실행 컨텍스트는 자바스크립트의 동작 원리를 담고 있는 핵심 개념이다.
실행 컨텍스트를 바르게 이해하면 이해할 수 있는 것은 다음과 같다.
- 스코프를 기반으로 식별자와 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 방식
- 호이스팅이 발생하는 이유
- 클로저의 동작 방식
- 태스크 큐와 함께 동작하는 이벤트 핸들러와 비동기 처리의 동작 방식
매우 중요하군 ..
사전 지식: 스코프
스코프란?
스코프는 변수 그리고 함수와 깊은 관련이 있다.
변수는 코드의 가장 바깥 영역뿐 아니라 코드 블록이나 함수 몸체 내에서도 선언할 수 있다.
이때 코드 블록이나 함수는 중첩될 수 있다.
변수는 자신이 선언된 위치에 의해 자신이 유효한 범위, 즉 다른 코드가 변수 자신을 참조할 수 있는 범위가 결정된다.
변수뿐만 아니라 모든 식별자가 그렇다. (변수 이름, 함수 이름, 클래스 이름 등)
즉, 스코프는 식별자가 유효한 범위를 말한다.
만약 코드의 가장 바깥 영역과 특정 함수 내부에 같은 이름의 함수가 있다고 가정하자.
이때 자바스크립트 엔진은 이름이 같은 두 개의 변수 중에서 어떤 변수를 참조해야 할 것인지를 결정해야 한다. 이를 ‘식별자 결정’이라고 한다.
자바스크립트 엔진은 스코프를 통해 어떤 변수를 참조해야 할 것인지를 결정한다.
따라서 스코프란 자바스크립트 엔진이 식별자를 검색할 때 사용하는 규칙이라고도 할 수 있다.
이처럼 자바스크립트 엔진은 코드를 실행할 때 코드의 문맥을 고려한다.
코드가 어디에서 실행되며 주변에 어떤 코드가 있는지에 따라 다른 결과를 만들어낸다.
여기서 ‘코드가 어디에서 실행되며 주변에 어떤 코드가 있는지’를 렉시컬 환경이라고 부른다.
이를 구현한 것이 실행 컨텍스트이다.
식별자는 어떤 값을 구별할 수 있어야 하므로 유일해야 한다.
따라서 식별자인 변수 이름은 중복될 수 없다. 즉, 하나의 값은 유일한 식별자에 연결돼야 한다.
하지만 우리는 같은 변수 이름을 사용할 수 있다. 스코프(유효 범위)를 통해 식별자인 변수 이름의 충돌을 방지하기 때문이다.
즉, 스코프는 네임스페이스다.
var 키워드로 선언한 변수의 중복 선언
var 키워드로 선언된 변수는 같은 스코프 내에서 중복 선언이 허용된다. 이는 의도치 않게 변수값이 재할당되어 변경되는 부작용을 발생시킨다.
스코프의 종류
코드는 전역과 지역으로 구분할 수 있다.
변수는 자신이 선언된 위치(전역 또는 지역)에 의해 스코프가 결정된다.
전역과 전역 스코프
전역이란 코드의 가장 바깥 영역을 말한다. 전역은 전역 스코프를 만든다. 전역에 변수를 선언하면 전역 스코프를 갖는 전역 변수가 된다.
전역 변수는 어디스든지 참조할 수 있다.
지역과 지역 스코프
지역이란 함수 몸체 내부를 말한다. 지역은 지역 스코프를 만든다. 지역에 변수를 선언하면 지역 스코프를 갖는 지역 변수가 된다.
지역 변수는 자신이 선언된 지역과 하위 지역(중첩 함수)에서만 참조할 수 있다.
다시 말해, 지역 변수는 자신의 지역 스코프와 하위 지역 스코프에서 유효하다.
만약 지역 스코프와 그 상위(전역 or 상위 지역) 스코프에 같은 이름의 변수가 있다면 지역 스코프의 변수를 참조한다.
이는 자바스크립트 엔진이 스코프 체인을 통해 참조할 변수를 검색하기 때문이다.
스코프 체인
함수는 전역에서 정의할 수도 있고 함수 몸체 내부에서 정의할 수도 있다.
후자를 ‘함수의 중첩’이라 한다. 또한 그러한 함수를 ‘중첩 함수’라고 하며 이를 포함하는 함수를 ‘외부 함수’라고 한다.
함수는 중첩될 수 있으므로 함수의 지역 스코프도 중첩될 수 있다.
이는 스코프가 함수의 중첩에 의해 계층적 구조를 갖는다는 것을 의미한다.
