실행 컨텍스트 [모던 자바스크립트 Deep Dive 23장]

모던 자바스크립트 Deep Dive 23장 내용을 정리한 포스트입니다.

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실행 컨텍스트는 자바스크립트의 동작 원리를 담고 있는 핵심 개념이다.

🌟 소스코드의 타입

ECMAScipt 사양은 소스코드를 4가지 타입으로 구분한다.
소스코드를 4가지 타입으로 구분하는 이유는 소스코드의 타입에 따라 실행 컨텍스트를 생성하는 과정과 관리 내용이 다르기 때문이다.

1️⃣ 전역 코드

전역에 존재하는 소스코드를 말한다. 전역에 정의된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않는다.
전역 변수를 관리하기 위해 최상위 스코프인 전역 스코프를 생성해야 한다.
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.

2️⃣ 함수 코드

함수 내부에 존재하는 소스코드를 말한다.
지역 스코프를 생성하고, 지역 변수, 매게변수, arguments 객체를 관리해야 한다.
생성한 지역 스코프를 전역 스코프에서 시작하는 스코프 체인의 일원으로 연결해야 한다.
이를 위해, 함수 코드가 평가되면 함수 실행 컨텍스트가 생성된다.

3️⃣ eval 코드

빌트인 전역 함수인 eval 함수에 인수로 전달되어 실행되는 소스코드를 말한다.
eval 코드는 strict mode 에서 자신만의 독자적인 스코프를 생성하고, 이를 위해 eval 실행 컨텍스트가 생성된다.

4️⃣ 모듈 코드

모듈 내부에 존재하는 소스코드를 말한다.
독립적인 모듈 스코프를 생성하고, 이를 위해 모듈 실행 컨텍스트가 생성된다.

🌟 소스코드의 평가와 실행

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

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

소스코드 평가 과정 이후, 런타임이 시작된다.
이때, 소스코드 실행에 필요한 정보, 즉 변수나 함수의 참조를 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에서 검색해서 취득한다.

🌟 실행 컨텍스트의 역할

const x = 1;
const y = 2;
 
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

const x = 1;
const y = 2;
 
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

1️⃣ 전역 코드 평가

전역 코드 실행 전에 전역 코드 실행을 위한 준비를 한다.
전역 코드의 변수 선언문과 함수 선언문이 먼저 실행되고, 그 결과 생성된 전역 변수와 전역 함수가 실행 컨텍스트가 관리하는 전역 스코프에 등록된다.
이때, 전역 변수와 전역 함수는 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 된다.

2️⃣ 전역 코드 실행

전역 코드 평가후 런타임이 시작되어, 전역 코드가 순차적으로 실행된다.
이때, 전역 변수에 값이 할당되고 함수가 호출된다.
함수가 호출되면, 실행되던 전역 코드의 실행을 일시 중단하고 함수 내부로 진입한다.

3️⃣ 함수 코드 평가

함수 호출에 의해 함수 내부로 진입하면, 함수 내부 코드를 실행하기 전, 함수 코드를 평가하게 된다.
이때, 매게변수와 지역 변수 선언문이 먼저 실행되고, 그 결과 생성된 매게변수와 지역변수가 함수 실행 컨텍스트가 관리하는 지역 스코프에 등록된다.

4️⃣ 함수 코드 실행

함수 코드 평가후 런타임이 시작되어, 함수 코드가 순차적으로 실행된다.
이때, 매게 변수와 지역 변수에 값이 할당되고, console.log 메서드가 호출된다.
console.log실행을 위해 식별자인 console을 스코프 체인을 통해 검색한다. 이를 위해서는, 지역 스코프는 전역 스코프와 연결되어야 한다(스코프 체인).
console식별자는 스코프체인에 등록되어 있지 않고 전역 객체에 프로퍼티로 존재한다.
다음은 log 프로퍼티를 console 객체의 프로토타입 체인을 통해 검색한다. 이후, console.log를 실행하게 된다.

함수 호출이 종료되면, 함수 호출 이전으로 되돌아가기 위해 현재 실행 중인 코드와 이전에 실행하던 코드를 구분하여 관리해야 한다.
이처럼 코드가 실행되려면 스코프, 식별자, 코드 실행 순서 등의 관리가 필요하다.

