[JavaScript] 실행 컨텍스트에 대해서 공부해보자!!

소스코드의 타입

ECMAScript 사양은 소스코드(ECMAScript code)를 4가지 타입으로 구분한다.

 

 

1. 전역 코드

전역 코드는 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 전역 실행 컨텍스트가 생성된다.

 

2. 함수 코드

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

 

3. eval 코드

eval 코드는 strict mode(엄격 모드)에서 자신만의 독자적인 스코프를 생성한다. 이를 위해 eval 코드가 평가되면 eval 실행 컨텍스트가 생성된다.

 

4. 모듈 코드

모듈 코드는 모듈별로 독립적인 모듈 스코프를 생성한다. 이를 위해 모듈 코드가 평가되면 모듈 실행 컨텍스트가 생성된다.

 

 

 

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소스코드의 평가와 실행

모든 소스코드는 실행에 앞서 평가 과정을 거치며 코드를 실행하기 위한 준비를 한다. 

자바스크립트는 1) "소스코드의 평가" 와 2) "소스코드의 실행" 과정으로 처리된다.

 

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 선언문을 제외한 소스코드가 순차적으로 실행된다. (런타임 시작)

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

 

 

var x;
x = 1;

자바스크립트 엔진은 위 예제를 2개의 과정으로 처리한다.

1) 소스코드 평가 과정에서 변수 선언문 var x를 실행한다. x는 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록되고 undefinde 초기화된다.

2) 소스코드 실행되면서 변수 할당문 x = 1; 실행된다. 이때 x 변수에 값을 할당하기 위해 x 변수가 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록되어 있는지 확인한다. x 변수가 선언된 변수라면 값을 할당하고 결과를 실행 컨텍스트에 등록하여 관리한다.

 

 

 

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실행컨텍스트의 역할

// 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

 

1. 전역 코드 평가

전역 코드 평가 과정을 거치고 전역 코드를 실행한다. 소스코드 평가 과정에서는 선언문만 먼저 실행한다. 따라서 전역 코드의 변수 선언문과 함수 선언문이 먼저 실행되고, 그 결과 생성된 전역 변수와 전역 함수가 실행 컨텍스트가 관리하는 전역 스코프에 등록된다. var로 선언된 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수는 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 된다.

 

* 전역 변수와 함수 선언문 실행 > 전역 스코프 등록 > 전역 객체의 프로퍼티와 메서드

 

2. 전역 코드 실행

전역 코드 평가 과정이 끝나면 런타임 시작되어 전역 코드가 순차적으로 실행된다.  전역 변수에 값이 할당되고 함수 호출된다. 함수가 호출되면 순차적으로 실행되던 전역 코드의 실행을 일시 중단하고 코드 실행 순서를 변경하여 함수 내부로 진입한다.

 

* 런타임 > 전역 변수 값 할당 및 함수 호출 > 함수 호출 시 전역코드 실행 멈추고 함수 내부 진입

 

3. 함수 코드 평가

함수 내부로 진입하면 함수 코드 평가 과정을 거치며 함수 코드를 실행한다. 매개변수와 지역 변수 선언문 실행되고, 생성된 매개변수와 지역 변수가 실행 컨텍스트가 관리하는 지역 스코프에 등록된다. 또한 함수 내부에서 지역 변수처럼 사용할 수 있는 arguments 객체가 생성되어 지역 스코프에 등록되고 this 바인딩 결정된다.

 

* 함수 내부 진입 > 함수 코드 평가 > 매개변수 및 지역 변수 선언문 실행 및 지역 스코프 등록 > arguments 객체 생성 및 지역 스포크 등록 > this 바인딩 결정

 

4. 함수 코드 실행 

함수 코드 평가 과정이 끝나면 런타임이 시작되어 함수 코드가 실행된다. 매개변수와 지역변수에 값이 할당되고 console.log메서드가 호출된다.

