23. 실행 컨텍스트

실행 컨텍스트는 소스 코드의 평가와 실행에 관련된 동작을 아우르는 개념이다. 실행 컨텍스트를 통해 전역 코드와 함수 코드 등 모든 소스 코드의 스코프, 동작 순서, 비동기 처리 등이 관리된다.

 

소스코드의 타입

자바스크립트는 소스코드를 4가지 타입으로 구분한다. 4가지 타입의 소스코드는 실행 컨텍스트를 생성한다.

소스코드의 타입	설명	실행 컨텍스트 생성 과정
전역 코드	전역에 존재하는 소스코드를 말한다. 전역에 정의된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않는다.	전역 변수를 관리하기 위해 최상위 스코프인 전역 스코프를 생성해야 한다. 전역 객체와 연결된다. 전역 코드가 평가되면 전역 실행 컨텍스트가 생성된다.
함수 코드	함수 내부에 존재하는 소스코드를 말한다. 함수 내부에 중첩된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않는다.	지역 스코프를 생성하고 지역 변수, 매개 변수, arguments 객체를 관리해야 한다. 지역 스코프를 스코프 체인의 일원으로 연결한다. 함수 코드가 평가되면 함수 실행 컨텍스트가 생성된다.
eval 코드	빌트인 전역 함수인 eval 함수에 인수로 전달되어 실행되는 소스코드를 말한다.	eval 코드는 strict mode에서 자신만의 독자적인 스코프를 생성한다. 이를 위해 eval 코드가 평가되면 eval 실행 컨텍스트가 생성된다.
모듈 코드	모듈 내부에 존재하는 소스코드를 말한다. 모듈 내부의 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않는다.	모듈별로 독립적인 모듈 스코프를 생성한다. 모듈 코드가 평가되면 모듈 실행 컨텍스트가 생성된다.

 

소스코드의 평가와 실행

모든 소스코드는 소스코드의 평가 과정과 소스코드의 실행 과정으로 나누어 처리된다.

 

소스코드 평가 과정에서는 실행 컨텍스트를 생성하고 변수, 함수 등의 선언문만 먼저 실행하여 생성된 변수나 함수 식별자를 키로 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프(렉시컬 환경의 환경 레코드)에 등록한다. 

 

소스코드 평가 과정이 끝나면 먼저 실행된 선언문을 제외한 소스코드가 순차적으로 실행되기 시작한다. 이를 런타임이라 한다. 이때 소스코드 실행에 필요한 정보(변수나 함수의 참조)를 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에서 검색해서 취득한다. 그리고 변수 값의 변경 등 소스코드의 실행 결과는 다시 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록된다.

 

즉, 소스코드의 평가 결과는 실행 컨텍스트에 저장되며, 소스코드가 실행될 때 필요한 정보를 실행 컨텍스트에서 취득하고, 실행 결과를 다시 실행 컨텍스트에 저장한다. 소스코드를 실행하기 위한 환경을 관리하는 것이 실행 컨텍스트이다.

 

실행컨텍스트의 역할

소스코드가 실행된 시점을 따라가보며 실행 컨텍스트의 역할을 살펴보자.

 

먼저 소스코드의 가장 외부에 있는 코드는 전역 코드이다. 전역 코드를 실행하기 위해서는 먼저 전역 코드 평가 단계를 거친다. 전역 코드 평가 단계에서는 전역 코드의 변수 선언문과 함수 선언문이 실행되고, 그 결과 생성된 전역 변수와 전역 함수가 실행 컨텍스트가 관리하는 전역 스코프에 등록된다. 이때 var 키워드로 선언된 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수는 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 된다.

 

전역 코드 평가 과정이 끝나면 전역 코드 실행을 수행한다. 이때 전역 변수에 값이 할당되고 함수가 호출된다. 함수가 호출되면 순차적으로 실행되던 전역 코드의 실행을 일시 중단하고 코드 실행 순서를 변경하여 함수 내부로 진입한다.

