실행 컨텍스트 execution context
는 자바스크립트의 동작 원리를 담고 있는 핵심 개념. 이를 바르게 이해하면 자바스크립트가 스코프를 기반으로 식별자와 식별자에 바인딩 된 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 있음.
4가지 타입의 소스코드 executable code
는 실행 컨텍스트를 생성함. 4가지 타입으로 구분하는 이유는 소스코드의 타입에 따라 실행 컨텍스트를 생성하는 과정과 관리 내용이 다르기 때문.
모든 소스코드는 실행에 앞서 평가 과정을 거치며 코드를 실행하기 위한 준비를 함. 자바스크립트 엔진은 소스코드의 평가
와 소스코드의 실행
의 2가지 과정으로 소코드를 나누어 처리함.
실행 컨텍스트 생성
, 변수, 함수 등의 선언문 만 먼저 실행
하여 생성된 식별자를 키로 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록
.런타임
시작. 이 때 소스코드 실행에 필요한 정보. 즉, 변수나 함수의 참조를 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에서 검색해서 취득
함. 변수 값의 변경 등 소스코드의 실행 결과는 다시 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록
.예제를 보자.
var x;
x = 1;
소스코드 평가 과정
에서 변수 선언문 var x; 를 먼저 실행
. 이 때 변수 식별자 x는 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록되고 undefined 로 초기화
.
평가 과정이 끝나면 실행 과정이 시작됨. 변수 선언문 var x; 는 소스코드 평가 과정에서 이미 실행 완료. 실행 과정
에서는 변수 할당문 x = 1; 만 실행
됨. 이 때 x 변수에 값을 할당하려면 먼저 x 변수가 선언된 변수인지 확인해야 함.
이를 위해 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 x 변수가 선언된 변수인지 확인. 선언된 변수라면 값을 할당하고 할당 결과를 실행 컨텍스트에 등록
하여 관리.
전역 코드와 함수 코드로 구성되어 있는 예제를 자바스크립트 엔진이 어떻게 평가하고 실행하는지 알아보자.
// 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
평가 과정
을 거치며 선언문만 먼저 실행
. ( **const x; const y;**
)변수 선언문
과 함수 선언문
이 먼저 실행
되고, 그 결과 생성된 전역 변수와 전역 함수가 실행 컨텍스트가 관리하는 전역 스코프
에 등록.var
키워드로 선언된 전역 변수
와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수
는 전역 객체의 프로퍼티와 메서드
가 됨.런타임이 시작
되어 전역 코드가 순차적으로 실행
.전역 변수에 값이 할당
( x = 1; y = 2;
) 되고 함수가 호출
됨.함수가 호출되면 순차적으로 실행되던 전역 코드의 실행을 일시 중단하고 코드 실행 순서를 변경하여 함수 내부로 진입
( foo(100)
).함수 코드 평가 과정
을 거침.매개변수
( a
)와 지역 변수 선언문
( const x; const y;
)이 먼저 실행
되고, 그 결과 생성된 매개변수와 지역 변수가 실행 컨텍스트가 관리하는 지역 스코프에 등록
됨.arguments 객체가 생성
되어 지역 스코프에 등록되고 this 바인딩
도 결정됨.런타임이 시작
되어 함수 코드가 순차적으로 실행
. 이 때 매개변수와 지역 변수에 값이 할당
( x = 10; y = 20;
) 되고 console.log 메서드가 호출
됨. ( console.log(a + x + y);
)이처럼 코드가 실행되려면 다음과 같이 스코프, 식별자, 코드 실행 순서 등의 관리가 필요함.
이 모든 것을 관리하는 것이 실행 컨텍스트임. 소스코드를 실행하는 데 필요한 환경을 제공하고 코드의 실행 결과를 실제로 관리하는 영역
이다.
구체적으로, 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 관리
됨.
식별자와 스코프는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경
으로 관리하고 코드 실행 순서는 실행 컨텍스트 스택
으로 관리.
자바스크립트 엔진은 먼저 전역 코드를 평가하여 전역 실행 컨텍스트를 생성하고 함수가 호출되면 함수 코드를 평가하여 함수 실행 컨텍스트를 생성함.
이 때 생성된 실행 컨텍스트는 스택 stack 자료구조로 관리
됨. 이를 실행 컨텍스트 스택
이라고 함.
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 코드를 평가하여 전역 실행 컨텍스트를 생성
하고 실행 컨텍스트 스택에 푸시
.
이 때 전역 변수 x
와 전역 함수 foo
는 전역 실행 컨텍스트에 등록
.
