22. 실행 컨텍스트

실행 컨텍스트(Execution Context)는 식별자, 스코프, 호이스팅, 클로저 등의 동작 원리를 담고 있는 자바스크립트의 핵심 개념이다. 실행 컨텍스트를 바르게 이해하면 자바스크립트가 스코프를 기반으로 식별자와 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 방식과 호이스팅이 발생하는 이유, 그리고 클로저의 동작 방식에 대해 이해할 수 있다.

1. 실행 가능한 코드

ECMAScript 사양은 실행 가능한 코드(Executable Code)를 4가지 유형으로 구분한다.

실행 가능한 코드 설명
전역 코드(Global code) 전역에 존재하는 텍스트 코드를 말한다. 전역에 정의된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않는다.
함수 코드(Function code) 함수 내부에 존재하는 텍스트 코드를 말한다. 함수 내부에 중첩된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않는다.
eval 코드(Eval code) 빌트인 전역 함수인 eval 함수에 인수로 전달된 텍스트 코드를 말한다.
모듈 코드(Module code) 모듈 내부에 존재하는 텍스트 코드를 말한다. 모듈 내부의 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않는다.

실행 가능한 코드를 4가지 유형으로 구분하는 이유는 각 유형마다 실행 컨텍스트를 생성하는 과정과 관리 내용이 다르기 때문이다.

  1. 전역 코드: 전역 코드는 전역 스코프를 생성해야 하며 전역 객체와 연결되어야 한다. 이를 위해 전역 코드가 평가되면 전역 실행 컨텍스트가 생성된다.

  2. 함수 코드: 함수 코드는 지역 스코프를 생성해야 하며 생성된 지역 스코프는 스코프 체인의 최상위인 전역 스코프에서 시작하는 스코프 체인의 일원으로 연결되어야 한다. 이를 위해 함수 코드가 평가되면 함수 실행 컨텍스트가 생성된다.

  3. eval 코드: eval 코드는 엄격 모드(strict mode)에서 자신만의 독자적인 스코프를 생성한다. 이를 위해 eval 코드가 평가되면 eval 실행 컨텍스트가 생성된다.

  4. 모듈 코드: 모듈 코드는 모듈 별로 독립적인 스코프를 생성한다. 이를 위해 모듈 코드가 평가되면 모듈 실행 컨텍스트가 생성된다.

실행 가능한 코드를 평가하여 실행 컨텍스트를 생성한다.

2. 실행 가능한 코드의 평가와 실행

모든 실행 가능한 코드는 실행에 앞서 평가 과정을 거치면서 코드 실행을 위한 준비를 한다. 코드의 평가 과정에서 실행 컨텍스트가 생성되고 변수, 함수, 클래스 등의 선언문이 평가되어 그 결과가 생성된 실행 컨텍스트에 등록된다.

코드의 평가 과정이 끝나면 비로소 선언문을 제외한 코드가 순차적으로 실행된다. 이때 코드 실행에 필요한 정보를 실행 컨텍스트에서 취득한다. 그리고 코드의 실행 결과는 실행 컨텍스트에서 관리된다.

실행 가능한 코드의 평가와 실행

3. 실행 컨텍스트의 역할

아래 예제는 전역 코드와 함수 코드로 구성되어 있다. 자바스크립트 엔진이 아래 예제를 어떻게 실행할지 생각해보자.

// 전역 변수 선언
const x = 1;
const y = 2;

// 함수 정의
function foo(a) {
  // 지역 변수 선언
  const x = 10;
  const y = 20;

  // 메소드 호출
  console.log(a + x + y); // 130
}

// 함수 호출
foo(100);

// 메소드 호출
console.log(x + y); // 3

1. 전역 코드 평가

위 예제가 한 줄씩 실행되기에 앞서 먼저 전역 코드가 평가된다. 이때 변수 선언문과 함수 선언문이 평가되고 그 결과, 전역 변수와 전역 함수는 전역 스코프에 등록된다. var 키워드로 선언된 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수는 전역 객체의 프로퍼티가 된다.

2. 전역 코드 실행

전역 코드 평가가 종료하면 순차적으로 전역 코드가 실행되어 전역 변수에 값이 할당되고 함수가 호출된다. 함수가 호출되면 순차적으로 실행되던 전역 코드의 실행을 일시 중단하고 코드 실행 순서를 변경하여 함수 내부로 진입한다.