다시 말해, 중첩 함수의 지역 스코프는 외부 함수의 지역 스코프와 계층적 구조를 갖는다.
이때 외부 함수의 지역 스코프를 중첩 함수의 상위 스코프라고 한다.
이처럼 모든 스코프는 하나의 계층적 구조로 연결되며, 모든 지역 스코프의 최상위 스코프는 전역 스코프다.
이렇게 스코프가 계층적으로 연결된 것을 스코프 체인이라 한다.
변수를 참조할 때 자바스크립트 엔진은 스코프 체인을 통해 변수를 참조하는 코드의 스코프에서 시작하여 상위 스코프 방향으로 이동하여 선언된 변수를 검색한다.
이를 통해 상위 스코프에 선언한 변수를 하위 스코프에서도 참조할 수 있다.
스코프 체인은 물리적인 실체로 존재한다.
자바스크립트 엔진은 코드를 실행하기에 앞서 위 그림과 유사한 자료구조인 렉시컬 환경을 실제로 생성한다.
변수 선언이 실행되면 변수 식별자가 이 자료구조(렉시컬 환경)에 키로 등록되고, 변수 할당이 일어나면 이 자료구조의 변수 식별자에 해당하는 값을 변경한다.
변수의 검색도 이 자료구조 상에서 이뤄진다.
렉시컬 환경
스코프 체인은 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경을 단방향으로 연결한 것이다. 전역 렉시컬 환경은 코드가 로드되면 곧바로 생성되고 함수의 렉시컬 환경은 함수가 호출되면 곧바로 생성된다.
[[Scopes]] 프로퍼티가 안 보여..
이 프로퍼티를 본 적 있었기 때문에 이 프로퍼티와 스코프 체인의 정확한 관계성이 궁금하여 이번에 이것까지 파보려고 개발자 도구에서 함수를 만들어 확인을 해봤다. 그런데 어떻게 해도 보이지가 않았다. 어떻게 된 일인가?!
사실 이 프로퍼티는 ECMAScript 스펙에 존재하지 않는다. 이는 V8 엔진이 만들어주는 프로퍼티였다. 그런데 지금은 크롬 개발자 도구에 이 프로퍼티를 대체할 수 있는 기능이 있다는 이유로 올해 1월에 이 프로퍼티를 완전히 삭제했다. 관련해서 자세한 내용은 흥미가 생겨서 곧 따로 블로그에 글을 정리해서 공유하겠다!
소스코드의 타입
ECMAScript 사양은 소스코드를 4가지 타입으로 구분한다고 한다.
이 4가지 타입의 소스코드는 실행 컨텍스트를 생성한다.
타입 | 설명 |
전역 코드(global code) | 전역에 존재하는 소스코드를 말한다. 전역에 정의된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않는다. |
함수 코드(function code) | 함수 내부에 존재하는 소스코드를 말한다. 함수 내부에 중첩된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않는다. |
eval 코드(eval code) | 빌트인 전역 함수인 eval 함수에 인수로 전달되어 실행되는 소스코드를 말한다. |
모듈 코드(module code) | 모듈 내부에 존재하는 소스코드를 말한다. 모듈 내부의 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않는다. |
소스코드를 4가지 타입으로 구분하는 이유는 소스코드의 타입에 따라 실행 컨텍스트를 생성하는 과정과 관리 내용이 다르기 때문이다.
1) 전역 코드
- 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.
2) 함수 코드
- 지역 스코프를 생성하고 지역 변수, 매개변수, arguments 객체를 관리해야 한다.
- 생성한 지역 스코프를 전역 스코프에서 시작하는 스코프 체인의 일원으로 연결해야 한다.
3) eval 코드
- strict mode에서 자신만의 독자적인 스코프를 생성한다.
4) 모듈 코드
- 모듈 별로 독립적인 모듈 스코프를 생성한다.
소스코드의 평가와 실행
자바스크립트 엔진은 소스코드를 ‘평가’와 ‘실행’ 과정으로 나누어 처리한다.
소스코드 평가 과정은 다음과 같다.
- 실행 컨텍스트 생성
- 변수, 함수 등의 선언문만 먼저 실행하여 변수나 함수 식별자를 생성
- 생성된 변수나 함수 식별자를 키로 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록
소스코드 평가 과정이 끝나면 선언문을 제외한 소스코드가 순차적으로 실행된다. 즉, 런타임이 시작된다.
이때 소스코드 실행에 필요한 정보, 즉 변수나 함수의 참조를 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에서 검색해서 취득한다.
그리고 변수 값의 변경 등 소스코드의 실행 결과는 다시 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록된다.