 

console.log 메서드를 호출하기 위해 스코프 체인을 통해 검색한다. 이를 위해 함수 코드의 지역 스코프는 상위 스코프인 전역 스코프와 연결되야 한다. 하지만 console 식별자는 스코프체인에 등록되어 있지 않고 전역 객체에 프로퍼티로 존재한다. 이는 전역 객체의 프로퍼티가 전역 변수 처럼 전역 스코프를 통해 검색 가능하다는 것이다.

 

다음은 log 프로퍼티를 console 객체의 프로토타입 체인을 통해 검색한다. 그후 console.log 메서드에 인수로 전달된 표현식 a + x + y가 평가된다. a + x + y는 스코프 체인을 통해 검색한다. console.log 메서드의 실행이 종료되면 함수 코드 실행 과정이 종료되고 함수 호출 이전으로 되돌아가 전역 코드 실행을 계속한다.

 

코드가 실행되려면 스코프를 구분하여 식별자와 바인딩된 값이 관리되어야 한다. 그리고 중첩 관계에 의해 스코프 체인을 형성하여 식별자를 검색할 수 있어야 하고, 전역 객체의 프로퍼티도 전역 변수처럼 검색 할 수 있다.

 

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

1. 선언에 의해 생성된 모든 식별자(변수, 함수, 클래스 등)를 스코프를 구분하여 등록하고 상태 변화(식별자에 바인딩된 값의 변화)를 지속적으로 관리할 수 있어야 한다.

2. 스코프는 중첩 관계에 의해 스코프 체인을 형성해야 한다. 즉, 스코프 체인을 통해 상위 스코프로 이동하며 식별자를 검색할 수 있어야 한다. 

3. 현재 실행 중인 코드의 실행 순서를 변경(예를 들어, 함수 호출에 의한 실행 순서 변경)할 수 있어야 하며 다시 되돌아갈 수도 있어야 한다.

 

이 모든 것을 관리하는 것이 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.

 

식별자와 스코프는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경으로 관리하고 코드 실행 순서는 실행 컨텍스트 스택으로 관리한다. 

 

 

 

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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. 

엔진은 먼저 전역 코드를 평가하여 전역 실행 컨텍스트를 생성한다. 그리고 함수가 호출되면 함수 코드를 평가하여 함수 실행 컨텍스트를 생성한다.

 

생성된 실행 컨텍스트는 스택(stack) 자료구조로 관리된다. 이것이 실행 컨텍스트 스택이다.

코드를 실행하면 시간에 흐름에 따라 실행 컨텍스트 스택에는 추가(push)와 제거(pop)된다.

 

* EC: Excution Context

 

1. 전역 코드의 평가와 실행

엔진은 전역 코드를 평가하여 전역 실행 컨텍스트를 생성하고 실행 컨텍스트 스택에 푸시한다. 전역 변수 x와 전역 함수 foo 함수 내부의 함수 코드를 평가하여 foo 함수 실행 컨텍스트를 생성하고 실행 컨텍스트 스택에 푸시한다. 이후 전역 코드가 실행되기 시작하여 전역 변수 x에 값이 할당되고 전역 함수 foo가 호출된다.

 

* 변수x와 함수foo 평가 > foo 함수 실행 컨텍스트 생성 > 실행 컨텍스트 스택에 푸시 > 이후 코드 실행

 

2. foo 함수 코드의 평가와 실행

전역 함수 foo가 호출되면 전역 코드의 실행은 일시 중단되고 코드의 제어권(control)이 foo 함수 내부로 이동한다. 엔진은 foo 함수 내부의 함수 코드를 평가하여 foo 함수 실행 컨텍스트를 생성하고 실행 컨텍스트 스택에 푸시한다. 이때 foo 함수의 지역 변수 y와 중첩 함수 bar가 foo 함수 실행 컨텍스트에 등록된다. 이후 foo 함수 코드가 실행되기 시작하여 지역 변수 y에 값이 할당되고 중첩 함수 bar가 호출된다.