3. 함수 코드 평가

함수 내부로 진입하면 함수 내부의 문들을 실행하기에 앞서 먼저 함수 코드가 평가된다. 이때 매개 변수와 지역 변수 선언문이 평가되고 그 결과, 매개 변수와 지역 변수는 지역 스코프에 등록된다. 또한 함수 내부에서 지역 변수처럼 사용할 수 있는 arguments 객체도 생성되어 지역 스코프에 등록된다.

4. 함수 코드 실행

함수 코드 평가가 종료하면 순차적으로 함수 코드가 실행되어 매개 변수와 지역 변수에 값이 할당되고 console.log 메소드가 호출된다.

console.log 메소드를 호출하기 위해 먼저 식별자 console을 스코프 체인을 통해 검색한다. 따라서 함수 코드의 지역 스코프는 상위 스코프인 전역 스코프와 연결되어야 한다. 하지만 식별자 console은 스코프 체인에 등록되어 있지 않고 전역 객체에 프로퍼티로 존재한다. 이는 전역 객체의 프로퍼티가 마치 전역 변수처럼 전역 스코프에서 검색 가능하여야 한다는 것을 의미한다.

다음은 log 프로퍼티를 console 객체의 프로토타입 체인을 통해 검색한다. 그후 console.log 메소드의 인수로 전달된 표현식 a + x + y가 평가된다. 각각의 식별자 a, x, y는 스코프 체인을 통해 검색한다. console.log 메소드의 실행이 종료되면 foo 함수 코드의 실행이 종료되고 foo 함수 호출 이전으로 되돌아가 전역 코드 실행을 계속한다.

이처럼 코드가 실행되려면 스코프를 구분하여 식별자와 바인딩된 값을 관리할 수 있어야 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 종료하면 함수 호출 이전으로 되돌아가기 위해 현재 실행 중인 코드와 이전에 실행하던 코드를 구분하여 관리해야 한다. 이처럼 코드가 평가되고 실행되려면 아래와 같이 스코프, 식별자, 코드 실행 순서 등의 관리가 필요하다.

  1. 선언에 의해 생성된 모든 식별자(변수, 함수, 클래스 등)를 스코프를 구분하여 등록하고 상태 변화(식별자에 바인딩된 값의 변화)를 지속적으로 관리할 수 있어야 한다.

  2. 스코프는 중첩 관계에 의해 스코프 체인을 형성해야 한다. 즉, 스코프 체인을 통해 상위 스코프로 이동하며 식별자를 검색할 수 있어야 한다.

  3. 현재 실행 중인 코드의 실행 순서를 변경(예를 들어 함수 호출에 의한 실행 순서 변경)할 수 있어야 하며 다시 되돌아갈 수도 있어야 한다.

이 모든 것을 관리하는 것이 바로 실행 컨텍스트이다. 실행 컨텍스트(Execution Context)는 실행 가능한 코드를 평가하고 실행하기 위해 필요한 환경을 제공하고 코드의 실행 결과를 실제로 관리하는 영역이다.

다시 말해, 실행 컨텍스트는 식별자(변수, 함수, 클래스, this 등)를 등록하고 관리하기 위한 스코프와 실행 순서 관리를 구현한 내부 매커니즘으로 모든 코드는 실행 컨텍스트를 통해 실행되고 관리된다.

4. 실행 컨텍스트 스택

아래 예제를 살펴보자.

const x = 1;

function foo () {
  const y = 2;

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

foo(); // 6

위 예제는 실행 가능한 코드인 전역 코드와 함수 코드로 이루어져 있다. 자바스크립트 엔진은 먼저 전역 코드를 평가하여 전역 실행 컨텍스트를 생성한다. 그리고 함수가 호출되면 함수 코드를 평가하여 함수 실행 컨텍스트를 생성한다.

이때 생성된 실행 컨텍스트는 스택(stack) 자료 구조로 관리된다. 이를 실행 컨텍스트 스택(Execution context stack)이라고 부른다.

