모던 JS deep dive 2회차 챕터 23 실행 컨텍스트

21 Feb 2024

모던 JS deep dive 2회차

모던 JS deep dive 2회차
- 23. 실행 컨텍스트

23. 실행 컨텍스트

실행 컨텍스트
- 자바스크립트가 스코프를 기반으로 식별자와 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 방식
- 호이스팅이 발생하는 이유
- 클로저의 동작 방식
- 태스크 큐와 함께 동작하는 이벤트 핸들러
- 비동기 처리의 동작 방식
=> 이해 가능

23.1 소스코드의 타입

ECMAScript 사양이 구분하는 4가지 타입의 소스코드(ECMAScript code)
- 전역 코드(global code)
  - 전역에 존재하는 소스코드. 함수나 클래스 등의 내부 코드는 포함도지 않음.
- 함수 코드(function code)
  - 함수 내부에 존재하는 소스코드. 중첩 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함 되지 않음
- eval 코드(eval code)
  - 빌트인 전역 함수인 eval 함수에 인수로 전달되어 실행되는 소스코드
- 모듈 코드(module code)
  - 모듈 내부에 존재하는 소스코드. 모듈 내부의 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않음
구분 이유 : 소스코드의 타입에 따라 실행 컨텍스트를 생성하는 과정과 관리 내용이 다르기 때문

전역 코드
전역 코드는 전역 변수를 관리하기 위해 최상위 스코프인 전역 스코프를 생성해야 함.
var 키워드로 선언된 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수를 전역 객체의 프로퍼티와 메서드로 바인딩하고 참조하기 위해 전역 객체와 연결되어야 함.
전역 코드가 평가되면 전역 실행 컨텍스트 생성됨
함수 코드
함수 코드는 지역 스코프를 생성하고 지역 변수, 매개변수, arguments 객체 관리해야 함. 생성한 지역 스코프를 전역 스코프에서 시작하는 스코프 체인의 일원으로 연결해야 함.
함수 코드가 평가되면 함수 실행 컨텍스트 생성됨
eval 코드
strict mode에서 자신만의 독자적인 스코프를 생성
eval 코드가 평가되면 eval 실행 컨텍스트가 생성됨
모듈 코드
모듈별로 독립적인 모듈 스코프를 생성
모듈 코드가 평가되면 모듈 실행 컨텍스트가 생성됨

23.2 소스코드의 평가와 실행

자바스크립트 엔진은 소스코드를 소스코드의 평가와 소스코드의 실행 2개의 과정으로 나누어 처리

소스코드 평가
- 실행 컨텍스트를 생성
- 변수, 함수 등의 선언문만 먼저 실행하여 생성된 변수나 함수 식별자를 키로 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프(렉시컬 환경의 환경 레코드)에 등록
소스코드 실행 (런타임)
- 변수나 함수의 참조를 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에서 검색해서 취득(실행에 필요한 정보를 취득)
- 변수 값의 변경 등 소스 코드의 실행 결과는 다시 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록됨

23.3 실행 컨텍스트의 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

전역 코드 평가
전역 코드 실행 준비 => 선언문만 먼저 실행(변수 선언문, 함수 선언문) => 전역 변수와 전역 함수가 실행 컨텍스트가 관리하는 전역 스코프에 등록되고 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 됨
전역 코드 실행
전역 코드가 순차적으로 실행됨. 전역 변수에 값이 할당되고 함수가 호출됨.
함수가 호출되면 전역 코드의 실행을 일시 중단하고 코드 실행 순서를 변경하여 함수 내부로 진입
함수 코드 평가
함수 내부로 진입하면 함수 내부의 문들을 실행하기에 앞서 함수 코드 평가 과정을 거치며 함수 코드 실행 준비를 함. 매개변수와 지역 변수 선언문이 먼저 실행됨 => 생성된 매개변수와 지역 변수가 실행 컨텍스트가 관리하는 지역 스코프에 등록됨
또한 함수 내부에서 지역 변수처럼 사용할 수 있는 arguments 객체가 생성되어 지역 스코프에 등록되고 this 바인딩도 결정됨
함수 코드 실행
함수 코드 순차적 실행 => 매개변수와 지역 변수에 값이 할당되고 console.log 메서드 호출.
console.log 메서드를 호출하기 위해 스코프 체인을 통해 console을 검색.
이를 위해 함수 코드의 지역 스코프는 상위 스코프인 전역 스코프와 연결되어야 함.
하지만 console 식별자는 스코프 체인에 등록되어 있지 않고 전역 객체에 프로퍼티로 존재.
=> 전역 객체의 프로퍼티가 전역 스코프를 통해 검색 가능해야 한다는 것을 의미.

