알다가도 모를 동작 원리 이거 하나면 끝

가은·2022년 9월 15일

JavaScript

숨참고 딥 다이브

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23장 실행 컨텍스트

📍 실행 컨텍스트는 자바스크립트의 동작 원리를 담고 있는 핵심 개념이다.

✔️ ECMAScript는 소스코드를 4가지 타입으로 구분한다.

전역 코드
전역에 존재하는 소스코드를 말한다. 전역에 정의된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않는다.
함수코드
함수 내부에 존재하는 소스코드를 말한다. 함수 내부에 중첩된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않는다.
eval 코드
빌트인 전역 함수인 eval 함수에 인수로 전달되어 실행되는 소스코드를 말한다.
모듈 코드
모듈 내부에 존재하는 소스코드를 말한다. 모듈 내부의 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않는다.

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

전역 코드
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 실행 컨텍스트가 생성된다.

함수 코드
지역 스코프를 생성하고 지역 변수, 매개변수, arguments 객체를 관리해야 한다.
그리고 지역 스코프를 전역 스코프에서 시작하는 스코프 체인의 일원으로 연결해야 한다. 이를 위해 함수 코드가 평가되면 함수 실행 컨텍스트가 생성된다.

eval 코드
strict mode에서 자신만의 독자적인 스코프를 생성한다. 이를 위해 eval 코드가 평가되면 eval 실행 컨텍스트가 생성된다.

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 평과 과정을 거치며 실행 준비를 한다.
소스코드 평가 과정에서 실행 컨텍스트를 생성하고 변수, 함수 등의 선언문만 먼저 실행하여 식별자를 키로 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록한다.
평가 과정이 끝나면 선언문을 제외한 소스코드가 순차적으로 실행되기 시작한다. (런타임의 시작)

이때 변수나 함수의 참조를 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에서 검색하여 취득한다.
변수 값의 변경 등 소스코드의 실행 결과는 다시 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록된다.

실행 컨텍스트의 역할

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

선언에 의해 생성된 모든 식별자의 스코프를 구분하여 등록하고 상태 변화(바인딩된 값의 변화)를 지속적으로 관리할 수 있어야 한다.
스코프는 중첩 관계에 의해 스코프 체인을 형성해야 한다.
→ 스코프 체인을 통해 상위 스코프로 이동하며 식별자를 검색할 수 있어야한다.
현재 실행 중인 코드의 실행 순서를 변경할 수 있어야 하며 다시 되돌아갈 수도 있어야 한다.

실행 컨텍스트는 소스코드를 실행 하는 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.

✏️ 실행 컨텍스트 스택

👉 사진 출처

▪️ 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.

▪️ 코드가 실행되는 시간의 흐름에 따라 실행 컨텍스트은 추가되고 제거된다.

실행 컨텍스트 스택은 코드의 실행 순서를 관리한다.
⭐ 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트는 언제나 현재 실행 중인 코드의 실행 컨텍스트이다. → 실행 중인 실행 컨텍스트

✏️ 렉시컬 환경

렉시컬 환경은 식별자와 식별자에 바인딩된 값, 그리고 상위 스코프에 대한 참조를 기록하는 자료구조로 실행 컨텍스트를 구성하는 컴포넌트다.

렉시컬 환경은 스코프와 식별자를 관리한다.
→ 스코프를 구분하여 식별자를 등록하고 관리하는 저장소의 역할을 하게된다.

렉시컬 환경은 두 개의 컴포넌트로 구성된다.

환경 레코드
스코프에 포함된 식별자를 등록하고 등록된 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 저장소다.
환경 레코드는 소스코드의 타입에 따라 관리하는 내용에 차이가 있다.
외부 렉시컬 환경에 대한 참조
외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 상위 스코프를 가리킨다.
단방향 링크드 리스트인 스코프 체인을 구현한다.

❓ 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 상위 스코프
해당 실행 컨텍스트를 생성한 소스코드를 포함하는 상위코드의 렉시컬 환경을 말한다.

실행 컨텍스트의 생성과 식별자 검색 과정

▪️ 전역 객체 생성
전역 객체도 프로토타입 체인의 일원이다.

