Programming Language/JavaScript

[JavaScript] 자바스크립트 실행 컨텍스트 파헤치기

영벨롭 2024. 4. 25. 20:21

📌 들어가며...

오늘 포스팅은 자바스크립트의 실행 컨텍스트(Execution Context) 입니다.

대체 실행 컨텍스트는 무엇이고, 어떤 역할을 하며 어떠한 것들을 담고 있는지 살펴보겠습니다.

🤔 자바스크립트의 실행 컨텍스트(Execution Context)
실행 컨텍스트는 소스코드를 실행하는 데 필요한 환경을 제공하고, 코드의 실행 결과를 실제로 관리하는 영역이다.

 

본격적으로 학습하기에 앞서 요약 내용부터 보고 들어가겠습니다.

참고로 실행 컨텍스트는 공부할 내용이 엄청나기에 이번 포스팅은 상당히 길어질 것으로 보입니다...

하지만 당장은 매우 어렵고 이해하기 힘드실지라도... 함께 으쌰으쌰! 반드시 할 수 있습니다!

(이 포스팅은 '모던 자바스크립트 Deep Dive' 교재를 기반으로 작성되었습니다) 

📌 실행 컨텍스트 (Execution Context)

위에 언급했듯이, 실행 컨텍스트는 소스코드를 실행하는 데 필요한 환경을 제공하고 코드의 실행 결과를 실제로 관리하는 영역입니다.

이 한 줄만 읽었을 때는 무슨 소리인가.. 싶으실거에요. 당연해요 저도 그랬습니다.

 

✅ 소스코드

여기서 소스코드란 무엇인가? 에 대해서 생각해봅시다. (소스코드가 소스코드지 뭐야? 하시겠지만...)

자바스크립트 ECMAScript 사양은 소스코드를 4가지 타입으로 구분합니다. 

이 4가지 타입의 소스코드가 바로 실행 컨텍스트를 생성하게 됩니다. 

이때, 각 소스코드마다 실행 컨텍스트를 생성하는 과정과 관리 내용이 다릅니다.

  • 전역 코드 - 전역에 존재하는 소스코드 (전역에 '정의'된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않음)
    • 전역 실행 컨텍스트 생성
  • 함수 코드 - 함수 내부에 존재하는 소스코드 (함수 내부에 '중첩'된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않음)
    • 함수 실행 컨텍스트 생성
  • eval 코드 - 빌트인 전역 함수인 eval 함수에 인수로 전달되어 실행되는 소스코드
    • eval 실행 컨텍스트 생성
  • 모듈 코드 - 모듈 내부에 존재하는 소스코드 (모듈 내부의 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않음)
    • 모듈 실행 컨텍스트 생성

(지금 당장은 전역 코드와 함수 코드에 집중합시다)

 

✅ 소스코드의 평가와 실행

모든 소스코드는 '실행'하기에 앞서, '평가' 과정을 거치며 코드를 실행하기 위한 준비를 합니다. 

즉, 자바스크립트 엔진은 소스코드를 2개의 과정으로 나누어 처리하게 됩니다. 

  1. 소스코드 평가
    1. 실행 컨텍스트 생성
    2. 변수, 함수 등의 선언문만 먼저 실행
    3. 생성된 변수, 함수의 식별자를 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 Key로 등록
  2. 소스코드 실행
    1. 선언문을 제외한 소스코드를 순차적으로 실행 (즉 런타임 시작!)
    2. 변수나 함수를 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에서 검색 또는 수정

쉽게 말해 소스코드 평가 과정을 통해 생성된 실행 컨텍스트를 소스코드 실행 과정에서 계속해서 검색..수정..검색..수정..

다시 한번 실행컨텍스트의 의미를 살펴볼까요? (세뇌세뇌세뇌)

🤔 자바스크립트의 실행 컨텍스트(Execution Context)
실행 컨텍스트는 소스코드를 실행하는 데 필요한 환경을 제공하고, 코드의 실행 결과를 실제로 관리하는 영역이다.

 

이제 조금은 이해가 되시는 것 같나요? 계속 가봅시다!

📌 실행 컨텍스트의 역할

📍실행 컨텍스트는 선언에 의해 생성된 모든 식별자를 스코프를 구분하여 등록해야합니다. (여기서 모든 식별자란 변수, 함수, 클래스 등의 모든 식별자를 의미합니다) 

또한 식별자에 바인딩된 값, 즉 상태에 대한 변화를 지속적으로 관리해야합니다. 

 

📍실행 컨텍스트는 스코프 체인을 통해 상위 스코프로 이동하며 식별자를 검색할 수 있어야 합니다.

즉, 스코프는 중첩 관계에 의해 스코프 체인을 형성해야 합니다. 

