🌈 Chapter 2: 실행 컨텍스트

• 실행 컨텍스트(execution context)는 실행할 코드에 제공할 환경 정보들을 모아놓은 객체로, 자바스크립트의 동적 언어로서의 성격을 가장 잘 파악할 수 있는 개념이다.
• 자바스크립트는 어떤 실행 컨텍스트가 활성화되는 시점에 선언된 변수를 위로 끌어올리고(호이스팅), 외부 환경 정보를 구성하고, this 값을 설정하는 등의 동작을 수행한다.

📚 실행 컨텍스트란?

• 실행 컨텍스트(execution context)는 실행할 코드에 제공할 환경 정보들을 모아놓은 객체이다.
• 동일한 환경에 있는 코드들을 실행할 때 필요한 환경 정보들을 모아 컨텍스트를 구성하고, 이를 콜 스택에 쌓아올렸다가, 가장 위에 쌓여있는 컨텍스트와 관련 있는 코드들을 실행하는 식으로 전체 코드의 환경과 순서를 보장한다.

// 실행 컨텍스트와 콜 스택
// ------------------ (1)
var a = 1;
function outer() {
  function inner() {
    console.log(a); // undefined
    var a = 3;
  }

  inner(); // ------------ (2)
  console.log(a); // 1
}

outer(); // ------------ (3)
console.log(a); // 1

1. 위 예제와 같이 처음 자바스크립트 코드를 실행하는 순간 (1) 전역 컨텍스트가 콜 스택에 담긴다. 최상단의 공간은 코드 내부에서 별도의 실행 명령이 없어도 브라우저에서 자동으로 실행하므로 자바스크립트 파일이 열리는 순간 전역 컨텍스트가 활성화된다.
2. 콜 스택에는 전역 컨텍스트 외에 다른 덩어리가 없으므로 전역 컨텍스트와 관련된 코드들을 순차로 진행하다가 (3)에서 outer 함수를 호출하면 자바스크립트 엔진은 outer에 대한 환경 정보를 수집해서 outer 실행 컨텍스트를 생성한 후 콜 스택에 담는다.
3. 콜 스택의 맨 위에 outer 실행 컨텍스트가 놓인 상태가 됐으므로 전역 컨텍스트와 관련된 코드의 실행을 일시 중단하고 대신 outer 실행 컨텍스트와 관련된 코드, 즉 outer 함수 내부의 코드들을 순차적으로 실행한다.
4. 다시 (2)에서 inner 함수의 실행 컨텍스트가 콜 스택의 가장 위에 담기면 outer 컨텍스트와 관련된 코드의 실행을 중단하고 inner 함수 내부의 코드를 순서대로 진행한다.
5. inner 함수 내부에서 a 변수에 값 3을 할당하고 나면 inner 함수의 실행이 종료되면서 inner 실행 컨텍스트가 콜 스택에서 제거된다. 그 후 (2)의 다음 줄부터 이어서 실행한다.
6. a 변수의 값을 출력하고 나면 outer 함수의 실행이 종료되어 outer 실행 컨텍스트가 콜 스텍에서 제거되고 클 스택에는 전역 컨텍스트만 남아 있게 된다.
7. 그런 다음, 실행을 중단했던 (3)의 다음 줄부터 이어서 실행한다. a 변수의 값을 출력하고 나면 전역 공간에 더는 실행할 코드가 남아 있지 않아 전역 컨텍스트도 제거되고, 콜 스택에는 아무것도 남지 않은 상태로 종료되게 된다.

• 이렇게 어떤 실행 컨텍스트가 활성화될 때 자바스크립트 엔진은 해당 컨텍스트에 관련된 코드들을 실행하는 데 필요한 환경 정보들을 수집해서 실행 컨텍스트 객체에 저장한다. 이 객체는 자바스크립트 엔진이 활용할 목적으로 생성할 분 개발자가 코드를 통해 확인할 수 없다. 여기에 담기는 정보들은 다음과 같다.
  • VariableEnvironment: 현재 컨텍스트 내의 식별자들에 대한 정보 + 외부 환경 정보. 선언 시점의 LexicalEnvironment의 스냅샷으로, 변경 사항은 반영되지 않음.
  • LexicalEnvironment: 처음에는 VariableEnvironment와 같지만 변경 사항이 실시간으로 반영됨.
  • ThisBinding: this 식별자가 바라봐야 할 대상 객체.