이 모든 것을 관리하는 것이 바로 실행 컨텍스트다
실행 컨텍스트는 소스코드를 실행하는데 필요한 환경을 제공하고 코드의 실행 결과를 실제로 관리하는 영역이다.

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 관리된다.

🌟 실행 컨텍스트 스택

const x = 1;
 
function foo() {
  const y = 2;
 
  function bar() {
    const z = 3;
    console.log(x + y + z);
  }
  bar();
}
 
foo(); // 6

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.
앞서 살펴보았듯, 자바스크립트 엔진은 전역 코드 평가후, 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.

1️⃣ 전역 코드의 평가와 실행

자바스크립트 엔진은 전역 코드를 평가하고 전역 실행 컨텍스트를 생성한다. 그 후, 실행 컨텍스트 스택에 푸시한다.
이때, 전역 변수 x와 전역 함수 foo는 전역 실행 컨텍스트에 등록된다.

2️⃣ foo 함수 코드의 평가와 실행

전역 함수 foo가 호출되면, 전역 코드의 실행은 일시 중단되고 코드의 제어권이 foo 함수 내부로 이동한다.
자바스크립트 엔진은 foo 함수 코드를 평가하고 foo 함수 실행 컨텍스트를 생성하고, 이를 실행 컨텍스트 스택에 푸시한다.
이때, foo 함수의 지역 변수 y와 중첩 함수 bar가 foo 함수 실행 컨텍스트에 등록된다.

3️⃣ bar 함수 코드의 평가와 실행

중첩 함수 bar가 호출되면, 코드의 제어권이 bar 함수 내부로 이동한다.
나머지 과정은 foo 함수 코드와 같다.

4️⃣ foo 함수 코드로 복귀

bar 함수가 종료되면, 코드의 제어권이 다시 foo 함수로 이동한다.
이때, 자바스크립트 엔진은 bar 함수 실행 컨텍스트를 실행 컨텍스트 스택에서 팝하여 제거한다.

5️⃣ 전역 코드로 복귀

foo 함수가 종료되면, 코드의 제어권이 다시 전역 코드로 이동한다.
foo 함수 실행 컨텍스트를 스택에서 팝하여 제거한다.
더 이상 실행할 전역 코드가 남아 있지 않으므로, 전역 실행 컨텍스트도 스택에서 팝되어 실행 컨텍스트 스택에는 아무것도 남아있지 않게 된다.

🌟 렉시컬 환경(Lexical Environment)

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

렉시컬 환경은 두 개의 컴포넌트로 구성된다.

1️⃣ 환경 레코드(Environment Record)

스코프에 포함된 식별자를 등록하고 등록된 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 저장소다

2️⃣ 외부 렉시컬 환경에 대한 참조(Outer Lexical Environment Reference)

외부 렉시컬 환경에 대한 참조를 상위 스코프를 가리킨다.

🌟 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);
  }
  bar(10);
}
 
foo(20); // 42

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

위 예제를 통해, 실행 컨텍스트가 생성되고 코드 실행 결과가 관리되는지, 어떻게 식별자를 검색하는지 살펴보자.

1️⃣ 전역 객체 생성

전역 객체는 전역 코드가 평가되기 이전에 생성된다.
전역 객체에는 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 그리고 표준 빌트인 객체가 추가되며 동작 환경에 따라 Web API 또는 특정 환경의 호스트 객체를 포함한다.

2️⃣ 전역 코드 평가

소스코드가 로드되면, 자바스크립트 엔진은 전역 코드를 평가한다.
- 전역 실행 컨텍스트 생성 : 전역 컨텍스트 생성 후 실행 컨텍스트 스택에 푸시
- 전역 렉시컬 환경 생성 : 전역 렉시컬 환경을 생성하고 전역 컨텍스트에 바인딩한다.
전역 환경 레코드 생성 : 전역 변수를 관리하는 전역 스코프, 전역 객체의 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체를 구성한다.
this 바인딩 : 전역 환경 레코드의 내부 슬롯에 this가 바인딩된다. (일반적으로 전역 코드에서 this는 전역 객체를 가리킨다)
외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정 : 이를 통해, 단방향 링크드인 리스트인 스코프 체인을 구현한다, 전역 코드를 포함하는, 소스코드는 존재하지 않기 때문에, 전역 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 null이다. (즉, 스코프 체인의 종점에 존재함)