 

📍현재 실행중인 코드의 실행 순서를 변경하고, 다시 돌아갈 수도 있어야 합니다. 

 

이 모든 것을 관리하는 것이 바로 실행 컨텍스트입니다. 

즉, 식별자를 등록하고 관리하는 스코프와 코드 실행 순서 관리를 구현한 내부 매커니즘으로 모든 코드는 실행 컨텍스트를 통해 실행되고 관리됩니다. 

 

자 여기서 식별자와 스코프, 코드 실행 순서 관리는 어떻게 될까요?

결론부터 말씀 드리자면...

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

NEW! 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경! 실행 컨텍스트 스택! 🤦🏻‍♀️

 

자 포기하지 말자구요! 실행 컨텍스트 스택부터 살펴봅시다!

📌 실행 컨텍스트 스택

실행 컨텍스트 스택이란 이름에서 알 수 있듯이, 생성된 실행 컨텍스트는 스택 자료구조로 관리됩니다.

즉, 실행 컨텍스트 스택은 실행 컨텍스트를 관리하는 스택 자료구조입니다. 

 

실행 컨텍스트 스택의 최상위 실행 컨텍스트(스택의 top)는 언제나 현재 실행 중인 코드의 실행 컨텍스트입니다. 다시 말해, 실행 중인 실행 컨텍스트를 나타냅니다. 

 

예제를 보겠습니다. 

const x = 1; // 전역 변수 선언 및 할당 (전역 코드)

// foo 함수 선언문 (전역 코드)
function foo() {
	const y = 2; // 지역 변수 선언 및 할당 (foo 함수 코드)

	// bar 함수 선언문 (foo 함수 코드)
	function bar() { 
		const z = 3; // 지역 변수 선언 및 할당 (bar 함수 코드)
		console.log(x + y + z); // 메서드 호출 (bar 함수 코드)
	}
    
	bar(); // 함수 호출 (foo 함수 코드)
}

// 함수 호출 (전역 코드)
foo(); // 6 (1 + 2 + 3)

코드 상태 설명
전역 코드 평가 - 전역 실행 컨텍스트(EC) 생성
- 전역 변수 x, 함수 foo 를 전역 EC에 등록
- 전역 EC 를 실행 컨텍스트 스택에 PUSH
실행 - 전역 변수 x 에 값 1 할당
- 함수 foo 호출
- 전역 코드 실행 일시 중단
foo 함수 코드 평가 - 코드 제어권이 foo 함수에게 넘어옴
- foo 함수 EC 생성
- 지역 변수 y, 중첩 함수 bar 를 foo 함수 EC 에 등록
- foo 함수 EC 를 실행 컨텍스트 스택에 PUSH
실행 - 지역 변수 y 에 값 2 할당
- 함수 bar 호출
- foo 함수 코드 실행 일시 중단
bar 함수 코드 평가 - 코드 제어권이 bar 함수에게 넘어옴
- bar 함수 EC 생성
- 지역 변수 z 를 bar 함수 EC에 등록
- bar 함수 EC 를 실행 컨텍스트 스택에 PUSH
실행 - 지역 변수 z 에 값 3 할당
- console.log 메서드 호출
bar 함수 코드 종료 - 코드 제어권이 다시 foo 함수로 이동
- bar 함수 EC 를 실행 컨텍스트 스택에서 POP
foo 함수 코드 종료 - 코드 제어권이 다시 전역 코드로 이동
- foo 함수 EC 를 실행 컨텍스트 스택에서 POP
전역 코드 종료 - 전역 EC 를 실행 컨텍스트 스택에서 POP

 

 

최대한 이해를 돕도록 색감과 표를 이용하였는데.. 부디 이해가 되셨기를..

 

실행 컨텍스트에 대한 전반적인 흐름이 머릿속에 그려지시나요?

자 이제부터 큰거 옵니다.

 

실행 컨텍스트의 구성 요소, 렉시컬 환경, 생성 과정 등을 보다 낱낱히 파헤쳐 봅시다!

📌 실행 컨텍스트 구성 요소

실행 컨텍스트는 Lexical Environment 컴포넌트 와 Variable Environment 컴포넌트 로 구성됩니다.

 

이 두 컴포넌트는 하나의 동일한 렉시컬 환경을 참조합니다. (책에서는 두 개의 컴포넌트를 구분하지 않고 하나로 보기로 했습니다.)

실행 컨텍스트와 렉시컬 환경

📌 렉시컬 환경

앞서 코드의 실행 순서는 실행 컨텍스트 스택으로 관리하며, 식별자와 스코프는 렉시컬 환경으로 관리한다고 언급했습니다. 

 

렉시컬 환경은 키와 값을 갖는 객체 형태의 스코프를 생성하여 식별자를 스코프의 키로 등록하고, 식별자에 바인딩된 값을 관리합니다. 