 

* foo 호출 > foo 함수 제어권 획득 > foo 함수 내부 코드 평가 > foo 함수 실행 컨텍스트 생성 > 실행 컨텍스트 스택에 푸시 > 변수 y와 함수 bar 함수 실행 컨텍스트 등록 > foo 함수 실행 > y에 값 할당 및 bar 호출

 

3. bar 함수 코드의 평가와 실행

중첩 함수 bar가 호출되면 foo 함수 코드의 실행은 일시 중단되고 코드의 제어권이 bar 함수 내부로 이동한다. 엔진은 bar 함수 내부의 함수 코드를 평가하여 bar 함수 실행 컨텍스트를 생성하고 실행 컨텍스트 스택에 푸시한다. 이때 bar 함수의 지역 변수 z가 bar 함수 실행 컨텍스트에 등록된다. 이후, bar 함수 코드가 실행되기 시작하여 지역 변수 z에 값이 할당되고 console.log 메서드를 호출한 이후, bar 함수는 종료된다.

 

* bar 호출 > foo함수 실행 중단 > bar 함수 제어권 획득 > bar 함수 내부의 코드 평가 > bar 함수 실행 컨텍스트 생성 > 실행 컨텍스트 스택에 푸시 > 변수 z와 bar 함수 실행 컨텍스트에 등록 > bar 함수 실행 > z에 값 할당 및 console.log 호출 > bar 종료

 

4. foo 함수 코드로 복귀

bar 함수가 종료되면 코드 제어권은 다시 foo 함수가 획득한다. 엔진은 bar 함수 실행 컨텍스트를 실행 컨텍스트 스택에서 제거한다. 그리고 foo 함수는 더 이상 실행할 코드가 없으므로 종료된다.

 

* bar 함수 종료 > foo 함수 제어권을 다시 획득 > 실행 컨텍스트 스택에서 bar 함수 실행 컨텍스트 제거 > foo 함수 종료

 

5. 전역 코드로 복구

foo 함수가 종료되면 코드의 제어권은 전역코드가 획득한다. 엔진은 foo 함수 실행 컨텍스트를 실행 컨텍스트 스택에서 제거한다. 그리고 실행할 전역 코드가 없으므로 전역 실행 컨텍스트도 실행 컨텍스트 스택에서 제거되고, 실행 컨텍스트 스택에는 아무것도 남지 않는다.

 

* foo 함수 종료 > 전역 코드가 제어권 다시 획득 > 실행 컨텍스트 스택에서 foo 함수 실행 컨텍스트 제거 > 전역 코드 종료 > 스택 empty

 

 

이처럼 실행 컨텍스트 스택은 코드의 실행 순서를 관리한다. 1) 소스코드가 평가되면 2) 실행 컨텍스트가 생성되고 3) 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 쌓인다.

실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트는 언제나 현재 실행 중인 코드의 실행 컨텍스트다. 따라서 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트를 실행 중인 실행 컨텍스트(running execution context)라 부른다.

 

 

 

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렉시컬 환경

렉시컬 환경(Lexcical Environment)은 식별자와 식별자에 바인딩된 값, 그리고 상위 스코프에 대한 참조를 기록하는 자료구조로 실행 컨텍스트를 구성하는 컴포넌트다. 실행 컨텍스트 스택이 코드의 실행 순서를 관리하고, 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 역학을 하는 렉시컬 스코프의 실체다.

 

실행 컨텍스트는 LexicalEnvironment 컴포넌트와 VariableEnvironment 컴포넌트로 구성된다. 생성 초기에 LexicalEnvironment 컴포넌트와 VariableEnvironment 컴포넌트는 하나의 동일한 렉시컬 환경을 참조한다. 이후 몇 가지 상황을 만나면 VariableEnvironment 컴포넌트를 위한 새로운 렉시컬 환경을 생성하고, 이때부터 VariableEnvironment 컴포넌트와 LexicalEnvironment 컴포넌트 내용이 달라지는 경우도 있다.

 

하지만, strict mode와 eval 코드, try/catch 문과 같은 특수한 상황은 제외하고, LexicalEnvironment 컴포넌트와 VariableEnvironment 컴포넌트도 구분하지 않고 렉시컬 환경으로 통일해 설명한다.

 

 

렉시컬 환경은 두 개의 컴포넌트로 구성된다.