스택
스택(stack)은 데이터를 마지막에 밀어 넣고, 마지막에 밀어 넣은 데이터를 먼저 꺼내는 후입 선출(LIFO - Last In First Out) 방식의 자료 구조이다. 스택은 언제나 가장 마지막에 밀어 넣은 최신 데이터를 취득한다. 스택에 데이터를 밀어 넣는 것을 푸시(push)라 하고 스택에서 데이터를 꺼내는 것을 팝(pop)이라고 한다.
// 스택 자료 구조를 구현하기 위한 배열
const stack = [];

// 스택의 가장 마지막에 데이터를 밀어 넣는다.
stack.push(1);
console.log(stack); // [ 1 ]

// 스택의 가장 마지막에 데이터를 밀어 넣는다.
stack.push(2);
console.log(stack); // [ 1, 2 ]

// 스택의 가장 마지막 데이터, 즉 가장 나중에 밀어 넣은 최신 데이터를 꺼낸다.
let value = stack.pop();
console.log(value, stack); // 2 [ 1 ]

// 스택의 가장 마지막 데이터, 즉 가장 나중에 밀어 넣은 최신 데이터를 꺼낸다.
value = stack.pop();
console.log(value, stack); // 1 [ ]
큐(queue)는 데이터를 마지막에 밀어 넣고, 처음의 데이터, 즉 가장 먼저 밀어 넣은 데이터를 먼저 꺼내는 선입 선출(FIFO - First In First Out) 방식의 자료 구조이다. 스택은 언제나 마지막에 밀어 넣은 최신 데이터를 취득하지만 큐는 언제나 데이터를 밀어 넣은 순서대로 취득한다.
// 큐 자료 구조를 구현하기 위한 배열
const queue = [];

// 큐의 가장 마지막 앞에 데이터를 밀어 넣는다.
queue.push(1);
console.log(queue); // [ 1 ]

// 큐의 가장 마지막에 데이터를 밀어 넣는다.
queue.push(2);
console.log(queue); // [ 1, 2 ]

// 큐의 가장 처음 데이터, 즉 가장 먼저 밀어 넣은 데이터를 꺼낸다.
let value = queue.shift();
console.log(value, queue); // 2 [ 1 ]

// 큐의 가장 처음 데이터, 즉 가장 먼저 밀어 넣은 데이터를 꺼낸다.
value = queue.shift();
console.log(value, queue); // 1 [ ]

위 코드를 실행하면 코드가 실행되는 시간의 흐름에 따라 실행 컨텍스트 스택에는 아래와 같이 실행 컨텍스트가 푸시되고 팝된다.

실행 컨텍스트 스택

1. 전역 코드의 평가와 실행

자바스크립트 엔진은 먼저 전역 코드를 평가하여 전역 실행 컨택스트를 생성하고 실행 컨텍스트 스택에 푸시한다. 이때 전역 변수 x와 전역 함수 foo는 전역 실행 컨텍스트에 등록된다. 이후, 전역 코드가 실행되기 시작하여 전역 변수 x에 값이 할당되고 전역 함수 foo가 호출된다.

2. foo 함수 코드의 평가와 실행

전역 함수 foo가 호출되면 전역 코드의 실행은 일시 중단되고 코드의 제어권(constrol)이 foo 함수 내부로 이동한다. 자바스크립트 엔진은 foo 함수 내부의 함수 코드를 평가하여 foo 함수 실행 컨텍스트를 생성하고 실행 컨텍스트 스택에 푸시한다. 이때 foo 함수의 지역 변수 y와 중첩 함수 bar가 foo 함수 실행 컨텍스트에 등록된다. 이후, foo 함수 코드가 실행되기 시작하여 지역 변수 y에 값이 할당되고 중첩 함수 bar가 호출된다.

3. bar 함수 코드의 평가와 실행

중첩 함수 bar가 호출되면 함수 foo 코드의 실행은 일시 중단되고 코드의 제어권이 bar 함수 내부로 이동한다. 자바스크립트 엔진은 bar 함수 내부의 함수 코드를 평가하여 bar 함수 실행 컨텍스트를 생성하고 실행 컨텍스트 스택에 푸시한다. 이때 bar 함수의 지역 변수 z가 bar 함수 실행 컨텍스트에 등록된다. 이후, bar 함수 코드가 실행되기 시작하여 지역 변수 z에 값이 할당되고 console.log 메소드를 호출한 이후, 함수 bar는 종료된다.