다음은 log 프로퍼티를 console 객체의 프로토타입 체인을 통해 검색. 이후 인수로 전달된 표현식 a + x + y가 평가됨. 이 식별자는 스코프 체인을 통해 검색.

console.log 메서드의 실행이 종료되면 함수 호출 이전으로 되돌아가 전역 코드 실행을 계속함.

=> 코드가 실행되려면, 스코프를 구분하여 식별자와 바인딩된 값이 관리되어야 함. 중첩 관계에 의해 스코프 체인을 형성하여 식별자를 검색할 수 있어야 하고, 전역 객체의 프로퍼티도 전역 변수처럼 검색할 수 있어야 함.
코드가 실행되려면 다음과 같이 스코프, 식별자, 코드 실행 순서 등의 관리가 필요
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.
스코프는 중첩 관계에 의해 스코프 체인을 형성해야 한다. 즉, 스코프 체인을 통해 상위 스코프로 이동하며 식별자를 검색할 수 있어야 한다.
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 바로 실행 컨텍스트. 실행 컨텍스트는 소스코드를 실행하는 데 필요한 환경을 제공하고 코드의 실행 결과를 실제로 관리하는 영역.

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 관리됨.

식별자와 스코프는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경으로 관리,
코드 실행 순서는 실행 컨텍스트 스택으로 관리

23.4 실행 컨텍스트 스택

자바스크립트 엔진은 먼저 전역 코드를 평가하여 전역 실행 컨텍스트를 생성
함수가 호출되면 함수 코드를 평가하여 함수 실행 컨텍스트를 생성함

이때 생성된 실행 컨텍스트는 스택 자료구조로 관리 ⇒ 실행 컨텍스트 스택
시간의 흐름에 따라 실행 컨텍스트 스택에는 실행 컨텍스트가 추가(push)되고 제거(pop)됨

전역 코드의 평가와 실행
자바스크립트 엔진은 전역 코드 평가 후 전역 실행 컨텍스트를 생성하고 실행 컨텍스트 스택에 푸시. 이후 전역 코드가 실행되어 변수에 값이 할당되고 함수가 호출됨.
foo 함수 코드의 평가와 실행
전역 함수 foo가 호출되면 전역 코드의 실행은 일시 중단, 코드의 제어권이 foo 함수 내부로 이동
함수 코드를 평가하여 foo 함수 실행 컨텍스트 생성하고 실행 컨텍스트 스택에 푸시. foo 함수의 지역 변수와 중첩 함수가 foo 함수 실행 컨텍스트에 등록됨. 이후 foo 함수 코드가 실행되어 지역 변수에 값이 할당되고 중첩 함수가 호출됨.
bar 함수 코드의 평가와 실행
중첩 함수 bar가 호출되면 foo 함수 코드 실행이 일시 중단되고 코드 제어권이 bar 함수 내부 이동.
함수 코드를 평가하여 bar 함수 실행 컨텍스트 생성하고 실행 컨텍스트 스택에 푸시. bar 함수 지역 변수가 bar 함수 실행 컨텍스트에 등록됨.
bar 함수 코드 실행되어 지역 변수에 값이 할당되고 console.log 메서드를 호출한 이후 bar 함수 종료
foo 함수 코드로 복귀
bar 함수 종료되면 제어권은 다시 foo 함수로 이동. 자바스크립트 엔진은 bar 함수 실행 컨텍스트를 실행 컨텍스트 스택에서 팝하여 제거. foo 함수는 더 이상 실행할 코드가 없으므로 종료됨
전역 코드로 복귀
foo 함수 종료되면 제어권은 다시 전역 코드로 이동. foo 함수 실행 컨텍스트를 실행 컨텍스트 스택에서 팝하여 제거. 더 이상 실행할 전역 코드가 남아 있지 않으므로 전역 실행 컨텍스트도 제거, 실행 컨텍스트 스택에는 아무것도 남지 않게 됨