 

1. 환경 레코드(Environment Record)

스코프에 포함된 식별자를 등록하고 등록된 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 저장소다. 환경 레코드는 소스코드의 타이벵 관리하는 내용에 차이가 있다.

 

2. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조(Quter Lexical Environment Reference)

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 리크드 리스트인 스코프 체인을 구현한다.

 

 

 

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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

 

전역 객체 생성

전역 객체는 전역 코드가 평가되기 이전에 생성된다. 이때 전역 객체에는 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 그리고 표준 빌트인 객체가 추가되며 동작 환경(클라이언트 사이드 또는 서버 사이드)에 따라 클라이언트 사이드 Web API(DOM, BOM, Canvas, XMLHttpRequest, fetch, requestAnimationFrame, SVG, Web Storage, Web Component, Web Worker 등) 또는 특정 환경을 위한 호스트 객체를 포함한다.

 

전역 객체도 Object.prototype을 상속받는다. 즉, 전역 객체도 프로토타입 체인의 일원이다.

// Object.prototype.toString
window.toString(); // '[object Window]'
 
window.__proto__.__proto__.__proto__.__proto__ === Object.prototype; // true

 

 

전역 코드 평가

소스코드가 로드되면 자바스크립트 엔진은 전역 코드를 평가한다. 

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

비어있는 전역 실행 컨텍스트를 생성하여 실행 컨텍스트 스택에 푸시한다. 이때 전역 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택의 최상위, 즉 실행 중인 실행 컨텍스트(running execution context)가 된다.

 

2. 전역 렉시컬 환경 생성

전역 렉시컬 환경(Global Lexical Environment)을 생성하고 전역 실행 컨텍스트에 바인딩한다.

렉시컬 환경은 환경 레코드(Environment Record)와 외부 렉시컬 환경에 대한 참조(OuterLexicalEnvironment Reference)로 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.

 

모든 전역 변수가 전역 객체의 프로퍼티가 되는 ES6의 let, const 키워드로 선언한 전역 변수를 구분하여 관리하기 위해 전역 스코프 역할을 하는 전역 환경 레코드는 객체 환경 레코드(Object Environment Recod)와 선언전 환경 레코드(Declarative Environment Record)로 구성되어 있다.

 

객체 환경 레코드는 기존의 전역 객체가 관리하던 var 키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의한 전역 함수, 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체를 관리하고, 선언전 환경 레코드는 let, const 키워드로 선언한 전역 변수를 관리한다. 

 

즉, 전역 환경 레코드의 객체 환경 레코드와 선언전 환경 레코드는 서로 협력하여 전역 스코프와 전역 객체(전역 변수의 전역 객체 프로퍼티화)를 관리한다.

 

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 레코드의 객체 환경 레코드에 연결된 BindingObject를 통해 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 된다. 그리고 이때 등록된 식별자를 전역 환경 레코드의 객체 환경 레코드에서 검색하면 전역 객체의 프로퍼티를 검색하여 반환한다.

 

var 키워드로 선언된 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수가 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 되고 전역 객체를 가리키는 식별자(window) 없이 전역 객체의 프로퍼티를 참조(ex: window.alert을 alert으로 참조)할 수 있는 메커니즘이다.

 

위 예제의 전역 변수 x와 전역 함수 foo는 객체 환경 레코드를 통해 객체 환경 레코드의 BindingObject에 바인딩되어 있는 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 된다.

 

x 변수는 var 키워드로 선언했기에 "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 변후는 코드 실행 단계(현 시점은 코드 실행 단계가 아니라 코드 평가 단계다)에서 변수 선언문 이전에도 참조할 수 있다. 단, 변수 선언문 이전에 참조한 변수의 값은 언제나 undefined다. var 키워드로 선언한 변수에 할당한 함수 표현식도 이와 동일하게 동작한다. 이것이 변수 호이스팅이 발생하는 원인이다.

 

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. 이것이 변수 호이스팅과 함수 호이스팅의 차이다. 즉, 함수 선언문으로 정의한 함수는 함수 선언문 이전에 호출할 수 있다. 단, 변수 선언문 이전에 참조한 변수의 값은 언제나 undefined다. var 키워드로 선언한 변수에 할당한 함수 표혀식도 이와 동일하게 동작한다. 이것이 변수 호이스팅이 발생하는 원인이다.