예를 들어, 다음과 같은 소스코드가 실행된다고 해보자.
var x; x = 1;
자바스크립트 엔진은 먼저 소스평가 과정에서 변수 선언문
var x; 를 먼저 실행한다.이때 생성된 변수 식별자 x는 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록되고 undefined로 초기화 된다.
이 다음의 소스코드 실행 과정에서는 변수 할당문
x = 1; 만 실행된다.이때 x 변수에 값을 할당하려면 먼저 x 변수가 선언된 변수인지 확인해야 한다.
이를 위해 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 x 변수가 등록되어 있는지 확인한다. 다시 말해, x 변수가 선언된 변수인지 확인한다.
x 변수가 선언된 변수라면 값을 할당하고 할당 결과를 실행 컨텍스트에 등록한다.
실행 컨텍스트의 역할
전역 코드와 함수 코드로 구성된 다음 예제를 자바스크립트 엔진이 어떻게 평가하고 실행하는지 생각해보자.
const x = 1; const y = 2; function foo(a) { const x = 10; const y = 20; console.log(a + x + y); } foo(100); console.log(x + y);
1) 전역 코드 평가
전역 코드의 변수 선언문과 함수 선언문이 먼저 실행되고, 그 결과 생성된 전역 변수와 전역 함수가 실행 컨텍스트가 관리하는 전역 스코프에 등록된다.
이떄 var 키워드로 선언된 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수는 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 된다.
2) 전역 코드 실행
전역 코드 평가 과정이 끝나면 런타임이 시작되어 전역 코드가 순차적으로 실행되기 시작한다.
이떄 전역 변수에 값이 할당되고 함수가 호출된다.
함수가 호출되면 순차적을 실행되던 전역 코드의 실행을 일시 중단하고 코드 실행 순서를 변경하여 함수 내부로 진입한다.
3) 함수 코드 평가
매개변수와 지역 변수 선언문이 실행되어 그 결과 생성된 매개변수와 지역 변수가 실행 컨텍스트가 관리하는 지역 스코프에 등록된다.
또한 함수 내부에서 지역 변수처럼 사용할 수 있는 arguments 객체가 생생되어 지역 스코프에 등록되고 this 바인딩도 결정된다.
4) 함수 코드 실행
함수 코드 평가 과정이 끝나면 런타임이 시작되어 함수 코드가 순차적으로 실행되기 시작한다. 이때 매개변수와 지역 변수에 값이 할당되고 console.log 메서드가 호출된다.
console.log 메소드를 호출하기 위해 먼저 식별자인 console을 스코프 체인을 통해 검색한다.
이를 위해 함수 코드의 지역 스코프는 상위 스코프인 전역 스코프와 연결되어야 한다.
하지만 console 식별자는 스코프 체인에 등록되어 있지 않고 전역 객체에 프로퍼티로 존재한다.
이는 전역 객체의 프로퍼티가 마치 전역 변수처럼 전역 스코프를 통해 검색 가능해야 한다는 것을 의미한다.
다음은 log 프로퍼티를 console 객체의 프로토타입 체인을 통해 검색한다.
그 후 console.log 메서드에 인수로 전달된 표현식 a + x + y가 평가된다. a, x, y 식별자는 스코프 체인을 통해 검색한다.
console.log 메소드의 실행이 종료되면 함수 코드 실행 과정이 종료되고 함수 호출 이전으로 되돌아가 전역 코드 실행을 계속한다.
이처럼 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 검색할 수 있어야 한다.
또한 함수 호출이 종료되면 함수 호출 이전으로 되돌아가기 위해 현재 실행 중인 코드와 이전에 실행하던 코드를 구분하여 관리해야 한다.
한마디로 코드가 실행되려면 스코프, 식별자, 코드 실행 순서 등의 관리가 필요한 것이다.
이 모든 것을 관리하는 것이 바로 실행 컨텍스트다.
실행 컨텍스트는 소스코드를 실행하는 데 필요한 환경을 제공하고 코드의 실행 결과를 실제로 관리하는 영역이다.
좀 더 구체적으로 말해, 실행 컨텍스트는 식별자를 등록하고 관리하는 스코프와 코드 실행 순서 관리를 구현한 내부 메커니즘으로, 모든 코드는 실행 컨텍스트를 통해 실행되고 관리된다.
식별자와 스코프는 실행 컨텍스트와 렉시컬 환경을 관리하고, 코드 실행 순서는 실행 컨텍스트 스택으로 관리한다.
실행 컨텍스트
실행 컨텍스트는 학습하기에 구성이 꽤 복잡하다.
또한 순전히 자바스크립트 스펙을 위한 메커니즘이라 직접 접근해서 확인하기 어렵다.