즉, 렉시컬 환경은 식별자와 식별자에 바인딩된 값, 상위 스코프에 대한 참조를 기록하는 자료구조로, 렉시컬 스코프의 실체라고 볼 수 있습니다. 

 

✅ 렉시컬 환경의 구성 컴포넌트

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

  • 환경 레코드 (Environment Record)
    • 스코프에 포함된 식별자를 등록하고, 등록된 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 저장소입니다.
    • 환경 레코드는 소스코드 타입에 따라 관리하는 내용에 차이가 있습니다.
      • 전역 환경 레코드: 객체 환경 레코드 & 선언적 환경 레코드 & this 바인딩
      • 함수 환경 레코드: 함수 환경 레코드 & this 바인딩
  • 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 (Outer Lexical Environment Reference)
    • 해당 실행 컨텍스트를 생성한 소스코드를 포함하는 상위 코드의 렉시컬 환경을 가리킵니다. 
    • 외부 렉시컬 환경에 대한 참조를 통해 단방향 링크드 리스트인 스코프 체인을 구현합니다. 

📌 실행 컨텍스트 생성 과정 - 전역 코드

앞서 소스 코드의 타입에 따라 실행 컨텍스트가 관리하는 내용에 차이가 있다고 말씀드렸습니다.

먼저 전역 코드의 실행 컨텍스트 생성 과정에 대해 살펴보겠습니다. 

 

1. 전역 객체 생성

전역 객체는 전역 코드가 평가되기 이전에 생성됩니다.

 

여기서 전역 객체에는 빌트인 전역 프로퍼티, 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체, 클라이언트 사이드 Web API(DOM, fetch, XMLHttpRequest 등), 특정 환경을 위한 호스트 객체 등을 포함합니다. 

 

전역 객체도 Object.prototype 을 상속받습니다. 즉, 전역 객체도 프로토타입 체인의 일원입니다. 

또한 전역 객체를 BindingObject 라고도 부릅니다. 

 

2. 전역 코드 평가

전역 환경 레코드와 선언전 환경 레코드

var x = 1; // 전역 코드 평가
const y = 2; // 전역 코드 평가

function foo(a) { // 전역 코드 평가
  var x = 3;
  const y = 4;
  
  console.log(a + x + y);
}

foo(20);
  1. 전역 실행 컨텍스트 생성
  2. 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

우선 전역 실행 컨텍스트를 실행 컨텍스트 스택에 PUSH 합니다. 

 

이후 전역 렉시컬 환경을 생성하고, 전역 실행 컨텍스트에 바인딩합니다.

 

그 다음 전역 렉시컬 환경의 구성 요소인 전역 환경 레코드를 생성합니다.

전역 환경 레코드는 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드가 있습니다. 

  • 객체 환경 레코드 (Object Environment Record)
    • var 키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의한 전역 함수, 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체를 관리하는 공간입니다.
    • BindingObject 라고 부르는 객체와 연결되며, 이것은 전역 객체 생성 과정에서 생성된 전역 객체입니다. 
      • BindingObject 를 통해 var 키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의한 전역 함수는 전역 객체의 프로퍼티와 메서드로 등록됩니다.
      • var 키워드로 선언한 전역 변수는 전역 객체에 변수 식별자를 key로 등록 후, 암묵적으로 undefined 를 바인딩합니다. (변수 호이스팅)
      • 함수 선언문으로 정의한 전역함수는 전역 객체에 함수 이름의 식별자를 key로 등록 후, 생성된 함수 객체를 즉시 할당합니다. (함수 호이스팅)
  • 선언적 환경 레코드 (Declarative Environment Record)
    • let, const 키워드로 선언한 전역 변수가 등록되고 관리되는 공간입니다. 
    • let, const 키워드로 선언된 전역 변수는 전역 객체의 프로퍼티가 되지 않고, 개념적인 블록 내에 존재하게 되는데, 이 개념적 블록이 바로 선언적 환경 레코드입니다.
    • 이 곳에서 관리되는 변수는 선언 단계와 초기화 단계가 분리되어 진행되기 때문에, 선언문 이전에 참조하면 참조 에러가 발생하는 일시적 사각지대 (TDZ: Temporal Dead Zone) 를 갖게 됩니다.
    • 이는 let, const 키워드로 선언한 변수가 호이스팅이 되지 않는 것처럼 보이는 이유입니다.

 

이후 this 바인딩을 진행합니다. 

일반적으로 전역 코드에서 this 는 전역 객체를 가리킵니다. 따라서 전역 환경 레코드의 [GlobalThisValue] 내부 슬롯에는 전역 객체가 바인딩 됩니다. 