 

함수 호출에 의해 코드 실행 제어권이 함수로 옮겨지면 함수 코드 평가 과정을 거친다. 매개변수와 지역 변수 선언문이 먼저 실행되고, 그 결과 생성된 매개변수와 지역 변수가 실행 컨텍스트가 관리하는 지역 스코프에 등록된다. 또한 이때 arguments 객체가 생성되어 지역 스코프에 등록되고 this 바인딩도 결정된다.

 

함수 코드 평가 과정이 끝나면 함수 코드가 실행된다. 이때 매개변수와 지역변수에 값이 할당되고 함수 내부의 문들이 실행된다. 이때 함수 내부에서 참조하는 식별자를 참조하기 위해 함수의 지역 스코프는 상위 스코프인 전역 스코프와 연결되어야 한다. 이렇게 스코프 체인이 완성된다. 함수 코드 실행 단계가 종료되면 함수 호출 이전 단계로 되돌아가 전역 코드 실행을 계속한다.

 

이처럼 코드가 실행되려면 스코프를 구분하여 식별자와 바인딩된 값이 관리되어야 하며 중첩 관계에 의해 스코프 체인을 형성할 수 있어야 하고, 전역 객체의 프로퍼티도 전역 변수처럼 검색할 수 있어야 한다.

또한 함수 호출을 기점으로 현재 실행중인 코드와 이전에 실행하던 코드를 구분하여 관리해야 한다. 이처럼 코드가 실행되려면 스코프, 식별자, 코드 실행 순서 등의 관리가 필요하다.

• 선언에 의해 생성된 모든 식별자(변수, 함수, 클래스 등)를 스코프를 구분하여 등록하고 상태 변화를 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 변경할 수 있어야 하며 다시 되돌아갈 수도 있어야 한다.

이처럼 실행 컨텍스트는 식별자를 등록하고 관리하는 스코프와 코드 실행 순서 관리를 구현한 내부 매커니즘으로 소스코드를 실행하는 데 필요한 환경을 제공하고 코드의 실행 결과를 실제로 관리하는 영역이다. 식별자와 스코프는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경으로 관리하고 코드 실행 순서는 실행 컨텍스트 스택으로 관리한다.

실행 컨텍스트
렉시컬 환경	실행 컨텍스트 스택
식별자와 스코프 관리 식별자와 값을 관리하는 저장소인 환경 레코드와 this 바인딩, 상위 스코프를 가리키는 외부 렉시컬 환경에 대한 참조로 구성되어있다.	코드 실행 순서 관리 실행 컨텍스트 스택은 스택 자료구조를 띄고 있다.  코드가 실행되는 시간의 흐름에 따라 실행 컨텍스트가 추가(push)되고 제거(pop)된다.

 

실행 컨텍스트 스택

실행 컨텍스트 스택은 코드의 실행 순서를 관리한다. 소스코드가 평가되면 실행 컨텍스트가 생성되고 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 쌓인다. 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트는 언제나 현재 실행 중인 실행 컨텍스트이다. 따라서 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트를 실행 중인 실행 컨텍스트라고 한다. 

 

소스 코드 실행을 예로 살펴보면 먼저 전역 코드가 평가되어 전역 실행 컨텍스트를 생성하고 실행 컨텍스트 스택에 푸시된다. 이때 전역 변수와 전역 함수는 전역 실행 컨텍스트에 등록된다. 이후 전역 함수가 호출되면 전역 코드의 실행은 일시 중단되고 코드의 제어권이 함수 내부로 이동한다. 함수 코드를 평가하여 생성된 함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에 푸시된다. 그 다음 함수 코드가 순차적으로 실행되고 모든 문이 실행되면 함수 실행 컨텍스트가 스택에서 팝되어 제거된다. 이때 함수는 종료된다. 그러면 실행 컨텍스트 스택의 최상위 실행 컨텍스트가 이전에 실행되던 실행 컨텍스트로 변경되며 코드의 제어권이 넘어가게 된다. 그 후 시점부터 코드는 다시 실행되며 과정을 거친 뒤 전역 소스코드 역시 실행이 완료되면 전역 실행 컨텍스트가 팝되어 실행 컨텍스트 스택은 비게 된다.