▪️ 전역 코드 평가

전역 실행 컨텍스트 생성
비어 있는 전역 실행 컨텍스트를 실행, 푸시 → 실행 중인 실행 컨텍스트
전역 렉시컬 환경 생성
전역 렉시컬 환경 생성, 전역 실행 컨텍스트에 바인딩

2.1 전역 환경 레코드 생성
전역 환경 레코드는 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드로 구성되어 있다.
전역 환경 레코드의 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드는 서로 협력하여 전역 스코프와 전역 객체(전역 변수의 전역 객체 프로퍼티화)를 관리한다.
- 객체 환경 레코드 생성
  객체 환경 레코드는 BindingObject라고 부르는 객체와 연결된다.
  전역 코드 평가 과정에서 var 키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수는 전역 환경 레코드에 연결된 BindingObject를 통해 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 된다.
- 선언적 환경 레코드 생성
  let, const 키워드로 선언한 전역 변수는 선언적 환경 레코드에 등록되고 관리된다.
  const 키워드의 경우 '선언단계'와 '초기화 단계'가 분리되어 진행된다.
  따라서 런타임에 실행 흐름이 변수 선언문데 도달하기 전까지 일시적 사각지대에 빠진다.
  let, const 키워드도 변수 호이스팅이 발생하지만 런타임에 컨트롤이 변수 선언문에 도달하기 전까지 일시저 사각지대에 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(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 this가 바인딩 된다.
전역 코드에서 this를 참조하면 전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯이 바인딩되어 있는 객체가 반환된다.
this 바인딩은 전역 환경 레코드와 함수 환경 레코드에만 존재한다.
2.3 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정
전역 코드를 포함하는 소스코드는 없으므로 전역 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 null이 할당된다. 이는 전역 렉시컬 환경이 스코프 체인의 종점에 존재함을 의미한다.

▪️ 전역 코드 실행
위 과정이 끝나면 코드가 순차적으로 실행된다.
변수 할당문 또는 함수 호출문을 실행하려면 변수 또는 함수 이름이 선언된 식별자인지 확인해야 한다.
동일한 이름의 식별자가 다른 스코프에 여러 개 존재할 경우, 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.

▪️ 함수 코드 평가
함수가 호출되면 전역 코드의 실행을 일시 중단하고 함수 내부로 코드의 제어권이 이동한다.

함수 실행 컨텍스트 생성
함수 실행 컨텍스트 생성 후 함수 렉시컬 환경이 완성된 다음 실행 컨텍스트 스택에 푸시 → 실행 중인 실행 컨텍스트
함수 렉시컬 환경 생성
함수 렉시컬 환경 생성 후 함수 실행 컨텍스트에 바인딩

2.1 함수 환경 레코드 생성
함수 렉시컬 환경을 구성하는 컴포넌트 중 하나인 함수 환경 레코드는 매개변수, arguments 객체, 함수 내부에서 선언한 지역 변수와 중첩 함수를 등록, 관리
2.2 this 바인딩
함수 환경 레코드의 [[ThisValue]] 내부 슬롯에 this 바인딩
바인딩될 객체는 함수 호출 방식에 따라 결정
함수 내부에서 this를 참조하면 함수 환경 레코드의 [[ThisValue]] 내부 슬롯에 바인딩되어 있는 객체가 반환
2.3 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정
함수 정의가 평가된 시점에 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조가 할당
⚠️ 함수를 어디서 호출했는지가 아니라 어디에 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정한다는 것을 기억하자

▪️ 함수 코드 실행
런타임 시작 후 소스코드가 순차적 실행
식별자 결정을 위해 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자 검색 시작
→ 함수 코드 내부에 다른 함수가 있으면 그 안에서 다시 함수 코드 평가와 실행이 일어나고 종료된다.

▪️ 함수 코드 실행 종료
더 이상 실행할 코드가 없으면 실행이 종료되는데, 이때 실행 컨텍스트 스택에서 함수 실행 컨텍스트가 팝되어 제거되고 전역 실행 컨텍스트가 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다.

▪️ 전역 코드 실행 종료
함수가 종료되면 실행할 전역 코드가 없으므로 전역 실행 컨텍스트도 실행 컨텍스트에서 제거되어 실행 컨텍스트 스택에는 아무것도 남지 않는다.

❓ 객체 환경 레코드 생성과정 중 변수와 함수 호이스팅

var 키워드로 선언한 변수는 '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.
따라서 var 키워드로 선언한 변수는 코드 실행 단계에서 변수 선언문 이전에도 참조할 수 있다. (단, 변수 선언문 이전에 참조한 변수의 값은 언제나 undefined이다.)
→ 변수 호이스팅이 발생하는 원인
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. 즉, 함수 선언문으로 정의한 함수는 함수 선언문 이전에 호출할 수 있다.

❓ 식별자 결정 중 스코프 체인 동작 원리

현재 실행 중인 실행 컨텍스트는 전역 실행 컨텍스트이므로 전역 렉시컬 환경에서 식별자를 검색한다.
만약 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검색할 수 없으면 외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 렉시컬 환경, 상위 스코프로 이동하여 식별자를 검색한다.

⚠️ 전역 렉시컬 환경은 스코프 체인의 종점이므로 전역 렉시컬 환경에서 검색할 수 없는 식별자는 참조 에러를 발생시킨다.