모던 자바스크립트 Deep Dive - 8

JA_X·2023년 4월 4일
JavaScriptdeep dive
0

Deep Dive 개인 공부

목록 보기
8/43

23장 실행 컨텍스트

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

23.1 소스코드 타입

ECMAScript 사양은 소스코드(ESMAScript code)를 4가지 타입으로 구분한다. 4가지 타입의 소스코드는 실행 컨텍스트를 생성한다

<소스코드 타입>

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

23.2 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 실행하여 생성된 변수나 함수 식별자를 키로 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프(렉시컬 환경의 환경 레코드)에 등록한다.
소스코드 평가 과정이 끝나면 비로소 선언문을 제외한 소스코드가 순차적으로 실행되기 시작한다.(런타임)

var x;
x = 1;
/*
위 예제는 자바스크립트 엔진 내에서 2개의 과정으로 나누어 처리된다.
1. 소스코드 평가 과정에서 변수 선언문 var x;를 실행하는데, 이때 생성된 변수 식별자 x는 
   실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록되고 undefined로 초기화 된다.
2. 1이 끝나면(소스코드 평가 과정) 소스코드 실행 과정이 시작된다. 
   변수 선언문 var x;는 1의 과정에서 이미 실행되었기 때문에 변수 할당문인 x = 1;만 실행된다.
   undefined 에서 1로 재할당된 결과는 기존 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 갱신되어 관리된다.
console.log(x); // undefined
var x = 1;

23.3 실행 컨텍스트의 역할

// 전역 변수 선언
// 런타임 이전 소스코드 평가를 통해 선언문 먼저 실행 후 순차적으로 실행
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
// 함수가 호출되면 순차적으로 실행되던 전역 코드의 실행을 일시 중단하고 코드 실행 순서를 변경하여 함수 내부로 진입한 후
// 함수 내부 문들을 실행하기에 앞서 전역 코드 실행과정과 같이 함수 코드 평가 과정을 거친 후 함수 코드를 순차적으로 실행한다.
// 이때 매개변수와 지역 변수 선언문이 함수 코드 평가 과정을 통해 먼저 실행된 후 함수 내부 지역 스코프에 등록되었기 때문에
// a = 100; const x = 10; const y = 20;의 값으로 평가된다.
foo(100); // 130



// 메서드 호출
// 위에서 foo 함수가 종료되었기에 지역 스코프에서 전역 스코프로 돌아와 const x = 1; const y = 2; 의 값으로 평가한다.
console.log(x + y); // 3

// 위의 모든 과정들이 실행 컨텍스트 관리하에 이루어진다.

이처럼 코드가 실행되려면 다음과 같이 스코프, 식별자, 코드 실행 순서 등의 관리가 필요하다.
이 모든 것을 관리하는 것이 실행 컨텍스트이다. 실행 컨텍스트는 소스코드를 실행하는데 필요한 환경을 제공하고 코드의 실행 결과를 실제로 관리하는 영역이다.

  • 실행 컨텍스트(execution context)
    식별자(변수, 함수, 클래스 등의 이름)를 등록하고 관리하는 스코프와 코드 실행 순서 관리를 구현한 내부 메커니즘으로, 모든 코드는 실행 컨텍스트를 통해 실행되고 관리된다.

23.4 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 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(stack)자료구조로 관리된다. 이를 실행 컨텍스트 스택이라고 부른다.
위 코드를 실행하면 코드가 실행되는 시간의 흐름에 따라 실행 컨텍스트 스택에는 다음과 같이 실행 컨텍스트가 추가(push)되고 제거(pop)된다.