 

렉시컬 환경

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

• 환경 레코드: 스코프에 포함된 식별자를 등록하고 등록된 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 저장소다. 환경 레코드는 소스코드의 타입에 따라 관리하는 내용에 차이가 있다.
• 외부 렉시컬 환경에 대한 참조: 상위 스코프를 가리킨다. 이때 상위 스코프란 외부 렉시컬 환경, 즉 해당 실행 컨텍스트를 생성한 소스코드를 포함하는 상위 코드의 렉시컬 환경을 말한다. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조를 통해 단방향 링크드 리스트인 스코프 체인을 구현한다.

 

실행 컨텍스트의 생성과 식별자 검색 과정

전역 객체 생성

전역 객체는 전역 코드가 평가되기 이전에 생성된다. 이때 전역 객체에는 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체가 추가되며 실행 환경에 따른 호스트 객체를 포함한다.

전역 코드 평가

전역 코드의 평가는 아래 표의 순서로 진행된다.

1. 전역 실행 컨텍스트 생성	빈 전역 실행 컨텍스트를 생성하여 실행 컨텍스트 스택에 푸시한다.
2. 전역 렉시컬 환경 생성	2.1 전역 환경 레코드 생성	생성된 전역 렉시컬 환경의 전역 환경 레코드에는 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드가 바인딩되어 있다.
		2.1.1 객체 환경 레코드 생성	BindingObject - 전역 객체와 연결된다. 따라서 전역에서 관리되는 전역 변수와 전역 함수는 BidingObject를 통해 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 된다. 이를 통해 전역 실행 컨텍스트와 전역 객체가 바인딩된다. var 키워드로 선언한 전역 변수 함수 선언문으로 정의한 전역 함수 빌트인 전역 프로퍼티 빌트인 전역 함수 표준 빌트인 객체
		2.1.2 선언적 환경 레코드 생성	let, const 키워드로 선언한 변수가 존재하는 저장소. 개념적 블록의 실체
		2.1.3 this 바인딩	전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩된다. 전역 코드에서 this는 전역 객체를 가리킨다. this를 참조하면 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에 바인딩된 객체가 반환된다.
	2.2 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정	상위 스코프를 가리킨다. 이를 통해 단방향 링크드 리스트인 스코프 체인을 구현한다. 전역 코드는 상위 스코프가 없으므로 null이 할당된다. 이는 전역 렉시컬 환경이 스코프 체인의 종점임을 나타낸다.

전역 코드 실행

코드가 실행될 때 식별자(변수, 함수 등)를 참조하거나 재할당할 필요가 있다. 이때 식별자를 검색할 스코프를 결정해야 하고 선언된 식별자인지 판단할 수 있어야 한다. 이를 식별자 결정이라 한다. 식별자 결정을 위해 식별자를 검색할 때는 실행 중인 실행 컨텍스트에서 식별자를 검색하기 시작한다. 선언된 식별자는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 환경 레코드에 등록되어 있다. 만약 실행 중인 실행 컨텍스트의 스코프(렉시컬 환경)에서 식별자를 찾을 수 없으면 외부 렉시컬 환경에 대한 참조를 따라 상위 스코프로 이동하여 식별자를 검색한다. 이때 스코프 체인의 종점(외부 렉시컬 환경에 대한 참조값이 null인 경우 = 전역 렉시컬 환경)에서도 식별자를 참조할 수 없으면 참조 에러를 발생시킨다.

함수 코드 평가

함수 코드가 호출되면 전역 코드의 실행을 일시 중단하고 함수 내부로 코드의 제어권이 이동한다. 그리고 함수 코드를 평가한다. 함수 코드 평가는 아래 순서로 진행된다.