📚 VariableEnvironment

• VariableEnvironment에 담기는 내용은 LexicalEnvironment와 같지만 최초 실행 시의 스냅샷을 유지한다는 점이 다르다.
• 실행 컨텍스트를 생성할 때 VariableEnvironment에 정보를 먼저 담은 다음, 이를 그대로 복사해서 LexicalEnvironment를 만들고, 이후에는 LexicalEnvironment를 주로 활용한다.
• VariableEnvironment와 LexicalEnvironment의 내부는 environmentRecord와 outerEnvironmentReference로 구성돼 있다.

📚 LexicalEnvironment

🎈 environmentRecord와 호이스팅

• environmentRecord에는 현재 컨텍스트와 관련된 코드의 식별자 정보들이 저장된다. 컨텍스트를 구성하는 함수에 지정된 매개변수 식별자, 선언한 함수가 있을 경우 그 함수 자체, var로 선언된 변수의 식별자 등이 식별자에 해당한다. 컨텍스트 내부 전체를 처음부터 끝까지 쭉 훑어나가며 순서대로 수집한다.
• 코드가 실행되기 전임에도 불구하고 자바스크립트 엔진은 이미 해당 환경에 속한 코드의 변수명들을 모두 알고 있게 된다. 그 말은 즉, 자바스크립트 엔진은 식별자들을 최상단으로 끌어올려놓은 다음 실제 코드를 실행한다라고 생각해도 문제 없다. 여기서 호이스팅이라는 개념이 등장한다.

🐶 호이스팅 규칙

• environmentRecord에는 매개변수, 이름, 함수 선언, 변수명 등이 담긴다.

// 매개변수와 변수에 대한 호이스팅
function a() {
  var x = 1; // 수집 대상 1(매개변수 선언)
  console.log(x); // (1)
  var x; // 수집 대상 2(변수 선언)
  console.log(x); // (2)
  var x = 2; // 수집 대상 3(변수 선언)
  console.log(x); // (3)
}

a();

• environmentRecord는 현재 실행될 컨텍스트의 대상 코드 내에 어떤 식별자들이 있는지에만 관심이 있고, 각 식별자에 어떤 값이 할당될 것인지는 관심이 없다. 따라서 변수를 호이스팅할 때 변수명만 끌어올리고 할당 과정은 원래 자리에 그래도 남겨둔다. 매개변수의 경우에도 마찬가지이다.
• environmentRecord의 관심사에 맞춰 수집 대상 1, 2, 3을 순서대로 끌어올리고 나면 다음과 같은 형태로 바뀐다.

function a() {
  var x; // 수집 대상 1의 변수 선언 부분
  var x; // 수집 대상 2의 변수 선언 부분
  var x; // 수집 대상 3의 변수 선언 부분

  x = 1; // 수집 대상 1의 할당 부분
  console.log(x); // (1)
  console.log(x); // (2)
  x = 2; // 수집 대상 3의 할당 부분
  console.log(x); // (3)
}

a(1);

• 이제 호이스팅이 끝났으니 실제 코드가 실행될 차례이다.
  1. 변수 x를 선언하고 이때 메모리에서는 저장할 공간을 미리 확보하고, 확보한 공간의 주솟값을 변수 x에 연결해둔다.
  2. 그 다음 변수 x를 차례로 선언한다. 이미 선언된 변수 x가 존재하니 무시한다.
  3. x에 1을 할당한다. 우선 숫자 1을 별도의 메모리에 담고, x와 연결된 메모리 공간에 숫자 1을 가리키는 주솟값을 입력한다.
  4. x를 (1)과 (2)에서 1이 출력된다.
  5. x에 2를 할당한다. 숫자 2를 별도의 메모리에 담고, 그 주솟값을 든 채로 x와 연결된 메모리 공간으로 간다. 이제 변수 x는 숫자 2를 가리키게 된다.
  6. x가 (3)에서 2가 출력되고, 이제 함수 내부의 모든 코드가 실행됐으므로 실행 컨텍스트가 콜 스택에서 제거된다.