4. foo 함수 코드로 복귀

함수 bar가 종료되면 코드의 제어권은 다시 함수 foo로 이동한다. 이때 자바스크립트 엔진은 bar 함수 실행 컨텍스트를 실행 컨텍스트 스택에서 팝한다. 그리고 함수 foo는 더 이상 실행할 코드가 없으므로 종료된다.

5. 전역 코드로 복귀

함수 foo가 종료되면 코드의 제어권은 다시 전역 코드로 이동한다. 이때 자바스크립트 엔진은 foo 함수 실행 컨텍스트를 실행 컨텍스트 스택에서 팝한다. 그리고 전역 코드는 더 이상 실행할 코드가 없지만 종료하지 않고 대기 상태로 들어간다. 전역 코드가 생성한 전역 실행 컨텍스트는 소멸하지 않고 애플리케이션이 종료될 때(웹 페이지에서 나가거나 브라우저를 닫을 때)까지 유지된다.

이처럼 실행 컨텍스트 스택은 코드의 실행 순서를 관리한다. 실행 가능한 코드가 평가되면 실행 컨텍스트가 생성되고 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 쌓인다. 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트는 언제나 현재 실행 중인 코드의 실행 컨텍스트이다. 따라서 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트를 실행 중인 실행 컨텍스트(running execution context)라 부른다.

실행 가능한 코드의 실행이 종료되면 해당 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 팝되어 제거되고 직전의 실행 컨텍스트로 코드의 제어권을 반환한다.

5. 동기식 처리 모델과 비동기식 처리 모델

자바스크립트 엔진은 단 하나의 실행 컨텍스트 스택을 갖는다. 즉, 자바스크립트 애플리케이션은 여러 개의 실행 컨텍스트 스택에서 실행할 수 없으며 이는 동시에 두가지 이상의 태스크를 실행할 수 없다는 것을 의미한다. 실행 컨텍스트 스택의 최상위 스택만이 현재 실행 중인 실행 컨텍스트이며 나머지 실행 컨텍스트는 모두 대기중인 실행 컨텍스트이기 때문이다. 이는 자바스크립트가 싱글 스레드(single thread)로 동작한다는 것을 의미한다.

실행 컨텍스트 스택의 최상위 스택(실행 중인 실행 컨텍스트)을 제외한 모든 실행 컨텍스트는 모두 실행 대기 중인 태스크들이다. 이들은 현재 실행 중인 실행 컨텍스트가 팝되어 실행 컨텍스트 스택에서 제거될 때까지 실행을 대기한다. 이처럼 하나의 처리가 종료되어야 다음 처리를 실행할 수 있는 것을 동기식 처리 모델(Synchronous processing model)이라고 한다.

동기식 처리 모델은 직렬적으로 태스크(task)를 수행한다. 즉, 태스크는 순차적으로 실행되며 어떤 작업이 수행 중이면 다음 작업은 대기하게 된다. 예를 들어 서버에서 데이터를 가져와서 화면에 표시하는 작업을 수행할 때, 서버에 데이터를 요청하고 데이터가 응답될 때까지 이후 태스크들은 블로킹(blocking, 작업 중단)된다.

동기식 처리 모델(Synchronous processing model)

다행히도 자바스크립트는 비동기식 처리 모델을 지원한다. 비동기식 처리 모델(Asynchronous processing model 또는 Non-Blocking processing model)은 병렬적으로 태스크를 수행한다. 즉, 태스크가 종료되지 않은 상태라 하더라도 대기하지 않고 다음 태스크를 실행한다. 예를 들어 서버에서 데이터를 가져와서 화면에 표시하는 태스크를 수행할 때, 서버에 데이터를 요청한 이후 서버로부터 데이터가 응답될 때까지 대기하지 않고(Non-Blocking) 즉시 다음 태스크를 수행한다. 이후 서버로부터 데이터가 응답되면 이벤트가 발생하고 이벤트 핸들러가 응답된 데이터를 가지고 수행할 태스크를 계속해 수행한다.