  1. 전역 코드의 평가와 실행
    전역 코드 평가 후 전역 실행 컨텍스트 생성 후 실행 컨텍스트 스택에 푸시
    이때, 전역 변수 x와 전역 함수 foo는 전역 실행 컨텍스트에 등록
    이후 전역 코드가 실행되고 전역 변수 x에 값 할당 및 전역 함수 foo 호출
  2. foo 함수 코드의 평가와 실행
    전역 함수 foo 호출 시 전역 코드 실행 일시 중단 후 코드 제어권 foo 함수 내부로 이동
    foo 함수 내부 코드 평가하여 foo 함수 실행 컨텍스트 생성 후 실행 컨텍스트 스택에 푸시
    이때, foo 함수의 지역 변수 y와 중첩 함수 bar는 foo 함수 실행 컨텍스트에 등록
    이후 foo 함수 코드가 실행되고 지역 변수 y에 값 할당 및 중첩 함수 bar 호출
  3. bar 함수 코드의 평가와 실행
    중첩 함수 bar 호출 시 foo 함수 코드 실행 일시 중단 후 코드 제어권 bar 함수 내부로 이동
    bar 함수 내부 코드 평가하여 bar 함수 실행 컨텍스트 생성 후 실행 컨텍스트 스택에 푸시
    이때, bar 함수의 지역 변수 z는 bar 함수 실행 컨텍스트에 등록
    이후 bar 함수 코드가 실행되고 지역 변수 z에 값 할당 및 console.log 메서드 호출 후 bar 함수 종료
  4. foo 함수 코드로 복귀
    bar 함수 종료 시 코드 제어권 다시 foo 함수로 이동
    이때, bar 함수 실행 컨텍스트를 실행 컨텍스트 스택에서 pop하여 제거
    그리고 foo 함수는 더 이상 실행할 코드가 없으므로 종료
  5. 전역 코드로 복귀
    foo 함수 종료 시 코드 제어권 다시 전역 코드로 이동
    이때, foo 함수 실행 컨텍스트를 실행 컨텍스트 스택에서 pop하여 제거
    그리고 더 이상 실행할 전역 코드가 없으므로 전역 실행 컨텍스트도 최종적으로 실행 컨텍스트에서 pop되어 종료
    • 실행 컨텍스트 스택
      [실행 순서(코드 제어권)]
      -> 전역 실행 컨텍스트(1순위)
      -> foo 함수 실행 컨텍스트(1순위), 전역 실행 컨텍스트(2순위)
      -> bar 함수 실행 컨텍스트(1순위), foo 함수 실행 컨텍스트(2순위), 전역 실행 컨텍스트(3순위)
      bar 함수 실행 종료(제거)
      -> foo 함수 실행 컨텍스트(1순위), 전역 실행 컨텍스트(2순위)
      foo 함수 실행 종료(제거)
      -> 전역 실행 컨텍스트(1순위)

이처럼 실행 컨텍스트 스택은 코드의 실행 순서를 관리.
실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트는 언제나 현재 실행 중인 코드의 실행 컨텍스트다.

23.5 렉시컬 환경

렉시컬 환경(Lexical Environment)은 식별자와 식별자에 바인딩된 값, 그리고 상위 스코프에 대한 참조를 기록하는 자료구조로 실행 컨텍스트를 구성하는 컴포넌트이다. 실행 컨텍스트 스택이 코드의 실행 순서를 관리한다면 렉시컬 환경은 스코프와 식별자를 관리한다.
렉시컬 환경은 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.
주로, 렉시컬 환경은 다음과 같은 두 개의 컴포넌트로 구성된다.

Lexical Environment
1. EnvironmentRecord(환경 레코드)

  • 스코프에 포함된 식별자를 등록하고 등록된 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 저장소이다. 환경 레코드는 소스코드의 타입에 따라 관리하는 내용에 차이가 있다.
  1. OuterLexical EnvironmentRegerence(외부 렉시컬 환경에 대한 참조)
  • 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.

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); // 20 + 10 + 3 + 4 + 5
  }
  bar(10);
}

foo(20); // 42

23.6.1 전역 객체 생성

전역 객체(global object)는 코드가 실행되기 이전 단계에 자바스크립트 엔진에 의해 어떤 객체보다도 먼저 생성되는 특수한 개체이며, 어떤 객체에도 속하지 않는 최상위 객체다.
전역 객체는 자바스크립트 환경에 따라 지칭하는 이름이 제각각이다. 브라우저 환경에서는 window가 전역 객체를 가리키지만 Node.js 환경에서는 global이 전역 객체를 가리킨다.

전역 객체는 전역 코드가 평가되기 이전에 생성되며 이때, 전역 객체에는 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 그리고 표준 빌트인 객체가 추가되며 동작 환경에 따라 클라이언트 사이드 Web API 또는 특정 환경을 위한 호스트 객체를 포함한다.
전역 객체도 Object.prototype을 상속받는다. 즉, 전역 객체도 프로토타입 체인의 일원이다.