// 함수 선언의 호이스팅
function a() {
  console.log(b);  // (1)
  var b = 'bbb';   // 수집 대상 1(변수 선언)
  console.log(b);  // (2)
  function b () {} // 수집 대상 2(함수 선언) 
  console.log(b);  // (3)
}

a();

• a 함수를 실행하는 순간 a 함수의 실행 컨텍스트가 생성된다. 이때 변수명과 함수 선언의 정보를 위로 끌어올린다. 변수는 선언부와 할당부를 나누어 선언부만 끌어올리는 반면 함수 선언은 함수 전체를 끌어올린다.

function a() {
  var b; // 수집 대상 1. 변수는 선언부만 끌어올린다.
  function b() {} // 수집 대상2. 함수 선언은 전체를 끌어올린다.

  console.log(b); // (1)
  b = 'bbb'; // 변수의 할당부는 원래 자리에 남겨둔다.
  console.log(b); // (2)
  console.log(b); // (3)
}

a();

🐶 함수 선언문과 함수 표현식

• 함수 선언문은 function 정의부만 존재하고 별도의 할당 명령이 없는 것을 의미하고, 반대로 함수 표현식은 정의한 function을 별도의 변수에 할당하는 것을 말한다.

function a() { /* ... */} // 함수 선언문.

var b = function () { /* ... */} // (익명) 함수 표현식

var c = function d() { /* ... */} // 기명 함수 표현식, 함수명으로는 호출 불가

• 함수 선언문과 함수 표현식

console.log(sum(1, 2));
console.log(multiply(3, 4));

function sum (a, b) { // 함수 선언문 sum
  return a + b;
}

var multiply = function (a, b) { // 함수 표현식 multiply
  return a * b;
}

• 다음은 위 코드가 호이스팅을 마친 상태이다.

var sum = function sum(a, b) { // 함수 선언문은 전체를 호이스팅이한다.
  return a + b;
};

var multiply; // 변수는 선언부만 끌어올린다.

console.log(sum(1, 2)); // 3
console.log(multiply(3, 4)); // multiply is not a function.

multiply = function (a, b) { // 변수의 할당부는 원래 자리에..
  return a * b;
}

• 위 예에서 multiply 호출시 값이 할당돼 있지 않다. 비어있는 대상을 함수로 여겨 실행하라고 명령했다. 따라서 multiply us not a function이라는 에러 메시지가 출력된다.

🎈 스코프, 스코프 체인, outerEnvironmentReference

• 스코프(scope)란 식별자에 대한 유효범위이다.
• 어떤 경계 A의 외부에서 선언한 변수는 A의 외부뿐 아니라 A의 내부에서도 접근이 가능하지만, A의 내부에서 선언한 변수는 오직 A의 내부에서만 접근할 수 있다.
• 식별자의 유효범위를 안에서부터 바깥으로 차례로 검색해나가는 것을 스코프 체인(scope chain)이라고 한다. 그리고 이를 가능케 하는 것이 바로 LexicalEnvironment의 두 번째 수집 자료인 outerEnvironmentReference이다.