비동기식 처리 모델(Asynchronous processing model)

자바스크립트의 Timer 함수(setTimeout, setInterval), Ajax 요청은 비동기식 처리 모델로 동작한다. 비동기식 처리 모델은 자바스크립트에 동시성(concurrency)을 부여하여 싱글 스레드의 약점을 보완해 준다. 하지만 비동기식으로 동작하는 코드는 순차적으로 실행되지 않아 가독성이 좋지 않고 콜백 헬을 유발하며 에러 처리가 어렵다는 약점이 있다.

이에 대해서는 “프로미스”에서 좀 더 자세히 살펴보도록 하자.

6. 렉시컬 환경

렉시컬 환경(Lexical Environment)은 식별자가 선언되는 환경을 말한다. 즉, 렉시컬 스코프를 의미한다. 실행 컨텍스트 스택이 코드의 실행 순서를 관리한다면 렉시컬 환경은 스코프와 식별자를 관리한다. 렉시컬 환경은 객체 형태의 스코프(전역, 함수, 블록 스코프)를 만들고 이곳에 식별자를 등록한다. 그리고 등록된 식별자에 바인딩된 값을 관리한다. 즉, 렉시컬 환경은 스코프를 구분하여 식별자를 등록하고 관리하는 저장소 역할을 한다.

렉시컬 환경과 스코프 체인

실행 컨텍스트는 LexicalEnvironment 컴포넌트와 VariableEnvironment 컴포넌트로 구성된다. 생성 초기에 LexicalEnvironment 컴포넌트와 VariableEnvironment 컴포넌트는 하나의 동일한 렉시컬 환경을 참조한다.

LexicalEnvironment 컴포넌트와 VariableEnvironment 컴포넌트
with 문을 사용하는 특수한 경우를 제외하고 LexicalEnvironment 컴포넌트와 VariableEnvironment 컴포넌트는 언제나 동일한 렉시컬 환경을 참조한다. 따라서 이 책에서는 이 2개의 컴포넌트를 구분하지 않고 렉시컬 환경으로 통일해 설명하도록 한다.
with 문을 사용할 때 LexicalEnvironment 컴포넌트는 새로운 렉시컬 환경을 바인딩한다. VariableEnvironment 컴포넌트는 렉시컬 환경을 변경한 후, 다시 원래의 렉시컬 환경으로 되돌리기 위해 사용한다. with 문은 eval 함수와 같이 권장하지 않는 문법이다.

실행 컨텍스트와 렉시컬 환경을 그림으로 표현하면 아래와 같다.

실행 컨텍스트와 렉시컬 환경

렉시컬 환경은 아래의 3가지 컴포넌트로 구성된다.

렉시컬 환경의 구성 컴포넌트

  1. 환경 레코드(Environment Record): 스코프에 포함된 식별자를 등록하고 등록된 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 저장소이다. 환경 레코드는 실행 가능한 코드의 종류에 따라 내용에 차이가 있다.

  2. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조(Outer Lexical Environment Reference): 외부 렉시컬 환경을 가리키는 참조를 저장한다. 외부 렉시컬 환경이란 해당 실행 컨텍스트를 생성한 실행 가능한 코드를 포함하는 상위 코드의 렉시컬 환경을 말한다. 이를 통해 단방향 링크드 리스트인 스코프 체인을 구현한다.

  3. this 바인딩(This binding): 렉시컬 환경의 this에 바인딩된 객체(ThisBinding)를 나타낸다. this 바인딩은 추상 연산 ResolveThisBinding을 통해 결정할 수 있다.

7. 실행 컨텍스트의 생성과 식별자 검색 과정

아래 예제를 통해 어떻게 실행 컨텍스트가 생성되고 코드 실행 결과가 관리되는지 그리고 어떻게 실행 컨텍스트를 통해 식별자를 검색하는지 살펴보도록 하자.

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

7.1. 전역 객체 생성

전역 객체는 전역 코드가 평가되기 이전에 생성된다. 이때 전역 객체에는 전역 프로퍼티와 전역 함수, 빌트인 객체가 추가되며 동작 환경(클라이언트 사이드 또는 서버 사이드)에 따라 클라이언트 사이드 Web API(DOM, BOM, Canvas, XMLHttpRequest, Fetch, requestAnimationFrame, SVG, Web Storage, Web Component, Web worker 등) 또는 특정 환경을 위한 API를 포함한다.