1. 함수 실행 컨텍스트 생성	함수 실행 컨텍스트를 생성한다. 함수 실행 컨텍스트는 렉시컬 환경이 완성된 다음 실행 컨텍스트 스택에 푸시된다.
2. 함수 렉시컬 환경 생성	2.1 함수 환경 레코드 생성	2.1.1 함수 환경 레코드	매개변수 arguments 객체 지역 변수, 중첩 함수 등 함수 몸체에서 선언된 식별자
		2.1.2 this 바인딩	[[ThisValue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩된다. 이때 this는 함수 호출 방식에 따라 결정된다. 함수 호출시 결정된 this가 생성된 함수 실행 컨텍스트에 저장된다.
	2.2 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정	함수 정의가 평가된 시점에 실행 중인 실행 컨텍스트, 즉 함수 외부 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경(상위 스코프)의 참조가 할당된다. 이는 항상 함수가 정의된 렉시컬 환경이 된다. 이는 클로저의 단서이다.

함수 코드 실행

런타임이 시작되어 함수의 소스코드가 순차적으로 실행되기 시작한다. 매개변수에 인수가 할당되고, 변수 할당문이 실행되어 지역 변수에 값이 할당된다. 이때 식별자 결정을 위한 검색은 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 시작된다. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조를 따라 상위 스코프로 이동하여 식별자를 검색한다. 이때 빌트인 객체 등 전역 객체의 프로퍼티를 참조하면 앞서 전역 코드 평가에서 살펴본 것처럼 전역 렉시컬 환경의 전역 환경 레코드는 BindingObject를 따라 전역 객체와 연결되어 있기 때문에 참조할 수 있다. 또한 선언하지 않은 식별자에 할당할 경우에도 스코프 체인의 종점인 전역 환경 레코드의 전역 객체를 참조하기 때문에 전역 객체의 프로퍼티를 동적으로 생성하게 되고 이를 암묵적 전역이라 한다. (엄격 모드에서는 에러가 허용되지 않는다.)

함수 코드 실행 종료

함수 코드의 모든 문이 실행되고 더이상 실행할 코드가 없으면 함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 제거된다. 그 후 코드의 제어권이 외부 함수로 넘어가게 된다. 실행 컨텍스트 스택에서 함수 실행 컨텍스트가 제거되었다고 해서 함수 렉시컬 환경까지 즉시 소멸하는 것은 아니다. 렉시컬 환경은 독립적인 객체이므로 누군가에 의해 참조되지 않을 때 소멸한다. 즉 함수 렉시컬 환경을 누군가 참조하고 있다면 함수 렉시컬 환경은 소멸하지 않으며 이를 클로저라 한다.

전역 코드 실행 종료

모든 전역 코드의 실행이 종료되면 전역 실행 컨텍스트도 실행 컨텍스트 스택에서 팝되어 실행 컨텍스트 스택에는 아무것도 남아있지 않게 된다.

 

실행 컨텍스트와 블록 레벨 스코프

let, const 키워드로 선언한 변수는 블록 레벨 스코프를 따른다. 블록 레벨 스코프를 생성하는 블록문이 실행되면 선언적 환경 레코드를 갖는 블록 렉시컬 환경이 생성된다. 이 블록 렉시컬 환경은 기존의 렉시컬 환경을 블록문이 유지되는 동안 교체하며, 기존의 렉시컬 환경을 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 저장한다. 블록문이 종료되면 외부 렉시컬 환경에 대한 참조를 따라 이전의 렉시컬 환경으로 되돌린다. 

for 문의 변수 선언문에 let 키워드를 사용한 for문은 코드 블록이 반복해서 실행될 때마다 코드 블록을 위한 새로운 렉시컬 환경을 생성한다. 때문에 반복이 실행될 때마다 독립적인 식별자를 유지할 수 있는 것이다.