🐶 스코프 체인

• outerEnvironmentReference는 현재 호출된 함수가 선언될 당시의 LexicalEnvironment를 참조한다.
• 예를 들어, A함수 내부에 B 함수를 선언하고 다시 B 함수 내부에 C 함수를 선언한 경우, 함수 C의 outerEnvironmentReference는 함수 B의 LexicalEnvironment를 참조한다. 함수 B의 LexicalEnvironment에 있는 outerEnvironmentReference는 다시 함수 B가 선언되던 때(A)의 LexicalEnvironment를 참조한다.
• 이처럼 outerEnvironmentReference는 연결리스트 형태를 띤다. 선언 시점의 LexicalEnvironment를 계속 찾아 올라가면 마지막엔 전역 컨텍스트의 LexicalEnvironment가 있을 것이다. 또한 각 outerEnvironmentReference는 오직 자신이 선언된 시점의 LexicalEnvironment만 참조하고 있으므로 가장 가까운 요소부터 차례대로만 접근할 수 있고 다른 순서로는 접근하는 것은 불가능하다.
• 이런 구조적 특성 덕분에 여러 스코프에서 동일한 식별자를 선언하는 경우에는 무조건 스코프 체인 상에서 가장 먼저 발견된 식별자에만 접근이 가능하게 되는것이다.

// 스코프 체인
var a = 1;
var outer = function () {
  var inner = function () {
    console.log(a);
    var a = 3;
  };

  inner();
  console.log(a);
};

outer();
console.log(a);

1. 전역 컨텍스트가 활성화된다. 전역 컨텍스트의 environmentRecord에 {a, outer} 식별자를 저장한다. 전역 컨텍스트는 선언 시점이 없으므로 전역 컨텍스트의 outerEnvironmentReference에는 아무것도 담기지 않는다. (this: 전역 객체)
2. 전역 스코프에 있는 변수 a에 1을, outer에 함수를 할당한다.
3. outer 함수를 호출한다. 이에 따라 전역 컨텍스트의 코드는 outer 호출하는 시점에서 임시중단되고, outer 실행 컨텍스트가 활성화되어 outer 내부의 첫번째 줄로 이동한다.
4. outer 실행 컨텍스트의 environmentRecord에 { inner } 식별자를 저장한다. outerEnvironmentReference에는 outer 함수가 선언될 당시의 LexicalEnvironment가 담긴다. outer 함수는 전역 공간에서 선언됐으므로 전역 컨텍스트의 LexicalEnvironment를 참조복사한다. 이를 [GLOBAL, { a, outer }]라고 표기한다. 첫 번째는 실행 컨텍스트의 이름, 두 번째는 environmentRecord 객체이다. (this: 전역 객체)
5. outer 스코프에 있는 변수 inner에 함수를 할당한다.
6. inner 함수를 호출하고 이에 따라 outer 실행 컨텍스트의 코드는 임시중단되고, inner 실행 컨텍스트가 활성화되어 inner 함수 내부의 첫 번째줄로 이동한다.
7. inner 실행 컨텍스트의 environmentRecord에 { a } 식별자를 저장한다. outerEnvironmentReference에는 inner 함수가 선언될 당시의 LexicalEnvironment가 담긴다. inner 함수는 outer 함수 내부에서 선언됐으므로 outer 함수의 LexicalEnvironment 즉, [ outer, { inner }]를 참조보고사한다. (this: 전역 객체)
8. 식별자 a에 접근하고 현재 활성화 상태인 inner 컨텍스트의 environmentRecord에서 a를 검색한다. a가 발견됐는데 아직 할당된 값이 없다. (undefined 출력)
9. inner 스코프에 있는 변수 a에 3을 할당한다.
10. inner 함수 실행이 종료되고 inner 실행 컨텍스트가 콜 스택에서 제거되고, 바로 아래의 outer 실행 컨텍스트가 다시 활성화되면서, 앞서 중단했던 inner 호출 줄 다음 줄로 이동한다.
11. outer 내부의 console.log(a) 즉, 식별자 a에 접근하고자 한다. 이때 자바스크립트 엔진은 활성화된 실행 컨텍스트의 LexicalEnvironment에 접근한다. 첫 요소의 environmentRecord에서 a가 있는지 찾아보고, 없으면 outerEnvironmentReference에 있는 environmentRecord로 넘어가는 식으로 계속해서 검색한다. 예제에서는 두 번째 즉, 전역 LexicalEnvironment에 a가 있으니 a에 저장된 값 1을 반환한다. (1 출력)
12. outer 함수 실행이 종료된다. outer 실행 컨텍스트가 콜 스택에서 제거되고, 바로 아래 전역 컨텍스트가 다시 활성화되면서, 앞서 중단했던 outer 호출 부분 다음 줄로 이동한다.
13. 식별자 a에 접근하고자 한다. 현재 활성화 상태인 전역 컨택스트의 environmentRecord에서 a를 검색한다. 바로 a를 찾고 (1 출력) 모든 코드의 실행이 완료된다.
14. 전역 컨텍스트가 콜 스택에서 제거되고 종료된다.

