함이 없다. 단, let, const 키워드로 선언한 변수는 런타임에 컨트롤이 변수 선언문에 도달하기 전까지 일시적 사각 지대에 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(Reference Error)가 발생한다.
  console.log(foo); // ReferenceError : Cannot access 'foo' before initializaition
  let foo = 2; // 지역 변수
}

2.2 this 바인딩

: 전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩된다. 일반적으로 전역 코드에서 this는 전역 객체를 가리키므로 전역 환경 레코드(Global Environment Record)의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에 바인딩되어 있는 객체가 반환된다.

참고로 전역 환경 레코드(Environment Record)를 구성하는 객체 환경 레코드(Object Environment Record)와 선언적 환경 레코드(Declarative Environment Record)에는 this 바인딩이 없다. this 바인딩은 전역 환경 레코드((Global)Environment Record)와 함수 환경 레코드(Functon Environment Record)에만 존재한다.(함수 환경 레코드에 대해서는 이따 알아보자)

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, 즉 상위 스코프를 가리킨다. 이것을 통해 단방향 링크드 리스트 스코프 체인을 구현한다.

현재 평가 중인 소스코드는 전역 코드이다. 따라서 전역 코드를 포함하는 소스코드는 없으므로 전역 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 null이 할당된다. 이 말은, 전역 렉시컬 환경이 스코프 체인의 종점에 존재함을 의미한다.

📍 전역 코드 실행

: 이제 전역 코드가 순차적으로 실행되기 시작한다. 변수 할당문이 실행되어 전역 변수 x, y에 값이 할당된다. 그리고 foo 함수가 호출된다.

변수 할당문 또는 함수 호출문을 실행하려면 먼저 변수 또는 함수 이름이 선언된 식별자인지 확인해야 한다. 선언되지 않는 식별자는 참조할 수 없으므로 할당이나 호출도 할 수 없기 때문이다. 또한 식별자는 스코프가 다르면 같은 이름을 가질 수 있다. 즉, 동일한 이름의 식별자가 다른 스코프에 여러개 존재할 수도 있기 때문이다. 따라서 어느 스코프의 식별자를 참조하면 되는지 결정할 필요가 있다.

이를 식별자 결정이라고 하는데, 식별자 결정을 위해 식별자를 검색할 때는 실행 중인 실행 컨텍스트에서 식별자를 검색하기 시작한다.

현재 실행 중인 실행 컨텍스트는 전역 실행 컨테스트이므로 전역 레시컬 환경(Global Lexical Environment)에서 식별자 x, y, foo 를 검색하기 시작한다.

만약 환경 레코드에서 식별자를 검색할 수 없으면, 외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 렉시컬 환경, 즉 상위 스코프로 이동하여 식별자를 검색한다.

이것이 바로 스코프 체인의 동작 원리이다. 하지만 전역 레시컬 환경은 스코프 체인의 종점이므로 전역 렉시컬 환경에서 검색할 수 없는 식별자는 참조 에러를 발생시킨다. 식별자 결정에 실패했기 때문이다.

이처럼 실행 컨텍스트는 소스코드를 실행하기 위해 필요한 환경을 제공하고, 코드의 실행 결과를 실제로 관리하는 영역이다.

📍 foo 함수 코드 평가

: 예제 코드를 다시 보자.
현재 전역 코드 평가를 통해 전역 실행 컨텍스트가 생성되었고, 전역 코드를 실행하고 있다. 현재 진행 상황은 foo 함수를 호출하기 직전이다.

var x = 1;
const y = 2;

function foo(a) {
	var x = 3;
    const y = 4;
    
    function bar(b) {
    	const z = 5;
        conosole.log(a + b + x + y + z);
    }
    bar(10);
}

foo(20); // 호출 직전

foo 함수가 호출되면 전역 코드의 실행을 일시 중단하고, foo 함수 내부로 코드의 제어권이 이동한다. 그리고 함수 코드를 평가하기 시작한다. 함수 코드 평가는 아래 순서로 진행된다.

  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

세부적으로 살펴보자

1. 함수 실행 컨텍스트 생성

: 먼저 foo 함수 실행 컨텍스트를 생성한다. 생성된 함수 실행 컨텍스트는 함수 렉시컬 환경이 완성된 다음, 실행 컨텍스트 스택에 푸시된다. 이때 foo 함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택의 최상위, 즉 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다.

2. 함수 렉시컬 환경 생성

: foo 함수 렉시컬 환경(Function Lexical Environment)을 생성하고, foo 함수 실행 컨텍스트에 바인딩한다. 렉시컬 환경은 2개의 컴포넌트, 환경 레코드와 외부 렉시컬 환경에 대한 참조로 구성된다.

2.1 함수 환경 레코드 생성

: 함수 렉시컬 환경(foo Lexical Environment)을 구성하는 컴포넌트 중 하나인 함수 환경 레코드(Function Environment Record)는 매개변수, arguments 객체, 함수 내부에서 선언한 지역 변수와 중첩 함수를 등록하고 관리한다.