참고로 this 바인딩은 전역 환경 레코드와 함수 환경 레코드에만 존재합니다. 

(객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드는 this 바인딩이 없음)

 

전역 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 null 값으로 설정됩니다. 

 

3. 전역 코드 실행

변수 할당문 또는 함수 호출문을 실행하기 위해 선언된 식별자인지 확인하는 과정을 거칩니다. 

스코프 체인을 따라 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 환경 레코드에 해당 식별자가 등록되어 있는지 검색합니다. 

var x = 1; // 전역 코드 실행
const y = 2; // 전역 코드 실행

function foo(a) { 
  var x = 3;
  const y = 4;
  
  console.log(a + x + y);
}

foo(20); // 전역 코드 실행

 

📌 실행 컨텍스트 생성 과정 - 함수 코드

이제 함수 코드의 실행 컨텍스트 생성 과정에 대해 살펴보겠습니다. 

1. 함수 코드 평가

var x = 1; 
const y = 2; 

function foo(a) { 
  var x = 3; // foo 함수 코드 평가
  const y = 4; // foo 함수 코드 평가
  
  console.log(a + x + y);
}

foo(20);

  1. 함수 실행 컨텍스트 생성
  2. 함수 렉시컬 환경 생성
    1. 함수 환경 레코드 생성
    2. this 바인딩
    3. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

먼저 생성된 함수 실행 컨텍스트는 함수 렉시컬 환경이 완성된 다음, 실행 컨텍스트 스택에 PUSH 됩니다. 

(전역 실행 컨텍스트는 생성 되자마자 PUSH 됩니다.)

 

이후 함수 렉시컬 환경이 생성되고, 함수 실행 컨텍스트에 바인딩됩니다.

함수 렉시컬 환경의 구성 요소는 마찬가지로 환경 레코드와 외부 렉시컬 환경에 대한 참조로 되어있습니다. 

 

함수 환경 레코드는 매개변수, 지역변수, 중첩 함수, arguments 객체 등을 등록하고 관리합니다.

 

이후, this 바인딩을 통해 함수 환경 레코드의 [[ThisValue]] 내부 슬롯에 this 가 바인딩됩니다.

 

마지막으로 외부 렉시컬 환경에 대한 참조를 결정하게 되는데, 해당 함수 정의가 평가된 시점에 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조가 할당됩니다.

즉, 이전에 실행 중이었던 실행 컨텍스트를 참조합니다. 

따라서 함수를 어디서 호출했는지가 아니라, 어디에 "정의"했는지에 따라 상위 스코프가 결정됩니다. 

 

 

2. 함수 코드 실행

매개 변수에 인수가 할당되고, 지역 변수 할당문과 함수 호출문을 실행합니다.

역시, 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자 검색을 시작하게 됩니다. 

 

 

📌 마무리

자 길고도 험했던 자바스크립트 실행 컨텍스트를 모두 알아보았습니다. 👏🏻👏🏻👏🏻

 

마지막으로 총 정리를 하고 마무리 하겠습니다. 긴 글 함께 공부하시느라 고생하셨습니다:)

 

🤔 자바스크립트의 실행 컨텍스트(Execution Context)
실행 컨텍스트는 소스코드를 실행하는 데 필요한 환경을 제공하고, 코드의 실행 결과를 실제로 관리하는 영역이다.
🤔 소스 코드의 평가와 실행
모든 소스코드는 실행하기에 앞서, 평가 과정을 거치며 코드를 실행하기 위한 준비를 한다.
즉, 자바스크립트 엔진은 소스코드를 2개의 과정으로 나누어 처리한다.

1. 소스코드 평가: 실행 컨텍스트 생성 & 선언문 실행 & 식별자를 스코프에 Key로 등록
2. 소스코드 실행: 선언문을 제외한 소스코드를 순차적으로 실행 & 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프를 통해 검색 또는 수정
🤔 실행 컨텍스트 스택
생성된 실행 컨텍스트를 관리하는 스택 자료구조이다.
이를 통해 소스코드의 실행 순서를 관리할 수 있다.
🤔 렉시컬 환경 (Lexical Environment)
키와 값을 갖는 객체 형태의 스코프를 생성하여, 식별자를 스코프의 키로 등록하고 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 공간이다.
즉, 렉시컬 환경은 식별자와 식별자에 바인딩된 값, 상위 스코프에 대한 참조를 기록하는 자료구조로, 렉시컬 스코프의 실체이다.
🤔 전역 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경 구성
- 전역 환경 레코드
    - 객체 환경 레코드
    - 선언적 환경 레코드
    - this 바인딩
- 외부 렉시컬 환경에 대한 참조
🤔 함수 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경 구성
- 함수 환경 레코드
- this 바인딩
- 외부 렉시컬 환경에 대한 참조

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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