=> 실행 컨텍스트 스택은 코드의 실행 순서를 관리. 소스코드 평가되면 실행 컨텍스트가 생성되고, 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 쌓임. 실행 컨텍스트의 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트는 언제나 현재 실행 중인 코드의 실행 컨텍스트.

=> 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트를 실행 중인 실행 컨텍스트(running execution context)라고 부름

23.5 렉시컬 환경

렉시컬 환경(Lexical Environment)은 식별자와 식별자에 바인딩된 값, 그리고 상위 스코프에 대한 참조를 기록하는 자료구조로 실행 컨텍스트를 구성하는 컴포넌트.

실행 컨텍스트 스택 => 코드의 실행 순서 관리
렉시컬 환경 => 스코프와 식별자 관리

렉시컬 환경은 키와 값을 갖는 객체 형태의 스코프(전역, 함수, 블록 스코프)를 생성하여 식별자를 키로 등록하고 식별자에 바인딩된 값을 관리 => 렉시컬 환경은 스코프를 구분하여 식별자를 등록하고 관리하는 저장소 역할을 하는 렉시컬 스코프의 실체

실행 컨텍스트 구성
- LexicalEnvironment 컴포넌트
- VariableEnvironment 컴포넌트

생성 초기에는 하나의 동일한 렉시컬 환경을 참조. 이후 몇가지 상황을 만나면 VariableEnvironment 컴포넌트를 위한 새로운 렉시컬 환경을 생성하고, 이때부터 내용이 달라지는 경우가 있음.

렉시컬 환경 구성
- 환경 레코드(EnvironmentRecord)
- : 스코프에 포함된 식별자를 등록하고 등록된 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 저장소. 소스코드의 타입에 따라 관리하는 내용에 차이가 있음
- 외부 렉시컬 환경에 대한 참조(Outer Lexical Environment Reference)
- : 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 상위 스코프를 가리킴. 상위 스코프란 외부 렉시컬 환경, 즉 해당 실행 컨텍스트를 생성한 소스코드를 포함하는 상위 코드의 렉시컬 환경을 말함. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조를 통해 단방향 링크드 리스트인 스코프 체인을 구현

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);
  }
  bar(10);
}

foo(20); // 42

23.6.1 전역 객체 생성

전역 객체는 전역 코드가 평가되기 이전에 생성.

전역 객체
- 빌트인 전역 프로퍼티
- 빌트인 전역 함수
- 표준 빌트인 객체
- (클라이언트 사이드 Web API)
- 특정 환경을 위한 호스트 객체

=> Object.prototype을 상속받음 => 전역 객체도 프로토타입 체인의 일원

23.6.2 전역 코드 평가

소스코드가 로드되면 자바스크립트 엔진은 전역 코드를 평가.

전역 코드 평가 순서
전역 실행 컨텍스트 생성
전역 렉시컬 환경 생성
1. 전역 환경 레코드 생성
  1. 객체 환경 레코드 생성
  2. 선언적 환경 레코드 생성
2. this 바인딩
3. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