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

window.__proto__.__proto__.__proto__.__proto__ === Object.prototype; // -> true

23.6.2 전역 코드 평가

소스코드가 로드되면 자바스크립트 엔진은 전역 코드를 평가한다. 전역 코드 평가는 다음과 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
  1. 전역 실행 컨텍스트 생성
    먼저 비어있는 전역 실행 컨텍스트를 생성하여 실행 컨텍스트 스택에 푸시한다. 이때 전역 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택의 최상위, 즉 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다.
  2. 전역 렉시컬 환경 생성
    전역 렉시컬 환경(Global Lexical Environment)을 생성하고 전역 실행 컨텍스트에 바인딩한다.
    23.5절 "렉시컬 환경"에서 설명했듯이 렉시컬 환경은 2개의 컴포넌트, 즉 환경 레코드와 외부 렉시컬 환경에 대한 참조로 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.
    ES6 이전에는 전역 객체가 전역 환경 레코드 역할을 수행하였으나 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 레코드와 선언적 환경 레코드로 구성되어 있다.
    2.1.1 객체 환경 레코드 생성
    전역 환경 레코드를 구성하는 컴포넌트인 객체 환경 레코드는 BindingObject라고 부르는 객체와 연결된다.
    전역 코드 평가 과정에서 var 키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수는 전역 환경 레코드의 객체 환경 레코드에 연결된 BingdingObject를 통해 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 된다.
    var x = 1; // 객체 환경 레코드에서 관리
const y = 2; // 선언적 환경 레코드에서 관리
function foo (a) { // 객체 환경 레코드에서 관리
 ...
    x 변수는 var 키워드로 선언한 변수다. 따라서 "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 호이스팅 발생 원인)
    함수 선언문으로 정의한 함수가 평가되면 함수 이름과 동일한 이름의 식별자를 객체 환경 레코드에 바인딩된 BindingObject를 통해 전역 객체에 키로 등록하고 생성된 함수를 즉시 할당한다. 이것이 변수 호이스팅과 함수 호이스팅의 차이다. 즉, 함수 선언문으로 정의한 함수는 함수 선언문 이전에 호출할 수 있다.(var 키워드로 선언한 변수는 선언문 이전에 암묵적으로 undefined 값을 가지지만 함수 선언문은 함수 객체를 즉시 할당하기 때문에 함수 선언문 이전에도 호출 가능)
    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 변수는 선언적 환경 레코드에 등록되고 관리된다.
    따라서 위 예제의 전역 변수 y는 let, const 키워드로 선언한 변수이므로 전역 객체의 프로퍼티가 되지 않기 때문에 window.y와 같이 전역 객체의 프로퍼티로서 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.
    즉, 선언적 환경 레코드에 const 로 선언한 y 변수에 uninitialize(미초기화)가 바인딩되어 있는데 이는 초기화 단계가 진행되지 않아 변수에 접근할 수 없는 상태를 나타낸다.
    let, const 키워드로 선언한 변수도 변수 호이스팅이 발생하는 것은 변함이 없다. 단, let, const 키워드로 선언한 변수는 런타임에 실행순서가 변수 선언문에 도달하기 전까지 일시적 사각지대에 빠지기 때문에 참조할 수 없다.
    let foo = 1; // 전역 변수
{
// let, const 키워드로 선언한 변수가 호이스팅 되지 않는다면 전역 변수를 참조해야 한다.
// 하지만 let 키워드로 선언한 변수도 여전히 호이스팅이 발생하기 때문에
// 참조 에러가 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 바인딩된다. 일반적으로 전역 코드에서 this는 전역 객체를 가리키므로 전역 환경 레코드의 [[globalThisValue]] 내부 슬롯에는 전역 객체가 바인딩된다. 전역 코드에서 this를 참조하면 전역 환경 레코드의 [[globalThisValue]] 내부 슬롯에 바인딩되어 있는 객체가 반환된다.
참고로 전역 환경 레코드를 구성하는 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드에는 this 바인딩이 없다. this 바인딩은 전역 환경 레코드와 함수 환경 레코드에만 존재한다.
2.3 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정
외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 현재 평가 중인 소스코드를 포함하는 외부 소스코드의 렉시컬 환경, 즉 상위 스코프를 가리킨다. 이를 통해 단방향 링크드 리스트인 스코프 체인을 구현한다.
현재 평가 중인 소스코드가 전역 코드라고 한다면, 전역 코드를 포함하는 소스코드는 없으므로 전역 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에는 null이 할당되게 된다. 이는 전역 렉시컬 환경이 스코프 체인의 종점에 존재한다는 것을 의미한다.

23.7 실행 컨텍스트와 블록 레벨 스코프

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 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

if 문의 코드 블록 내에서 let 키워드로 변수가 선언되었다. 따라서 if 문의 코드 블록이 실행되면 if문의 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 참조는 if 문이 실행되기 이전의 전역 렉시컬 환경을 가리킨다.

profile
JA_X
:)
이전 포스트

모던 자바스크립트 Deep Dive - 7

다음 포스트

모던 자바스크립트 Deep Dive - 9

0개의 댓글