전역 객체도 Object.prototype을 상속받는다. 즉, 전역 객체도 프로토타입 체인의 일원이다.

전역 객체도 프로토타입 체인의 일원이다.

7.2. 전역 코드 평가

소스 코드가 로드되면 자바스크립트 엔진은 전역 코드를 평가한다. 전역 코드 평가는 아래 순서로 진행된다.

1. 전역 실행 컨텍스트 생성
2. 전역 렉시컬 환경 생성
  2.1. 전역 환경 레코드 생성
    2.1.1. 객체 환경 레코드 생성
    2.1.2. 선언적 환경 레코드 생성
  2.2. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 할당
  2.3. this 바인딩

위 과정을 거쳐 생성된 전역 실행 컨텍스트와 렉시컬 환경은 아래와 같다.

전역 실행 컨텍스트와 렉시컬 환경

세부적인 생성 과정에 대해 순서대로 살펴보자.

1. 전역 실행 컨텍스트 생성

먼저 전역 실행 컨텍스트를 생성한다. 그리고 즉시 실행 컨텍스트 스택에 생성된 전역 실행 컨텍스트를 푸시한다. 이때 전역 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택의 최상위, 즉 실행 중인 실행 컨텍스트(running execution context)가 된다.

전역 실행 컨텍스트 생성

2. 전역 렉시컬 환경 생성

전역 렉시컬 환경(Global Lexical Environment)을 생성하고 전역 실행 컨텍스트의 LexicalEnvironment 컴포넌트와 VariableEnvironment 컴포넌트에 바인딩한다.

전역 렉시컬 환경 생성

“22.5 렉시컬 환경” 살펴보았듯이 렉시컬 환경은 3가지 컴포넌트, 즉 환경 레코드, 외부 렉시컬 환경에 대한 참조, this 바인딩으로 구성된다.

2.1. 전역 환경 레코드 생성

전역 렉시컬 환경을 구성하는 컴포넌트 중 하나인 전역 환경 레코드(Global Environment Record)는 객체 환경 레코드(Object Environment Record)와 선언적 환경 레코드(Declarative Environment Record)로 구성되어 있다. 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드는 서로 협력하여 전역 스코프와 전역 객체(전역 변수의 전역 객체 프로퍼티화)를 관리한다.

2.1.1. 객체 환경 레코드 생성

var 키워드로 선언된 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수는 객체 환경 레코드에 등록되고 관리된다.

객체 환경 레코드는 bindingObject라고 부르는 객체와 연결된다. 객체 환경 레코드에 등록한 식별자는 bindingObject의 프로퍼티가 된다. 그리고 객체 환경 레코드에서 식별자를 검색하면 bindingObject의 프로퍼티를 검색하여 반환한다.

전역 환경 레코드의 객체 환경 레코드에 바인딩되는 bindingObject는 전역 객체이다. 따라서 전역 환경 레코드의 객체 환경 레코드에 등록한 식별자, 즉 var 키워드로 선언된 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 함수는 전역 객체의 프로퍼티가 된다. 이때 등록된 식별자를 전역 환경 레코드의 객체 환경 레코드에서 검색하면 전역 객체의 프로퍼티를 검색하여 반환한다.

이것이 var 키워드로 선언된 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수가 전역 객체의 프로퍼티와 메소드가 되고 전역 객체의 식별자(window) 없이 전역 객체의 프로퍼티를 참조(예를 들어 window.alert을 alert으로 참조) 할 수 있는 메커니즘이다.

위 예제의 전역 변수 x와 전역 함수 foo는 객체 환경 레코드에 등록되고 객체 환경 레코드의 bindingObject에 바인딩되어 있는 전역 객체의 프로퍼티와 메소드가 된다.

var x = 1;
const y = 2;

function foo (a) {
...

전역 환경 레코드의 객체 환경 레코드

변수 x는 var 키워드로 선언한 변수이다. 따라서 “선언 단계”와 “초기화 단계”가 동시에 진행된다. (“4.2 변수 선언” 참고) 다시 말해, 전역 코드 평가 시점에 객체 환경 레코드에 바인딩된 bindingObject에 변수 식별자를 등록한 다음, 암묵적으로 undefined를 바인딩한다.