전역 실행 컨텍스트 생성
비어 있는 전역 실행 컨텍스트 생성하여 실행 컨텍스트 스택에 푸시. 전역 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택의 최상위, 즉 실행 중인 실행 컨텍스트가 됨.
전역 렉시컬 환경 생성
전역 렉시컬 환경을 생성하고 전역 실행 컨텍스트에 바인딩
렉시컬 환경은 2개의 컴포넌트로 구성 : 환경 레코드 / 외부 렉시컬 환경에 대한 참조
1. 전역 환경 레코드 생성
  전역 환경 레코드는 전역 변수를 관리하는 전역 스코프, 전역 객체의 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체 제공.
  var 키워드로 선언한 전역 변수와 let, const 키워드로 선언한 전역 변수를 구분하여 관리 필요함 => 전역 환경 레코드는 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드로 구성
  객체 환경 레코드는 var 키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의한 전역 함수 등을 관리
  선언적 환경 레코드는 let, const 키워드로 선언한 전역 변수 관리
  => 서로 협력하여 전역 스코프와 전역 객체를 관리.
  1. 객체 환경 레코드 생성
    객체 환경 레코드는 BindingObject라고 부르는 객체와 연결.
    전역 코드 평가 과정에서 var 키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수는 전역 환경 레코드에 연결된 BindingObject를 통해 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 됨. 이때 등록된 식별자를 전역 환경 레코드의 객체 환경 레코드에서 검색하면 전역 객체의 프로퍼티를 검색하여 반환
    => var 키워드로 선언된 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수가 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 되고, 전역 객체를 가리키는 식별자 없이 전역 객체의 프로퍼티를 참조할 수 있는 메커니즘(ex. window.alert X, alert O)
    
    var 키워드로 선언한 변수와 변수에 할당한 함수 표현식은 변수 선언문 이전에도 참조 가능하다 값은 언제나 undefined.
    함수 선언문으로 정의한 함수가 평가되면 함수 이름과 동일한 이름의 식별자를 객체 환경 레코드에 바인딩된 BindingObject를 통해 전역 객체에 키로 등록하고 생성된 함수 객체를 즉시 할당.
    => 변수 호이스팅과 함수 호이스팅의 차이.
  2. 선언적 환경 레코드 생성
    let, const 키워드로 선언한 전역 변수는 선언적 환경 레코드에 등록되고 관리됨. 개념적인 블록 내에 존재. 개념적인 블록 => 전역 환경 레코드의 선언적 환경 레코드.
    const 키워드로 선언한 변수는 “선언 단계” 와 “초기화 단계”가 분리되어 진행 => 초기화 단계, 런타임에 실행 흐름이 변수 선언문에 도달하기 전까지 일시적 사각지대(Temporal Dead Zone; TDZ)에 빠짐
2. this 바인딩
  전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩됨. 일반적으로 전역 코드에서 this는 전역 객체를 가리키므로 전역 객체가 바인딩됨. 전역 코드에서 this를 참조하면 전역 환경 레코드의 내부 슬롯에 바인딩되어 있는 객체가 반환됨.
  객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드에는 this 바인딩이 없음. => this 바인딩은 전역 환경 레코드와 함수 환경 레코드에만 존재
3. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 현재 평가 중인 소스코드를 포함하는 외부 소스코드의 렉시컬 환경, 즉 상위 스코프를 가리킴 => 단방향 링크드 리스트인 스코프 체인을 구현.
  전역 코드의 경우, 전역 코드를 포함하는 소스코드는 없으므로 전역 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 null이 할당됨. 이는 전역 렉시컬 환경이 스코프 체인의 종정메 존재함을 의미.

23.6.3 전역 코드 실행

식별자 결정(identifier resolution) : 식별자는 스코프가 다르면 같은 이름을 가질 수 있음. 즉, 동일한 이름의 식별자가 다른 스코프에 여러 개 존재할 수 있는 것. 따라서 어느 스코프의 식별자를 참조하면 되는지 결정할 필요가 있음.

식별자 결정을 위해 식별자를 검색할 때는 실행 중인 실행 컨텍스트에서 식별자를 검색하기 시작.

검색할 수 없으면 외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 렉시컬 환경, 즉 상위 스코프로 이동하여 식별자 검색

=> 스코프 체인의 동작 원리.
전역 렉시컬 환경에서도 검색할 수 없으면 참조 에러(Reference Error) 발생. 식별자 결정에 실패한 것.

23.7 실행 컨텍스트와 블록 레벨 스코프

var 키워드로 선언한 변수는 오로지 함수의 코드 블록만 지역 스코프로 인정하는 함수 레벨 스코프를 따름.
let, const 키워드로 성넌한 변수는 모든 코드 블록(함수, if문, for문, while문, try/catch문 등)을 지역 스코프로 인정하는 블록 레벨 스코프를 따름.

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