3️⃣ 전역 코드 실행

전역 코드가 순차적으로 실행된다.
이때, 동일한 이름의 식별자가 다른 스코프에 여러 개 존재할 수도 있다. 따라서, 어느 스코프의 식별자를 참조하면 되는지 결정할 필요가 있다. -> 이를 식별자 결정(Identifier Resolution)이라고 한다.
식별자 결정을 위해 실행 중인 실행 컨텍스트에서 식별자를 검색한다. 이때, 선언된 식별자는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 환경 레코드에 등록되어 있다.
실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검색할 수 없다면, 외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 렉시컬 환경(상위 스코프)으로 이동하여, 식별자를 검색한다. -> 이것이 스코프 체인의 동작 원리.

4️⃣ foo 함수 코드 평가

foo 함수가 호출되면, 전역 코드의 실행을 일시 중단하고, foo 함수 내부로 코드의 제어권이 이동한다.
함수 코드 평가는 다음과 같은 순서로 진행된다.
함수 실행 컨텍스트 생성
함수 렉시컬 환경 생성
함수 환경 레코드 설정 -> 매게변수, arguments 객체, 함수 내부에서 선언한 지역 변수, 중첩 함수 등록 관리
this 바인딩 -> 함수 호출 방식에 따라 this 바인딩 결정
외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정 (상위 스코프 결정)(함수를 어디서 호출했는지가 아닌 어디서 정의했는지를 기준) -> foo 함수의 정의는 전역 코드 평가 시점에 평가된다 -> 이 시점에 실행 중인 실행 컨텍스트는 전역 실행 컨텍스트다 -> 따라서, 외부 렉시컬 환경에는 전역 레시컬 환경이 설정된다 ( 즉, 상위 스코프는 전역 스코프이다)

5️⃣ foo 함수 코드 실행

런타임이 시작되고 foo 함수의 소스코드가 순차적으로 실행되기 시작한다.
식별자 x, y, 함수 bar의 식별자 결정을 위해 실행 중인 foo함수 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검색한다.
모두 foo함수 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에 검색 가능하기 때문에, 상위 스코프를 찾지 않아도 된다.

6️⃣ bar 함수 코드 평가

bar 함수 내부로 코드의 제어권이 이동한다.
foo함수 코드 평가와 마찬가지로 실행 컨텍스트가 생성되고, 렉시컬 환경이 생성된다.

7️⃣ bar 함수 코드 실행

console 식별자 검색 : console 식별자를 스코프 체인에서 검색한다.
bar함수 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에 console 식별자가 없기 때문에, 외부 렉시컬 환경(상위 스코프)으로 이동
foo함수 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에도 없기 때문에, 전역 실행 컨텍스트로 이동
전역 실행 컨텍스트에서 찾을 수 있다
log 메서드 검색 : console 객체의 프로토타입 체인을 통해 메서드 검색
표현식 a+b+x+y+z 평가 : 마찬가지로 식별자를 검색한다. 이는 위와 같은 방식으로 동작한다.
console.log 메서드 호출 : 42를 출력

8️⃣ bar 함수 코드 실행 종료

bar 함수 코드의 실행이 종료되고, 실행 컨텍스트 스택에서 bar 함수 실행 컨텍스트를 pop 을 통해 제거

9️⃣ foo 함수 코드 실행 종료

foo 함수 코드의 실행이 종료되고, 실행 컨텍스트 스택에서 foo 함수 실행 컨텍스트를 pop 을 통해 제거

✨ 요약

소스코드는 평가와 실행 순서로 이루어짐 (전역 코드에서 함수 코드로 들어감)

이때, 소스코드 평가에서는 실행 컨텍스트를 생성 후 실행 컨텍스트 스택에 푸쉬
실행 컨텍스트의 렉시컬 환경 생성(환경 레코드(식별자와 바인딩된 값 관리), 외부 렉시컬 환경에 대한 참조(상위 스코프 정보))

소스코드 실행에서는 식별자를 스코프 체인을 통해 검색 후 실행

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