따라서 다음 내용 두 가지(Environment Record, Outer)만 살펴볼 것이다.
Environment Record로 JS 호이스팅 이해하기
이렇게 코드가 선언되기 전에 변수를 참조할 수 있는 현상을 선언문이 마치 최상단에 끌어 올려진 듯 하다고 해서 호이스팅이라고 한다.
호이스팅이 발생하는 이유는 선언 코드 라인이 물리적으로 최상단으로 끌어올려진 것이 아니라 자바스크립트 엔진이 코드를 실행하기 전에 코드를 평가하여 식별자를 실행 컨텍스트에 미리 등록해놓기 때문이다.
이때 식별자가 등록되는 곳이 Environment Record이다. (이하, 줄여서 Record라고 하겠다.)
이는 식별자와 식별자에 바인딩된 값이 담기는 객체이다.
호이스팅은 변수 호이스팅과 함수 호이스팅으로 나누어 볼 수 있다.
변수 호이스팅
코드를 스캔해 변수를 Record에 담았다. 이 단계를 생성 단계(Creation Phase)라고 한다. (딥다이브에선 코드 평가라고 표현했으니 참고)
만약 let, const라면?
생성 단계에서 값을 초기화 하지는 않는다. 이에 따라 선언 이전의 참조는 Reference Error가 발생한다.
이런 상태의 변수를 TDZ에 있다고 한다.
var는 생성 단계에서 아예 메모리 공간을 확보하여 식별자를 연결하지만 let, const는 메모리 공간을 확보해놓지 않는다.
함수 호이스팅
함수 표현식(변수에 함수를 담아 선언하는 방식)은 변수 호이스팅과 동일하게 작동한다.
참고로 만약 var로 선언한 함수를 선언 이전에 실행 시키면 Type Error가 난다. 해당 변수는 아직 undefined이기 때문이다.
var foo = () => {}
함수 선언문은 함수의 선언과 동시에 완성된 함수 객체를 생성해서 레코드에 기록해둔다.
따라서 에러 없이 선언 전에 실행이 가능하다.
이런 점에서 함수 선언문의 사용을 지양하고자 하기도 한다.
(개인적인 생각 추가: 코드의 흐름을 위에서 아래로 분석하는 게 일반적이기 때문인 듯)
Outer Environment Reference로 스코프 체이닝 이해하기
Outer Environment Reference(외부 환경 참조)는 바깥 렉시컬 환경을 가리킨다. (이하 Outer라고 하겠다)
식별자 결정
스코프 체이닝
Outer가 있기 때문에 스코프 체이닝이 가능한 것이다.
각 실행 컨텍스트들을 이어 연결리스트 형태의 스코프 체인을 만들어준다.
전역 스코프의 lamp 변수는 상위 스코프의 lamp 변수 때문에 값을 알 길이 없는 상태이다.
이렇게 동일한 식별자로 인해 상위 스코프에서 선언된 식별자의 값이 가려지는 현상을 변수 섀도잉이라고 한다.
실행 컨텍스트의 의의
실행 컨텍스트는 한마디로 코드를 실행하는데 필요한 환경을 제공하는 객체라고 할 수 있다.
여기서 환경이란 코드 실행에 영향을 주는 조건이나 상태를 의미한다. (스코프, 식별자, 코드 실행 순서 등)
ES5 이전에는 식별자 결정을 위해선 함수가 호출될 떄마다 동적으로 그에 걸맞는 스코프를 생성하고 스코프 체인을 연결해주어야 했다.
그런데 ES5 이후에 실행 컨텍스트라는 하나의 묶음을 통해 식별자 결정을 한다.
이 덕분에 더 빠르고 효율적으로 식별자 결정을 할 수 있게 됐다.
따라서 실행 컨텍스트는 식별자 결정을 더욱 효율적으로 하기 위한 수단이라고 볼 수 있다.
이 부분에 대해 이해가 안된다면
참고 자료
딥다이브 책
![[10분 테코톡] 💙 하루의 실행 컨텍스트](https://www.notion.so/image/https%3A%2F%2Fwww.youtube.com%2Fs%2Fdesktop%2F5191a190%2Fimg%2Ffavicon_144x144.png?table=block&id=c04df940-fd72-4e8c-9d3e-4f386f41a76d&cache=v2)
![[10분 테코톡] 💙 하루의 실행 컨텍스트](https://www.notion.so/image/https%3A%2F%2Fi.ytimg.com%2Fvi%2FEWfujNzSUmw%2Fmaxresdefault.jpg?table=block&id=c04df940-fd72-4e8c-9d3e-4f386f41a76d&cache=v2)