따라서 var 키워드로 선언한 변수는 코드 실행 단계(현 시점은 코드 실행 단계가 아니라 코드 평가 단계이다.)에서 변수 선언문 이전에도 참조할 수 있다. 단, 변수 선언문 이전에 참조한 변수의 값은 언제나 undefined이다. var 키워드로 선언한 변수에 할당한 함수 표현식도 이와 동일하게 동작한다. 이것이 변수 호이스팅이 발생하는 원인이다.

함수 선언문으로 정의한 함수가 평가되면 함수명과 동일한 이름의 식별자를 객체 환경 레코드에 등록하고 생성된 함수 객체를 즉시 할당한다. 이것이 변수 호이스팅과 함수 호이스팅의 차이이다. 즉, 함수 선언문으로 정의한 함수는 함수 선언문 이전에 호출할 수 있다.

2.1.2. 선언적 환경 레코드 생성

var 키워드로 선언된 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수 이외의 선언, 즉 let, const 키워드로 선언된 전역 변수(let, const 키워드로 선언한 변수에 할당한 함수 표현식 포함)는 선언적 환경 레코드에 등록되고 관리된다.

전역 환경 레코드의 선언적 환경 레코드

변수 y는 const 키워드로 선언한 변수이다. 따라서 “선언 단계”와 “초기화 단계”가 분리되어 진행한다. 따라서 초기화 단계, 즉 변수 할당문이 실행이 되기 이전까지 일시적 사각지대(Temporal Dead Zone; TDZ)에 빠지게 된다.

위 그림의 <uninitialized>는 초기화가 실행되지 않아 접근할 수 없음을 나타내기 위해 사용한 표현이다. 실제로 <uninitialized>라는 값이 바인딩된 것이 아니다.

let, const 키워드로 선언한 변수도 변수 호이스팅이 발생하는 것은 변함이 없다. 단, let, const 키워드로 선언한 변수는 변수 할당문이 실행이 되기 이전까지 일시적 사각지대에 빠지기 때문에 참조할 수 없다.

var 키워드로 선언된 전역 변수는 전역 객체의 프로퍼티가 된다. 하지만 let, const 키워드로 선언한 전역 변수는 전역 객체의 프로퍼티가 되지 않고 전역 렉시컬 환경의 선언적 환경 레코드에 별도 관리된다. 따라서 let, const 키워드로 선언한 전역 변수는 전역 객체의 프로퍼티가 되지 않는다.

2.2. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 할당

외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 현재 평가 중인 코드를 포함하는 외부 코드의 렉시컬 환경을 가리킨다. 이를 통해 스코프 체인을 구현한다.

현재 평가 중인 코드는 전역 코드이다. 전역 코드를 포함하는 코드는 없으므로 전역 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에는 null을 할당한다. 이는 전역 렉시컬 환경이 스코프 체인의 최상위에 존재함을 의미한다.

외부 렉시컬 환경에 대한 참조

외부 렉시컬 환경에 대한 참조를 통해 스코프 체인을 구현하는 메커니즘에 대해서는 함수 코드 평가에서 좀 더 자세히 살펴보도록 하자.

2.3. this 바인딩

전역 환경 레코드의 this에는 전역 객체가 바인딩된다.

this 바인딩

7.3. 전역 코드 실행

이제 전역 코드가 순차적으로 실행되기 시작한다. 변수 할당문이 실행되어 전역 변수 x, y에 값이 할당된다. 그리고 함수 foo가 호출된다. 변수 할당문과 함수 호출이 실행되려면 먼저 식별자를 검색해야 한다.

식별자를 검색할 때는 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검색한다. 현재 실행 중인 실행 컨텍스트는 전역 실행 컨텍스트이므로 전역 렉시컬 환경에서 식별자 x, y, foo를 검색한다.

만약 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검색할 수 없으면 외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 렉시컬 환경으로 이동하여 식별자를 검색한다. 이것이 바로 스코프 체인의 동작 원리이다. 하지만 전역 렉시컬 환경은 스코프 체인의 종점이므로 전역 렉시컬 환경에서 검색할 수 없는 식별자는 참조 에러(RefferenceError)를 발생시킨다.