 

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. 이것이 변수 호이스팅과 함수 호이스팅의 차이다. 즉, 함수 선언문으로 정의한 함수는 함수 선언문 이전에 호출할 수 있다.

 

2.1.2 선언적 환경 레코드생성

let, const 로 선언한 전역 변수(let, const 키워드로 선언한 변수에 할당한 함수 표현식 포함)는 선언적 환경 레코드에 등록되고 관리한다.

 

ES6의 let, const 키워드로 선언한 전역 변수는 개념적인 블록 내에 존재한다. 여기서 개념적인 블록은 전역 환경 레코드의 선언적 환경 레코드다.

 

let, const 키워드로 선언한 변수도 변수 호이스팅이 발생한다. 단, let, const 키워드로 선언한 변수는 런타임에 컨트롤이 변수 선언문에 도달하기 전까지 일시적 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 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.

 

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 참조(Outer Lexical Environment Reference)는 상위 스코프를 가리킨다. 단방향 링크드 리스트로 스코프 체인을 구현한다.

 

현재 평가 중인 소스코드는 전역 코드다. 전역 코드를 포함하는 소스코드가 없으므로 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 null이다. null은 전역 렉시컬 환경이 스코프 체인의 종점이라는 것이다.

 

 

 

 

전역 코드 실행

전역 코드가 실행되면, 변수 할당문이 실행되어 전역 변수 x, y에 값이 할당 후 foo 함수가 호출된다. 변수 할당문 또는 함수 호출문을 실행하려면 먼저 변수 또는 함수 이름이 선언된 식별자인지 확인한다. 선언되지 않는 식별자는 참조할 수 없으므로 할당이나 호출도 할 수 없기 때문이다.

 

또한 식별자는 스코프가 다르면 같은 이름을 가질 수 있다. 따라서 어느 스코프의 식별자를 참조하면 되는지 결정할 필요가 있다. 이를 식별자 결정(identifier resolution)이라 한다.

let bar = '전역';
 
{
    let bar = '이것이 식별자 결정';
    console.log(bar); // 이것이 식별자 결정
}

 

식별자 결정을 위해 식별자를 검색할 때는 실행 중인 실행 컨텍스트에서 식별자를 검색하기 시작한다. 선언된 식별자는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 환경 레코드에 등록되어 있다.

 

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

 

이것이 스코프 체인의 동작 원리다. 전역 렉시컬 환경은 스코프 체인의 종점이므로 검색할 수 없는 식별자는 참조 에러(ReferenceError)를 발생시킨다. 실행 컨텍스트는 소스코드를 실행하기 위해 필요한 환경을 제공하고 코드의 실행 결과를 실제로 관리하는 영역이다.

 

 

foo 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);
}
 
foo(20); // <- 호출 직전

 

현재 전역 코드 평가를 통해 전역 실행 컨텍스트가 생성되었고 전역 코드를 실행하고 있다. foo 함수가 호출되면 전역 코드의 실행을 일시 중단하고 foo 함수 내부로 코드의 제어권이 이동한다. 그리고 함수 코드를 평가하기 시작한다.

 

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

 

1. 함수 실행 컨텍스트 생성

먼저 foo 함수 실행 컨텍스트를 실행한다. 생성된 함수 실행 컨텍스트는 함수 렉시컬 환경이 완성된 다음 실행 컨텍스트 스택에 푸시된다. 이때 foo 함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택의 최상위인 실행 중인 실행 컨텍스트(running execution context)가 된다.

 

2. 함수 렉시컬 환경 생성

foo 함수 렉시컬 환경(Function Lexical Environment)를 생성하고 foo 함수 실행 컨텍스트에 바인딩한다. 렉시컬 환경은 환경 레코드와 외부 렉시컬 환경에 대한 참조로 구성된다.