이후 전역 코드가 실행되기 시작하여 전역 변수 x에 값이 할당되고 전역 함수 foo가 호출됨.
foo 함수 코드의 평가와 실행
전역 함수 foo가 호출
되면 전역 코드 실행이 일시 중단되고 코드의 제어권이 foo 함수 내부로 이동
.
foo 함수 내부의 함수 코드를 평가하여 foo 함수 실행 컨텍스트 생성
, 실행 컨텍스트 스택에 푸시
.
이 때 foo 함수의 지역 변수 y
와 중첩 함수 bar
가 foo 함수 실행 컨텍스트에 등록
됨.
이후 foo 함수 코드가 실행
되어 지역 변수 y에 값이 할당
되고 중첩 함수 bar가 호출
됨.
bar 함수 코드의 평가와 실행
중첩 함수 bar가 호출
되면 foo 함수 코드의 실행은 일시 중단되고 코드의 제어권이 bar 함수 내부로 이동
.
bar 함수 내부의 함수 코드를 평가하여 bar 함수 실행 컨텍스트 생성
, 실행 컨텍스트 스택에 푸시
.
이 때 bar 함수의 지역 변수 z
가 bar 함수 실행 컨텍스트에 등록
됨.
이후 bar 함수의 코드가 실행
되어 지역 변수 z에 값이 할당
되고 console.log 메서드 호출 후 bar 함수 종료
됨.
foo 함수 코드로 복귀
bar 함수가 종료
되면 코드의 제어권은 다시 foo 함수
로 이동.
bar 함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 팝하여 제거
됨.
foo 함수는 더 이상 실행할 코드가 없으므로 종료.
전역 코드로 복귀
foo 함수가 종료
되면 코드의 제어권은 다시 전역 코드
로 이동.
foo 함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 팝하여 제거
됨.
더 이상 실행할 전역 코드가 남아 있지 않으므로 전역 실행 컨텍스트도 실행 컨텍스트 스텍에서 팝되어 실행 컨텍스트 스택에는 아무 것도 남아있지 않음
.
이처럼 실행 컨텍스트 스택은 코드의 실행 순서를 관리
함. 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트는 언제나 현재 실행 중인 코드의 실행 컨텍스트
임. 따라서 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트를 실행 중인 실행 컨텍스트 runnig execution context
라고 함.
렉시컬 환경 Lexical Environment
은 식별자와 식별자에 바인딩된 값, 그리고 상위 스코프에 대한 참조를 기록하는 자료구조
로 실행 컨텍스트를 구성하는 컴포넌트
임. 실행 컨텍스트 스택이 코드의 실행 순서를 관리
한다면 렉시컬 환경은 스코프와 식별자를 관리
함.
렉시컬 환경은 키와 값을 갖는 객체 형태의 스코프(전역 함수, 블록 스코프)를 생성해 식별자를 키로 등록하고 식별자에 바인딩된 값을 관리함. 즉 렉시컬 환경은 스코프를 구분해 식별자를 등록하고 관리하는 저장소 역할을 하는 렉시컬 스코프의 실체
.
실행 컨텍스트는 LexicalEnvironment 컴포넌트와 VariableEnvironment 컴포넌트로 구성됨. 하단 그림은 생성 초기의 실행 컨텍스트와 렉시컬 환경.
생성 초기엔 하나의 동일한 렉시컬 환경을 참조, 이후 몇 가지 상황을 만나면 두 컴포넌트의 내용이 달라지는 경우가 있음.
렉시컬 환경은 다음과 같이 두 개의 컴포넌트로 구성됨.
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
전역 객체는 전역 코드가 평가되기 이전에 생성
됨. 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 그리고 표준 빌트인 객체가 추가되며 동작환경(Client Side or Server Side)에 따라 클라이언트 사이드 Web API(DOM, BOM, Canvas, XMLHttpRequest, Web Stroage, Web Component, Web Worker 등) 또는 특정 환경을 위한 호스트 객체를 포함.Object.prototype
을 상속 받는다. 즉 전역 객체도 프로토타입 체인의 일원.// Object.prototype.toString
window.toString(); // -> "[object Window]"
window.__proto__.__proto__.__proto__.__proto__ === Object.prototype; // -> true
소스코드가 로드되면 자바스크립트 엔진은 전역 코드를 평가함.
세부적인 생성 과정을 순서대로 살펴보자.
전역 실행 컨텍스트 생성
비어 있는 전역 실행 컨텍스트를 생성
하여 실행 컨텍스트 스택에 푸시. 이 때 전역 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택의 최상위.
