[JavaScript] 실행 컨텍스트

실행 컨텍스트(execution context)란?

실행 컨텍스트는 소스코드를 실행하는 데 필요한 환경을 제공하고 코드의 실행 결과를 실제로 관리하는 영역으로 자바스크립트의 동작 원리를 담고 있는 핵심 개념입니다.

 

소스코드의 타입

ECMAScript 사양은 소스코드를 4가지 타입으로 구분하는데 타입에 따라 실행 컨텍스트를 생성하는 과정과 관리 내용이 다릅니다.

 

소스코드 타입	설명
전역 코드	- 전역에 존재하는 소스코드 - 최상위 스코프인 전역 스코프 생성 - 전역 코드가 평가되면 전역 실행 컨텍스트가 생성
함수 코드	- 함수 내부에 존재하는 소스코드 - 지역 스코프를 생성 - 함수 코드가 평가되면 함수 실행 컨텍스트가 생성
eval 코드	- 빌트인 전역 함수인 eval 함수에 인자로 전달되어 실행되는 소스코드 - strict mode에서 자신만의 독자적인 스코프를 생성 - eval 코드가 평가되면 eval 실행 컨텍스트가 생성
모듈 코드	- 모듈 내부에 존재하는 소스코드 - 모듈별로 독립적인 모듈 스코프를 생성 - 코듈 코드가 평가되면 모듈 실행 컨텍스트가 생성

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소스코드의 평가와 실행

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

 

소스코드 평가 과정

• 실행 컨텍스트를 생성하고 변수, 함수 등의 선언문만 먼저 실행
• 생성된 변수나 함수 식별자를 키로 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프(렉시컬 환경의 환경 레코드)에 등록

소스코드 실행 과정

• 선언문을 제외한 소스코드가 순차적으로 실행되기 시작 (런타임이 시작)
• 소스코드 실행에 필요한 정보, 즉 변수나 함수의 참조를 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에서 검색해서 취득
• 변수 값의 변경 등 소스코드의 실행 결과는 다시 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록

 

아래 예제 소스코드가 실행된다면 소스코드의 과정은 다음과 같습니다.

var x;
x = 1;

• 소스코드 평가 과정에서 변수 선언문 var x;를 먼저 실행
• 이때 생성된 변수 식별자 x는 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록되고 undefined로 초기화
• 변수 선언문 var x;는 평가 과정에서 이미 실행 완료했으므로 소스코드 실행 과정에서는 변수 할당문 x = 1;만 실행
• 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 x 변수가 등록되어 있는지 (선언된 변수인지) 확인
• x 변수가 선언된 변수라면 값을 할당하고 할당 결과를 실행 컨텍스트에 등록하여 관리

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실행 컨텍스트의 역할

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 관리됩니다.

 

아래 예제를 자바스크립트 엔진이 평가하고 실행하는 과정은 다음과 같습니다.

// 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
  • 선언문만 먼저 실행되고 생성된 전역 변수와 전역 함수가 실행 컨텍스트가 관리하는 전역 스코프에 등록
  • 이때, var 키워드로 선언된 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수는 전역 객체 프로퍼티와 메서드가 됨
• 전역 코드 실행
  • 런타임이 시작되어 전역 코드가 순차적으로 실행. 전역 변수에 값이 할당되고 함수가 호출됨
  • 함수가 호출되면 순차적으로 실행되던 전역 코드의 실행을 일시 중단하고 코드 실행 순서를 변경하여 함수 내부로 진입함
• 함수 코드 평가
  • 호출을 통해 함수 내부로 진입되면 함수 내부의 문들의 코드 평가 과정에서 생성된 매개변수와 지역 변수가 실행 컨텍스트가 관리하는 지역 스코프에 등록
  • arguments 객체가 생성되어 지역 스코프에 등록
  • this 바인딩 결정
• 함수 코드 실행
  • 함수 코드 평가 과정이 끝나면 런타임이 시작되어 함수 코드가 순차적으로 실행
  • 이때 매개변수와 지역 변수에 값이 할당되고 console.log 메서드가 호출됨
  • 식별자인 console을 스코프 체인을 통해 검색하고 log 프로퍼티를 console 객체의 프로토타입 체인을 통해 검색
  • console.log 메서드에 인수로 전달된 표현식 a + x + y가 평가되고 a, x, y 각 식별자는 스코프 체인을 통해 검색됨
  • console.log 메서드 실행이 종료되면 함수 호출 이전으로 되돌아가 전역 코드 실행을 계속함

 

이처럼 코드가 실행되려면 다음과 같은 스코프, 식별자, 코드 실행 순서 등의 관리가 필요합니다.