 

2.1 함수 환경 레코드 생성

함수 렉시컬 환경을 구성하는 컴포넌트 중 하나인 함수 환경 레코드(Function Environment Record)는 매개변수, arguments 객체, 함수 내부에서 선언한 지역 변수와 중첩 함수를 등록하고 관리한다.

 

2.2 this 바인딩

함수 환경 레코드의 [[ThisValue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩된다. foo 함수는 일반 함수로 홀출되었으므로 this는 전역 객체를 가리킨다. 따라서 함수 환경 레코드의 [[ThisValue]] 내부 슬롯에는 전역 객체가 바인딩된다. foo 함수 내부에서 this를 참조하면 함수 환경 레코드의 [[ThisValue]] 내부 슬롯에 바인딩되어 있는 객체가 반환된다.

 

2.3 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 foo 함수 정의가 평가된 시점에 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조가 할당된다. foo 함수는 전역 코드에 정의된 전역 함수다. 따라서 전역 코드 평가 시점에 평가된다. 이 시점의 실행 중인 실행 컨텍스트는 전역 실행 컨텍스트다. 따라서 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에는 전역 렉시컬 환경의 참조가 할당된다.

 

함수 객체는 자신의 상위 스코프를 기억하므로 엔진이 함수 정의를 평가하여 함수 객체를 생성할 때 함수의 상위 스코프를 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장한다. 함수 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 할당되는 것은 바로 함수의 상위 스코프를 가리키는 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 렉시컬 환경의 참조다. 즉, 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]가 바로 렉시컬 스코프를 구현하는 메커니즘이다.

 

 

 

foo 함수 코드 실행

런타임이 시작되어 foo 함수의 소스코드가 순차적으로 실행된다. 매개변수(parameter)에 인수가 할당되고, 변수 할당문이 실행되어 지역 변수 x, y에 값이 할당된 후 bar() 가 호출된다.

 

이때 식별자 결정을 위해 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검색하기 시작한다. 현재 실행 중인 실행 컨텍스트는 foo 함수 실행 컨텍스트이므로 foo 함수 렉시컬 환경에서 식별자 x, y를 검색하기 시작한다. 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검색할 수 없으면 외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 렉시컬 환경으로 이동하여 식별자를 검색한다. 검색된 식별자에 값을 바인딩한다.

 

 

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); 

 

foo 함수 코드 평가를 통해 foo 함수 실행 컨텍스트가 생성되었고 foo 함수 코드를 실행되던 중 bar 함수가 호출되면 bar 함수 내부로 코드의 제어권이 이동한다. 그리고 bar 함수 코드를 평가한다. 

 

 

bar 함수 코드 실행

런타임이 시작되어 bar 함수의 소스코드가 실행된다. 매개변수에 인수가 할당되고, 변수 할당문이 실행되어 지역 변수 z에 값이 할당된다. 그리고 console.log(a + b + x + y + z);가 실행된다. 

 

1. console 식별자 검색

먼저 console 식별자를 스코프 체인에서 검색한다.  스코프 체인은 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 시작하여 외부 렉시컬 환경에 대한 참조로 이어지는 렉시컬 환경의 연속이다. 따라서 식별자를 검색할 때는 언제나 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 검색하기 시작한다.

 

실행 중인 실행 컨텍스트는 bar 함수 실행 컨텍스트다. 따라서 bar 함수 실행 컨텍스트의 bar 함수 렉시컬 환경(bar Lexical Environment)에서 console 식별자를 검색하기 시작한다. 이곳에는 console 식별자가 없으므로 스코프 체인 상의 상위 스코프, 즉 외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 foo 함수 렉시컬 환경(foo Lexical Environment)으로 이동하여 console 식별자를 검색한다. 

 

이곳에도 console 식별자가 없으므로 스코프 체인 상의 상위 스코프, 즉 외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 전역 렉시컬 환경(Global Lexical Environment)으로 이동하여 console 식별자를 검색한다. 전역 렉시컬 환경은 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드로 구성되어 있다. console 식별자는 객체 환경 레코드의 BindingObject를 통해 전역 객체에서 찾을 수 있다.