전역 렉시컬 환경 생성
전역 렉시컬 환경 Global Lexical Environment
을 생성하고 전역 실행 컨텍스트에 바인딩.
2.1. 전역 환경 레코드 생성
전역 환경 레코드 Global Environment Record
는 전역 변수를 관리하는 전역 스코프, 전역 객체의 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체 제공.
객체 환경 레코드 Object Environment Record
와 선언적 환경 레코드 Declarative Environment Record
로 구성됨. 이 두 환경 레코드는 서로 협력해 전역 스코프와 전역 객체를 관리.
객체 환경 레코드
var
키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의한 전역 함수var 키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수는 전역 환경 레코드의 객체 환경 레코드에 연결된 BindingObject를 통해 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 됨
.선언적 환경 레코드
let
, const
키워드로 선언한 전역 변수 관리.
전역 객체의 프로퍼티가 되지 않기 때문에 window.y
와 같이 전역 객체의 프로퍼티로서 참조할 수 없음.
또한 const 키워드로 선언한 변수는 선언/초기화 단계가 분리되어 진행되어 런타임에 실행 흐름이 변수 선언문에 도달하기 전까지 일시적 사각지대 Temporal Dead Zone TDZ
에 빠지게 됨.
let, const 키워드로 선언한 변수도 호이스팅이 발생하나 런타임에 컨트롤이 변수 선언문에 도달 전까지 일시적 사각지대에 빠지기 때문에 참조할 수 없음.
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(ReferenceError)가 발생한다.
console.log(foo); // ReferenceError: Cannot access 'foo' before initialization
let foo = 2; // 지역 변수
}
2.2. this 바인딩
전역 환경 레코드의 [GlobalThisValue]]
내부 슬롯에 this
가 바인딩됨.
전역 코드에서 this
를 참조하면 전역 환경 레코드의 [GlobalThisValue]]
내부 슬록에 바인딩 되어 있는 객체가 반환됨.
참고로 전역 환경 레코드를 구성하는 객체 환경 레코드
와 선언적 환경 레코드
에는 this 바인딩이 없음
. this 바인딩
은 전역 환경 레코드
와 함수 환경 레코드에만 존재
함.
2.3 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정
현재 평가 중인 소스코드를 포함하는 외부 소스코드의 렉시컬 환경, 즉 상위 스코프를 가리킴.
이제 전역 코드가 순차적으로 실행되기 시작함. 변수 할당문이 실행
되어 전역 변수 x, y에 값이 할당
되고 foo 함수가 호출
됨.
식별자 결정 Identifier resolution
을 위해 식별자를 검색할 때는 실행중인 실행 컨텍스트에서 식별자를 검색하기 시작함.
현재 실행중인 전역 렉시컬 환경에서 식별자 x, y, foo를 검색.
만약 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검색할 수 없으면 상위 스코프로 이동하여 식별자 검색.
현재 진행 상황은 foo 함수를 호출하기 직전.
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); // ← 호출 직전
foo 함수가 호출되면 전역 코드의 실행을 일시 중단하고 foo 함수 내부로 코드의 제어권이 이동. 그리고 함수 코드를 평가하기 시작. 순서는 아래와 같음.
위 과정을 거쳐 생성된 foo 함수 실행 컨텍스트와 렉시컬 환경은 아래와 같음.
세부적인 생성 과정을 순서대로 살펴보자.
함수 실행 컨텍스트 생성
먼저 foo 함수의 실행 컨텍스트 생성.
생성된 함수 실행 컨텍스트는 함수 렉시컬 환경이 완성된 다음 실행 컨텍스트 스택에 푸시
됨.
함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택의 최상위.
함수 렉시컬 환경 생성
foo 함수 렉시컬 환경을 생성하고 foo 함수 실행 컨텍스트에 바인딩
함.
렉시컬 환경에서 보았듯 환경 레코드와 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 2개의 컴포넌트로 구성됨.
2.1. 함수 환경 레코드 생성
함수 환경 레코드는 매개변수
, argument 객체
, 함수 내부에서 선언한 지역 변수
와 중첩 함수
를 등록하고 관리
함.
2.2. this 바인딩
함수 환경 레코드의 [[ThisValue]]
내부 슬롯에 this
가 바인딩
됨.
foo 함수는 일반 함수로 호출되었으므로 this
는 전역 객체
를 가리킴.