• 전역 공간에서는 전역 스코프에서 생성된 변수만 접근할 수 있지만 outer 함수 내부에서는 outer 및 전역 스코프에서 생성된 변수에 접근할 수 있다. 또한 inner 함수 내부에서는 inner, outer, 전역 스코프 모두에 접근할 수 있다.
• 스코프 체인 상에 있는 변수라고 해서 무조건 접근 가능한 건 아닌데 위 코드에서 식별자 a는 전역 공간에서도 선언했고 inner 함수 내부에서 선언했다. 이때 inner 스코프의 LexicalEnvironment부터 검색할 수밖에 없기 때문에 inner LexicalEnvironment에 a 식별자가 존재하므로 스코프 체인 검색을 더 진행하지 않고 즉시 a를 반환하게 된다. 이를 변수 은닉화라고 한다.

📚 this

• 실행 컨텍스트의 thisBinding에는 this로 지정된 객체가 저장된다.
• 실행 컨텍스트 활성화 당시에 this가 지정되지 않은 경우 this에는 전역 객체가 저장된다.
• 그밖에는 함수를 호출하는 방법에 따라 this에 저장되는 대상이 다르다.
• 3장 참고

📚 정리

• 실행 컨텍스트는 실행할 코드에 제공할 환경 정보들을 모아놓은 객체이다.
• 실행 컨텍스트는 전역 공간에서 자동으로 생성되는 전역 컨텍스트와 eval 및 함수 실행에 의한 컨텍스트 등이 있다.
• 실행 컨텍스트 객체는 활성화되는 시점에 VariableEnvironment, LexicalEnvironment, ThisBinding의 세 가지 정보를 수집한다.
• 실행 컨텍스트를 생성할 때는 VariableEnvironment와 LexicalEnvironment가 동일한 내용으로 구성하지만 LexicalEnvironment는 함수 실행 도중에 변경되는 사항이 즉시 반영되는 반면 VariableEnvironment는 초기 상태를 유지한다.
• VariableEnvironment와 LexicalEnvironment는 매개변수명, 변수의 식별자, 선언한 함수의 함수명 등을 수집하는 environmentRecord와 바로 직전 컨텍스트의 LexicalEnvironment 정보를 참조하는 outerEnvironmentReference로 구성돼 있다.
• 호이스팅은 코드 해석을 좀 더 수월하게 하기 위해 environmentRecord의 수집 과정을 추상화한 개념으로, 실행 컨텍스트가 관여하는 코드 집단의 최상단으로 이들을 끌어올린다라고 해석하는 것이다. 이때 변수 선언과 값 할당이 동시에 이뤄진 문장은 선언부만을 호이스팅하고, 할당 과정은 원래 자리에 남아있게 되는데, 여기서 함수 선언문과 함수 표현식의 차이가 발생한다.
• 스코프는 변수의 유효범위를 말한다. outerEnvironmentReference는 해당 함수가 선언된 위치의 LexicalEnvironment를 참조한다. 코드 상에서 어떤 변수에 접근하려고 하면 현재 컨텍스트의 LexicalEnvironment를 탐색해서 발견되면 그 값을 반환하고, 발견되지 못할 경우 다시 outerEnvironmentReference에 담긴 LexicalEnvironment를 탐색하는 과정을 거친다. 만약 전역 컨텍스트의 LexicalEnvironment까지 탐색해도 해당 변수를 찾지 못하면 undefined를 반환한다.
• this는 실행 컨텍스트를 활성화하는 당시에 지정된 this가 저장되는데 함수를 호출하는 방법에 따라 그 값이 달라진다. 지정되지 않은 경우에는 전역 객체가 저장된다.