 

2. log 메서드 검색

console 식별자에 바인딩된 객체, 즉 console 객체에서 log 메서드를 검색한다. 이때 console 객체의 프로토타입 체인을 통해 메서드를 검색한다. log 메서드는 상속된 프로퍼티가 아니라 console 객체가 직접 소유하는 프로퍼티다.

console.log(console.hasOwnProperty('log')); // true

 

3. 표현식 a + b + x + y + z의 평가

표현식 a + b + x + y + z를 평가하기 위해 a, b, x, y, z 식별자를 검색한다. 식별자는 스코프 체인을 이용해서 연속해서 검색한다.

 

a, x, y 식별자는 foo 함수 렉시컬 환경, b, z 식별자는 bar 함수 렉시컬 환경에서 검색된다.

 

4. console.log 메서드 호출

표현식 a + b + x + y + z가 평가되어 생성한 값 42(20 + 10 + 3 + 4 + 5)를 console.log 메서드에 전달하여 호출한다.

 

 

 

 

bar 함수 코드 실행 종료

console.log 메서드가 호출 후 종료되면 더 실행할 코드가 없으므로 bar 함수 코드의 실행이 종료된다. 이때 실행 컨텍스트 스택에서 bar 함수 실행 컨텍스트가 팝되고 foo 실행 컨텍스트가 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다.

 

실행 컨텍스트 스택에서 bar 함수 실행 컨텍스트가 제거되었다고 해서 bar 함수 렉시컬 환경까지 즉시 소멸 하는 것은 아니다. 렉시컬 환경은 실행 컨텍스트에 의해 참조되기는 하지만 독립적인 객체다. 참조되지 않을 때 가바지 컬렉터에 의해 메모리 공간의 확보가 해제되어 소멸한다.

 

bar 함수 실행 컨텍스트가 소멸되었다 하더라도 만약 bar 함수 렉시컬 환경을 누군가 참조하고 있다면 bar 함수 렉시컬 환경은 소멸하지 않는다.

 

 

foo 함수 코드 실행 종료

bar 함수가 종료하고나면 더 이상 실행할 코드가 없기 때문에 foo 함수도 종료된다. 이때 실행 컨텍스트 스택에서 foo 함수 스택에서 foo 함수 실행 컨텍스트가 팝되고 전역 실행 컨텍스트가 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다.

 

 

전역 코드 실행 종료

foo 함수가 종료되면 더 이상 실행할 코드가 없으므로 전역 코드의 실행이 종료되고 전역 실행 컨텍스트도 실행 컨텍스트 스택에서 팝되어 실행 컨텍스트 스택에는 아무것도 남아있지 않게 된다.

 

 

 

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실행 컨텍스트와 블록 레벨 스코프

var 키워드로 선언한 변수는 함수의 코드 블록만 지역 스코프로 인정하는 함수 레벨 스코프를 따른다.

let, const 키워드로 선언한 변수는 모든 코드 블록(함수, if 문, for 문, while 문, try/catch 문 등)을 지역 스코프로 인정하는 블록 레벨 스코프(block-level scope)를 따른다.

let x = 1;
var y = 2;
 
if (true) {
    let x = 10;
    var y = 20;
    console.log(x); // 10
    console.log(y); // 20
}
 
console.log(x); // 1
console.log(y); // 20

 

if 문의 코드 블록 내에서 let 키워드로 변수가 선언됬다. 따라서 if 문의 코드 블록이 실행되면 if 문의 코드 블록을 위한 블록 레벨 스코프를 생성해야 한다. 이를 위해 선언적 환경 레코드를 갖는 렉시컬 환경을 새롭게 생성하여 기존의 전역 렉시컬 환경을 교체한다. 이때 생성된 if 문의 코드 블록을 위한 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 if 문이 실행되기 이전의 전역 렉시컬 환경을 가리킨다.

 

if 문 코드 블록의 실행이 종료되면 if 문의 코드 블록이 실행되기 이전의 렉시컬 환경으로 되돌린다. 이는 if 문뿐 아니라 블록 레벨 스코프를 생성하는 모든 블록문에 적용된다.