2.3. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정
foo 함수 정의가 평가된 시점에 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조가 할당됨.
foo 함수는 전역 코드에 정의된 전역 함수이므로 foo 함수 정의는 전역 코드 평가 시점에 평가됨. 따라서 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에는 전역 렉시컬 환경의 참조가 할당됨.
자바스크립트는 함수를 어디서 호출했는지가 아니라 어디에 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정함
. 그리고 함수 객체는 자신이 정의된 스코프, 즉 상위 스코프를 기억
함.
6-5. foo 함수 코드 실행
매개 변수에 인수가 할당
되고, 변수 할당문이 실행
되어 지역 변수 x, y에 값이 할당
됨. 그리고 함수 bar가 호출
됨.식별자 결정
을 위해 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검색하기 시작
함. 6-6. bar 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); // ← 호출 직전
}
foo(20);
bar 함수가 호출
되면 bar 함수 내부로 코드의 제어권이 이동
. 그리고 bar 함수 코드를 평가
하기 시작. 실행컨텍스트와 렉시컬 환경의 생성 과정은 foo 함수 코드 평가와 동일
. 생성된 bar 함수 실행 컨텍스트와 렉시컬 환경은 다음과 같음. 6-7. bar 함수 코드 실행
런타임이 시작
되어 bar 함수의 소스코드가 순차적으로 실행
되기 시작. 매개변수에 인수가 할당
되고, 변수 할당문이 실행
되어 지역 변수 z에 값이 할당
됨. 그리고 console.log(a + b + x + y + z); 가 실행
됨.이 코드의 실행 순서는 다음과 같음.
현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경부터 검색 시작.
console 식별자 검색
시작.객체 환경 레코드
의 BindingObject
를 통해 전역 객체에서 찾을 수 있음.console 객체의 프로토타입 체인을 통해 메서드를 검색
함. log 메서드는 상속된 프로퍼티가 아니라 console 객체가 직접 소유하는 프로퍼티임.console.hasOwnProperty('log'); // -> true
a + b + x + y + z
를 평가하기 위해 식별자 a + b + x + y + z
를 검색. 스코프 체인. 즉, 현재 실행중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 시작하여 외부 렉시컬 환경에 대한 참조로 이어지는 렉시컬 환경에서 연속에서 검색.a + b + x + y + z
가 평가되어 생성한 값 42(20 + 10 + 3 + 4 + 5)를 console.log 메서드에 전달하여 호출
함.6-8. bar 함수 코드 실행 종료
더는 실행할 코드가 없으므로 bar 함수 코드의 실행이 종료
됨. 이 때 실행 컨텍스트 스택에서 bar 함수 실행 컨텍스트가 팝되어 제거
되고 foo 실행 컨텍스트가 실행중인 실행 컨텍스트
가 됨. 6-9. foo 함수 코드 실행 종료
더 이상 실행할 코드가 없으므로 foo 함수 코드의 실행이 종료
됨. 이 때 실행 컨텍스트 스택에서 foo 함수 실행컨텍스트가 팝되어 제거
되고 전역 실행 컨텍스트가 실행 중인 실행 컨텍스트
가 됨. 6-10. 전역 코드 실행 종료
더는 실행할 전역 코드가 없으므로 전역 코드의 실행이 종료
되고 전역 실행 컨텍스트도 실행 컨텍스트 스택에서 팝되어 실행 컨텍스트 스택에는 아무 것도 남아있지 않게 됨
.var
키워드로 선언한 변수는 오로지 함수의 코드 블록만 지역 스코프로 인정하는 함수 레벨 스코프
를 따름
let
, const
키워드로 선언한 변수는 모든 코드 블록(함수, if문, for문, while문, try/catch문 등)을 지역 스코프로 인정하는 블록 레벨 스코프
를 따름.
아래 예제를 보면 if 문의 코드 블fhr 내에서 let 키워드로 변수가 선언됨. 따라서 if 문의 코드 블록을 위한 블록 레벨 스코프를 생성해야 함.
이를 위해 선언적 환경 레코드를 갖는 렉시컬 환경을 새롭게 생성하여 기존의 전역 렉시컬 환경을 교체
. 이 때 새롭게 생성된 if 문의 코드 블록을 위한 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 if 문이 실행되기 이전의 전역 레시컬 환경을 가리킴.
let x = 1;
if (true) {
let x = 10;
console.log(x); // 10
}
console.log(x); // 1
if 문 코드 블록의 실행이 종료되면 if 문의 코드 블록이 실행되기 이전의 렉시컬 환경으로 되돌림.
이는 if 문 뿐만 아니라 블록 레벨 스코프를 생성하는 모든 블록문에 적용됨.