1. 선언에 의해 생성된 모든 식별자를 스코프를 구분하여 등록하고 상태변화를 지속적으로 관리할 수 있어야 함
2. 스코프는 중첩 관계에 의해 스코프 체인을 형성해야함 (스코프 체인을 통해 상위 스코프로 이동하며 식별자를 검색)
3. 현재 실행중인 코드의 실행 순서를 변경할 수 있어야 하며 다시 되돌아갈 수도 있어야 함

식별자와 스코프는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경으로 관리하고 코드 실행 순서는 실행 컨텍스트의 스택으로 관리합니다.

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실행 컨텍스트 스택

전역 코드와 함수 코드로 이루어진 코드가 있을 때 자바스크립트 엔진은 먼저 전역 코드를 평가하여 전역 실행 컨텍스트를 생성하고 함수가 호출되면 함수 코드를 평가하여 함수 실행 컨텍스트를 생성합니다. 

 

이때 생성된 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택이라는 스택 자료구조로 관리됩니다.

 

const x = 1;

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

foo(); // 6

 

위 코드를 실행하면 코드가 실행되는 시간의 흐름에 따라 실행 컨텍스트 스택에는 다음과 같이 실행 컨텍스트가 추가되고 제거됩니다.

 

 

1. 전역 코드의 평가와 실행 : 전역 코드를 평가하여 생성된 전역 실행 컨텍스트를 스택에 push
2. foo 함수 코드의 평가와 실행 : foo 함수 코드를 평가하여 생성된 함수 실행 컨텍스트를 스택에 push
3. bar 함수 코드의 평가와 실행 : bar 함수 코드를 평가하여 생성된 함수 실행 컨텍스트를 스택에 push
4. foo 함수 코드로 복귀 : bar 함수 실행 컨텍스트를 스택에서 pop 하여 제거
5. 전역 코드로 복귀 : foo 함수 실행 컨텍스트를 스택에서 pop 하고 전역 실행 컨텍스트도 pop하여 제거

이처럼 실행 컨텍스트 스택은 코드의 실행 순서를 관리합니다. 또한 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트는 언제나 현재 실행 중인 코드의 실행 컨텍스트로 이를 실행 중인 실행 컨텍스트라고 부릅니다.

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렉시컬 환경(Lexical Enviroment)

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

 

 

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

 

렉시컬 환경의 구성 컴포넌트 2개

1. 환경 레코드 : 스코프에 포함된 식별자를 등록하고 등록된 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 저장소 (소스코드 타입에 따라 관리하는 내용이 다름)
2. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 : 상위 스코프(외부 렉시컬 환경)를 기리켜 단방향 링크드 리스트인 스코프 체인을 구현

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실행 컨텍스트의 생성과 식별자 검색 과정

 다음 예제의 과정을 살펴보겠습니다.

 

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 생성되어 빌트인 전역 프로퍼티, 빌트인 전역 함수, 호스트 객체를 포함합니다.

 

전역 코드 평가

소스코드가 로드되면 자바스크립트 엔진은 전역 코드를 다음과 같은 순서로 평가합니다.

