[JavaScript] 실행 컨텍스트

실행 컨텍스트

실행 컨텍스트^{execution context}는 실행한 코드에 제공할 환경 정보들을 모아놓은 객체로, 개발자가 코드를 통해 확인할 수는 없다. 객체에 담기는 환경 정보들은 아래와 같다.

• VariableEnvironment: 현재 컨텍스트 내의 식별자들에 대한 정보, 외부 환경 정보. 선언 시점의 렉시컬 환경의 스냅샷으로 변경 사항은 반영되지 않는다.
• LexicalEnvironment: 처음에는 VariableEnvironment와 같지만 변경 사항이 실시간으로 반영된다.
• ThisBinding: this 식별자가 바라봐야 할 대상 객체

소스코드의 타입

ECMAScript 사양은 실행 컨텍스트를 생성하는 과정과 관리 내용에 따라 소스코드를 아래 4가지 타입으로 구분한다.

• 전역^global 코드: 전역에 존재하는 소스코드, 전역에 정의된 함수나 클래스 등의 내부 코드 포함 X
  • 코드 평가시 전역 실행 컨텍스트 생성
• 함수^function 코드: 함수 내부에 존재하는 소스코드, 함수 내부에 중첩된 함수나 클래스 등의 내부 코드 포함 X
  • 코드 평가시 함수 실행 컨텍스트 생성
• eval 코드: 빌트인 전역함수인 eval 함수에 인수로 전달되어 실행되는 소스코드
  • 코드 평가시 eval 실행 컨텍스트 생성
• 모듈^module 코드: 모듈 내부에 존재하는 소스코드, 모듈 내부의 함수나 클래스 등의 내부 코드 포함 X
  • 코드 평가시 모듈 실행 컨텍스트 생성

소스코드의 평가와 실행

자바스크립트 엔진은 소스코드를 소스코드의 평가와 소스코드의 실행, 이 2개의 과정으로 나누어 처리한다.

1. 소스코드의 평가
   • 실행 컨텍스트 생성
   • 변수, 함수 등의 선언문만 먼저 실행
   • 생성된 변수나 함수 식별자를 키로 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록
2. 소스코드의 실행 (런타임)
   • 선언문을 제외한 소스코드 실행
   • 소스코드 실행에 필요한 정보(변수나 함수의 참조)를 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에서 검색, 취득
   • 소스코드의 실행 결과는 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록

실행 컨텍스트의 역할

코드가 실행되려면 아래와 같이 스코프, 식별자, 코드 실행 순서 등의 관리가 필요한데 실행 컨텍스트가 이를 담당한다.

1. 선언에 의해 생성된 모든 식별자를 스코프를 구분하여 등록하고 상태 변화를 지속적으로 관리할 수 있어야 한다.
2. 스코프는 중첩 관계에 의해 스코프 체인을 형성해야 한다. 스코프 체인을 통해 상위 스코프로 이동하며 식별자를 검색할 수 있어야 한다.
3. 현재 실행 중인 코드의 실행 순서를 변경할 수 있어야 하며 다시 되돌아갈 수도 있어야 한다.

실행 컨텍스트는 식별자를 등록하고 관리하는 스코프와 코드 실행 순서 관리를 구현한 내부 메커니즘으로, 소스코드를 실행하는 데 필요한 환경을 제공하고 코드의 실행 결과를 실제로 관리하는 영역이다. 따라서, 모든 코드는 실행 컨텍스트를 통해 실행되고 관리된다.

• 식별자, 스코프 → 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경으로 관리
• 코드 실행 순서 → 실행 컨텍스트 스택으로 관리

# 실행 컨텍스트 스택

생성된 실행 컨텍스트는 스택 자료구조로 관리되는데 이를 실행 컨텍스트 스택이라 한다. 실행 컨텍스트 스택은 코드의 실행 순서를 관리한다. 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트는 언제나 현재 실행 중인 코드의 실행 컨텍스트이므로 최상위 실행 컨텍스트를 실행 중인 실행 컨텍스트라 부른다.

# 렉시컬 환경

렉시컬 환경^{Lexical Environment}은 식별자, 식별자에 바인딩된 값, 상위 스코프에 대한 참조를 기록하는 자료구조로 실행 컨텍스트를 구성하는 컴포넌트이다. 렉시컬 환경은 키와 값을 갖는 객체 형태의 스코프를 생성하여 식별자를 키로 등록하고 식별자에 바인딩된 값을 관리한다.