2.2 this 바인딩

: 함수 환경 레코드의 [[ThisVallue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩된다. [[ThisVallue]] 내부 슬롯에 바인딩 될 객체는 함수 호출 방식에 따라 결정된다.

foo 함수는 일반 함수로 호출되었으므로 this는 전역 객체를 가리킨다. 따라서 함수 환경 레코드의 [[ThisValue]] 내부 슬롯에는 전역 객체가 바인딩 된다. foo 함수 내부에서 this를 참조하면 함수 환경 레코드의 [[ThisValue]] 내부 슬롯에 바인딩되어 있는 객체가 반환된다.

2.3 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

: 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 'foo 함수 정의가 평가된 시점에 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조가 할당'된다. foo 함수는 전역 코드에 정의된 전역 함수이므로 foo 함수 정의는 전역 코드 평가 시점에 평가된다. 이 시점의 실행 중인 실행 컨텍스트는 전역 실행 컨텍스트이므로 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 전역 렉시컬 환경의 참조가 할당된다.

'렉시컬 스코프'에서 자바스크립트는 함수를 어디서 호출했는지가 아니라, 어디에 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정한다고 했다. 그리고 함수 객체는 자신이 정의된 스코프, 즉 상위 스코프를 기억한다고 했다.

자바스크립트 엔진은 함수 정의를 평가하여 함수 객체를 생성할 때, 현재 실행중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경, 즉 함수의 상위 스코프를 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장한다.

그리고 함수 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 할당 되는 것은, 위에서 설명한 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 렉시컬 환경의 참조이다.

즉, 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]가 바로 렉시컬 스코프를 구현하는 메커니즘이다.

함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]와 렉시컬 스코프는 클로저를 이해할 수 있는 중요한 단서이다.(24장에서 자세히 보자)

📍 foo 함수 코드 실행

: 이제 런타임이 시작되어 foo 함수의 소스코드가 순차적으로 실행되기 시작한다. 매개변수에 인수가 할당되고, 변수 할당문이 실행되어 지역 변수 x, y에 값이 할당된다. 그리고 함수 bar가 호출된다.

이 때, 식별자 결정을 위해 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검색하기 시작한다. 현재 실행 중인 실행 컨텍스트는 foo 함수 실행 컨텍스트이므로 foo 함수 렉시컬 한경에서 식별자 x, y를 검색하기 시작한다. 만약 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검색할 수 없으면 외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 렉시컬 환경으로 이동하여 식별자를 검색한다. 지금 모든 식별자는 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 모두 검색할 수 있으므로 검색된 식별자에 값을 바인딩 한다.

📍 bar 함수 코드 평가

: 예제 코드를 다시 한번 살펴보자. 현재 foo 함수 코드 평가를 통해 foo 함수 실행 컨텍스트가 생성되었고, foo 함수 코드를 실행하고 있다. 현재 진행 상황은 bar 함수를 호출 하기 직전이다.

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); // 호출 직전
}
foo(20);

bar 함수가 호출되면 bar 함수 내부로 코드의 제어권이 이동한다. 그리고 bar 함수 코드를 평가하기 시작한다. 실행 컨텍스트와 렉시컬 환경의 생성 과정은 foo 함수 코드 평가와 동일하다. 생성된 bar 함수 실행 컨텍스트와 렉시컬 환경은 아래의 그림과 같다.

📍 bar 함수 코드 실행

: 런타임이 시작되어 bar 함수의 소스코드가 순차적으로 실행되기 시작한다. 매개 변수에 인수가 할당되고, 변수 할당문이 실행 되어 지역 변수 z에 값이 할당된다.

그리고 console.log(a + b + x + y + z);가 실행된다. 이 코드는 아래와 같은 순서로 진행 된다.

1. console 식별자 검색

: 먼저 console 식별자를 스코프 체인에서 검색한다. 스코프 체인은 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 시작하여 외부 렉시컬 환경에 대한 참조로 이어지는 렉시컬 환경의 연속이다. 따라서 식별자를 검색할 때는 언제나 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 검색하기 시작한다.

현재 실행 중인 실행 컨텍스트는 bar 함수 실행 컨텍스트다. 따라서 bar 함수 실행 컨텍스트의 bar 함수 렉시컬 환경에서 console 식별자를 검색하기 시작한다. 이곳에는 console 식별자가 없으므로 스코프 체인 상의 상위 스코프, 즉 외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 foo 함수 렉시컬 환경으로 이동해 console 식별자를 검색한다.

그런데 이곳에도 console 식별자가 없으므로 스코프 체인 상의 상위 스코프, 즉 외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 전역 렉시컬 환경ㅇ로 이동해 console 식별자를 검색한다.

전역 렉시컬 환경은 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드로 구성되어있다. console 식별자는 객체 환경 레코드의 BindingObject를 통해 전역 객체에서 찾을 수 있다.