1. 전역 실행 컨텍스트 생성 : 비어있는 전역 실행 컨텍스트를 생성하여 스택에 push
2. 전역 렉시컬 환경 생성 : 전역 렉시컬 환경을 전역 실행 컨텍스트에 바인딩
   1. 전역 환경 레코드 생성
      1. 객체 환경 레코드 생성 : var 전역 변수, 전역 함수, 빌트인 전역 프로퍼티/함수, 표준 빌트인 객체 관리
      2. 선언적 환경 레코드 생성 : let, const 키워드로 선언한 전역 변수를 관리
   2. this 바인딩 : 전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩
   3. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정 : 상위 스코프를 가리켜 스코프 체인을 구현

위 과정을 통해 전역 실행 컨텍스트와 렉시컬 환경이 다음과 같이 생성됩니다.

 

 

전역 코드 실행

전역 코드를 순차적으로 실행하며 변수에 값을 할당하고 실행 컨텍스트에서 식별자를 검색을 통해 식별자 결정을 합니다.

 

foo 함수 코드 평가

foo 함수가 호출되면 foo 함수 내부로 코드의 제어권이 이동되어 함수 코드를 아래의 순서로 평가합니다.

1. 함수 실행 컨텍스트 생성 : foo 함수 실행 컨텍스트를 생성하여 함수 렉시컨 환경이 완성되면 스택에 push
2. 함수 렉시컬 환경 생성 : foo 함수 렉시컬 환경을 foo 함수 실행 컨텍스트에 바인딩
   1. 함수 환경 레코드 생성 : 매개변수, arguments 객체, 함수 내부 지역 변수, 중첩 함수를 등록하고 관리
   2. this 바인딩 : 함수 환경 레코드의 [[ThisValue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩
   3. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정 : 전역 렉시컬 환경의 참조가 할당

foo 함수 코드 실행

런타임이 시작되어 foo 함수의 소스코드를 순차적으로 실행하며 지역 변수에 값을 할당하고 bar 함수가 호출됩니다.

 

이때, 식별자 결정을 위해 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검삭하여 foo 함수 렉시컬 환경에서 식별자 x, y 를 검색하고 식별자에 값을 바인딩합니다.

 

bar 함수 코드 평가

bar 함수가 호출되면 bar 함수 내부로 코드의 제어권이 이동되어 함수 코드를 foo 함수 코드 평가와 동일하게 평가합니다.

 

bar 함수 코드 실행

런타임이 시작되어 bar 함수의 소스코드를 순차적으로 실행하며 매개변수에 인수가 할당되고, 변수 할당문이 실행되어 지역 변수 z에 값이 할당되어 console.log 메서드가 실행됩니다.

 

bar 함수 코드 실행 종료

bar 함수의 실행이 종료되고 스택에서 bar가 pop(제거)되어 foo 실행 컨텍스트가 실행 중인 실행 컨텍스트가 됩니다.

 

foo 함수 코드 실행 종료

foo 함수의 실행이 종료되고 스택에서 foo가 pop(제거)되어 전역 실행 컨텍스트가 실행 중인 실행 컨텍스트가 됩니다.

 

전역 코드 실행 종료

더 이상 실행할 전역 코드가 없으므로 전역 코드의 실행이 종료되고 스택에서 전역 실행 컨텍스트도 pop됩니다.

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실행 컨텍스트와 블록 레벨 스코프

let, const 키워드로 선언한 변수는 모든 코드 블록을 지역 스코프로 인정하는 블록 레벨 스코프를 따릅니다.

 

let x = 1;

if(true) {
    let x = 10;
    cosole.log(x); // 10
}

console.log(x); // 1

 

따라서 위 예제와 같이 if 문이 실행되면 if 문의 코드 블록을 위한 블록 레벨 스코프를 생성해야 합니다. 이를 위해 선언적 환경 레코드를 갖는 독립적인 렉시컬 환경을 새롭게 생성하여 기존의 전역 렉시컬 환경을 교체합니다.

 

이때, if 문의 코드 블록을 위한 렉시컬 환경의 렉시컬 환경에 대한 참조는 if 문이 실행되기 이전의 렉시컬 환경을 가리킵니다. ( 위 예제에서는 이전 환경은 전역 렉시컬 환경 )

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[출처] 모던 자바스크립트 Deep Dive

https://wikibook.co.kr/mjs/

모던 자바스크립트 Deep Dive: 자바스크립트의 기본 개념과 동작 원리