실행 컨텍스트는 LexicalEnvironment와 VariableEnvironment 컴포넌트로 구성된다. 생성 초기에 이 두 컴포넌트는 하나의 동일한 렉시컬 환경을 참조한다.

실행 컨텍스트를 생성할 때 VariableEnvironment에 정보를 먼저 담은 후, 이를 그대로 복사해서 LexicalEnvironment를 만든다. 이후에는 주로 LexicalEnvironment를 활용한다.

렉시컬 환경은 EnvironmentRecord와 OuterLexicalEnvironmentReference 컴포넌트로 구성된다.

• 환경 레코드^{Environment Record}
  • 스코프에 포함된 식별자를 등록하고 등록된 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 저장소
  • 소스코드 타입에 따라 관리하는 내용이 다르다.
• 외부 렉시컬 환경에 대한 참조^{Outer Lexical Environment Reference}
  • 상위 스코프(바로 직전 컨텍스트의 외부 렉시컬 환경)를 가리킴
  • 이를 통해 스코프 체인(단방향 링크드 리스트) 구현

전역 컨텍스트의 렉시컬 환경에 담긴 변수를 전역변수라 하고 그 밖의 함수에 의해 생성된 실행 컨텍스트의 변수들은 모두 지역변수이다.

실행 컨텍스트의 생성과 식별자 검색 과정

1. 전역 객체 생성

• 전역 코드가 평가되기 이전에 생성
• 전역 객체에 빌트인 전역 프로퍼티, 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체 추가
• 동작 환경에 따라 클라이언트 사이드 Web API¹나 특정 환경을 위한 호스트 객체를 포함
• Object.prototype 상속, 프로토타입 체인의 일원

2. 전역 코드 평가

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

• 전역 환경 레코드: var 키워드와 let, const 키워드로 선언한 전역 변수를 구분하여 관리하기 위해 전역 스코프 역할을 함
  • 객체 환경 레코드^{Object Environment Record}와 선언적 환경 레코드^{Declarative Environment Record}로 구성
  • 객체 환경 레코드: var 키워드로 선언한 전역 변수, 함수 선언문으로 정의한 전역 함수, 빌트인 전역 프로퍼티, 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체 관리
  • 선언적 환경 레코드: let, const 키워드로 선언한 전역 변수 관리

    let, const로 선언한 전역 변수는 전역 객체의 프로퍼티가 아닌, 선언적 환경 레코드에 존재하게 된다.

  • 전역 환경 레코드, 객체 환경 레코드, 선언적 환경 레코드는 서로 협력하여 전역 스코프와 전역 객체를 관리한다.

⭐ var vs. let, const

• var: 선언 단계와 초기화 단계가 동시에 진행
• let, const: 선언 단계와 초기화 단계가 분리되어 진행

따라서 let, const로 선언한 전역 변수는 런타임에 실행 흐름이 변수 선언문에 도달하기 전까지 일시적 사각지대에 빠지게 된다.

3. 전역 코드 실행

• 전역 코드 순차적 실행
• 식별자 결정: 어느 스코프의 식별자를 참조하면 되는지 결정
  • 실행 중인 실행 컨텍스트에서 식별자 검색 시작, 검색할 수 없는 경우 상위 스코프로 이동하여 식별자 검색 (스코프 체인 동작 원리)
    • 전역 렉시컬 환경은 스코프 체인의 종점이므로 전역 렉시컬 환경에서 검색할 수 없는 식별자는 참조 에러 발생

4. 함수 코드 평가

어떤 함수가 호출되면 전역 코드의 실행을 일시 중단하고 함수 내부로 코드의 제어권이 이동한다. 이후에 함수 코드를 평가한다.

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

• 함수 환경 레코드: 매개변수 arguments 객체, 함수 내부에서 선언한 지역 변수와 중첩 함수 등록 및 관리

5. 함수 코드 실행

• 함수의 소스코드 순차적 실행
• 매개변수에 인수 할당, 변수 할당문 실행
• 식별자 결정을 위해 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자 검색 시작

6. 함수 코드 실행 종료

더 이상 실행할 코드가 없다면 함수 코드의 실행이 종료된다. 이때 실행 컨텍스트 스택에서 해당 함수의 실행 컨텍스트가 pop되어 제거되고 전역 실행 컨텍스트가 실행 중인 컨텍스트가 된다.

7. 전역 코드 실행 종료

더 실행할 전역 코드가 ㅇ벗다면 전역 코드의 실행이 종료된다. 실행 컨텍스트 스택에서 전역 실행 컨텍스트가 pop되어 제거되고 스택에 아무것도 남아있지 않게 된다.