2. log 메서드 검색

: 이제 console 식별자에 바인딩된 객체, 즉 console 객체에서 log 메서드를 검색한다. 이때 console 객체의 프로토타입 체인을 통해 메서드를 검색한다. log 메서드는 상속된 프로퍼티가 아니라 console 객체가 직접 소유하는 프로퍼티다.

console.hasOwnProperty('log'); // true

3. 표현식 a + b + x + y + z의 평가

: 이제 console.log 메서드에 전달할 인수, 즉 표현식 a + b + x + y + z를 평가하기 위해 a, b, c, x, y, z 식별자를 검색한다. 식별자는 스코프 체인, 즉 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 시작해 외부 렉시컬 환경에 대한 참조로 이어지는 렉시컬 환경의 연속에서 검색한다.

a 식별자는 foo 함수 렉시컬 환경에서, b 식별자는 bar 함수 렉시컬 환경에서, x와 y 식별자는 foo 함수 렉시컬 환경에서, z 식별자는 bar 함수 렉시컬 환경에서 검색된다.

4. console.log 메서드 호출

: 표현식 a + b + x + y + z가 평가되어 생성한 값 42(20+10+3+4+5)를 console.log 메서드에 전달하여 호출한다.

📍 bar 함수 코드 실행 종료

console.log 메서드가 호출되고 종료하면 더는 실행할 코드가 없으므로 bar 함수 코드의 실행이 종료된다.
이때 실행 컨테스트 스택에서 bar 함수 실행 컨텍스트가 팝되어 제거되고, foo 실행 컨텍스트가 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다.

실행 컨텍스트 스택에서 bar 함수 실행 컨텍스트가 제거되었다고 해서 bar 함수 렉시컬 환경까지 즉시 소멸하는 것은 아니다. 렉시컬 환경은 실행 컨텍스트에 의해 참조되기는 하지만 독립적인 객체다. 객체를 포함한 모든 값은 누군가에 의해 참조되지 않을 때 비로소 가비지 컬렉터에 의해 메모리 공간의 확보가 해제되어 소멸한다.

bar 함수 실행 컨텍스트가 소멸 되었다고 하더라도 만약 bar 함수 렉시컬 환경을 누군가 참조하고 있다면 bar 함수 렉시컬 환경은 소멸하지 않는다.(클로저 관련 개념)

📍 foo 함수 코드 실행 종료

: bar 함수가 종료하면 더이상 실행할 코드가 없으므로 foo 함수 코드의 실행이 종료된다. 이때 실행 컨텍스트 스택에서 foo 함수 실행 컨텍스트가 팝되어 제거되고 전역 실행 컨텍스트가 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다.

📍 전역 코드 실행 종료

: foo 함수가 종료되면 더는 실행할 전역 코드가 없으므로 전역 코드의 실행이 종료되고 전역 실행 컨텍스트도 실행 컨텍스트 스택에서 팝되어 실행 컨텍스트 스택에는 아무것도 남아있지 않게 된다.

💡 실행 컨텍스트와 블록 레벨 스코프

: let, const 키워드와 블록 레벨 스코프에서 살펴보았듯, var 키워드로 선언한 변수는 오로지 함수의 코드 블록만 지역 스코프로 인정하는 함수 레벨 스코프를 따른다. 하지만 let, const 키워드로 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

if문 코드 블록 내에서 let 키워드로 변수가 선언되었다. 따라서 if문의 코드블록이 실행되면 if문의 코드 블록을 위한 블록 레벨 스코프를 생성해야 한다.

이를 위해 선언적 환경 레코드를 갖는 렉시컬 환경을 새롭게 생성해 기존의 전역 렉시컬 환경을 교체한다. 이때 새롭게 생성된 if문의 코드 블록을 위한 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 if문이 실행되기 이전의 전역 렉시컬 환경을 가리킨다.

그리고 if문 코드 블록의 실행이 종료되면, if문의 코드 블록이 실행되기 이전의 렉시컬 환경으로 되돌린다.

이는 if 문뿐 아니라 블록 레벨 스코프를 생성하는 모든 블록문에 적용된다.

for 문의 변수 선언문에 let 키워드를 사용한 for문은 코드 블록이 반복해서 실행될 때마다 코드 블록을 위한 새로운 렉시컬 환경을 생성한다. 만약 for 문의 코드 블록 내에서 정의된 함수가 있다면 이 함수의 상위 스코프는 for문의 코드 블록이 생성한 렉시컬 환경이다.

이때 함수의 상위 스코프는 for문의 코드 블록이 반복해서 실행될 때마다 식별자(for 문의 변수 선언문 및 for 문의 코드 블록 내에서 선언된 지역 변수 등)의 값을 유지해야 한다. 이를 위해 for 문의 코드 블록이 반보해서 실행될때마다 독립적인 렉시컬 환경을 생성해 식별자의 값을 유지한다.

🍏🍎 오늘의 느낀점
: 실행 컨텍스트,, 이놈 정말 헷갈리는 개념이다. 이해는 됐으나 완벽한 이해는 되지 않은 느낌...
어쨌든 반복해서 읽고 머리속에 박아야겠다,,
다음강인 클로저와 연관이 아주 많은 내용이고, 또 계속 궁금했던 내용이라서 뭔가 속시원하지만 완벽하게 이해한 느낌은 아니다. 2-3번 더 읽으면 이해될 것 같다. 화이팅!!

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Lina Hongbi Ko
프론트엔드개발자가 되고 싶어서 열심히 땅굴 파는 자
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