변수 할당문은 렉시컬 환경에 등록한 식별자를 검색하여 바인딩 값을 변경하는 것이다. 함수 호출은 렉시컬 환경에 등록한 식별자를 검색하여 바인딩된 함수 객체를 호출하는 것이다.

전역 코드의 실행

이처럼 실행 컨텍스트는 실행 가능한 코드를 평가하고 실행하기 위해 필요한 환경을 제공하고 코드의 실행 결과를 실제로 관리하는 영역이다.

7.4. foo 함수 코드 평가

예제 코드를 다시 한번 살펴보자. 현재 전역 코드 평가를 통해 전역 실행 컨텍스트가 생성되었고 전역 코드를 실행하고 있다. 현재 진행 상황은 foo 함수를 호출하기 직전이다.

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

foo 함수가 호출되면 전역 코드의 실행을 일시 중단하고 foo 함수 내부로 코드의 제어권이 이동한다. 그리고 함수 코드를 평가하기 시작한다. 함수 코드 평가는 아래 순서로 진행된다.

1. 함수 실행 컨텍스트 생성
2. 함수 렉시컬 환경 생성
  2.1. 함수 환경 레코드 생성
  2.2. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 할당
  2.3. this 바인딩

위 과정을 거쳐 생성된 foo 함수 실행 컨텍스트와 렉시컬 환경은 아래와 같다.

foo 함수 실행 컨텍스트와 렉시컬 환경

세부적인 생성 과정에 대해 순서대로 살펴보자.

1. 함수 실행 컨텍스트 생성

먼저 foo 함수 실행 컨텍스트를 생성한다. 생성된 함수 실행 컨텍스트는 함수 렉시컬 환경이 완성된 다음 실행 컨텍스트 스택에 푸시된다.

2. 함수 렉시컬 환경 생성

foo 함수 렉시컬 환경(Function Lexical Environment)을 생성하고 foo 함수 실행 컨텍스트의 LexicalEnvironment 컴포넌트와 VariableEnvironment 컴포넌트에 바인딩한다.

foo 함수 실행 컨텍스트와 렉시컬 환경 생성

“22.5 렉시컬 환경” 살펴보았듯이 렉시컬 환경은 3가지 컴포넌트, 즉 환경 레코드, 외부 렉시컬 환경에 대한 참조, this 바인딩으로 구성된다.

2.1. 함수 환경 레코드 생성

함수 렉시컬 환경을 구성하는 컴포넌트 중 하나인 함수 환경 레코드(Function Environment Record)는 매개 변수, arguments 객체, 함수 내에서 선언한 변수와 함수 정의를 등록하고 관리한다.

함수 환경 레코드의 환경 레코드

2.2. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 할당

외부 렉시컬 환경에 대한 참조에는 foo 함수 정의가 평가된 시점에 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조가 저장된다.

foo 함수는 전역 코드에 정의된 전역 함수이다. 따라서 foo 함수는 전역 코드 평가 시점에 평가된다. 이 시점의 실행 중인 실행 컨텍스트는 전역 실행 컨텍스트이다. 따라서 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에는 전역 렉시컬 환경의 참조가 저장된다.

외부 렉시컬 환경에 대한 참조

함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]
자바스크립트의 모든 함수는 함수 정의가 평가되어 함수 객체를 생성할 때, 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경을 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장한다. 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]이 바로 렉시컬 스코프를 구현하는 메커니즘이다.
함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]와 렉시컬 스코프는 클로저를 이해할 수 있는 중요한 단서이다. 이에 대해서는 “23. 클로저”에서 자세히 살펴보도록 하자.

2.3. this 바인딩

foo 함수는 일반 함수로 호출되었므로 this는 window를 가리킨다. 함수 렉시컬 환경이 완성되었다. 이제 전역 코드의 실행을 일시 중단하고 실행 컨텍스트 스택에 생성된 전역 실행 컨텍스트를 푸시한다. 이때 foo 함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택의 최상위, 즉 실행 중인 실행 컨텍스트(running execution context)가 된다.

this 바인딩

7.5. foo 함수 코드 실행

이제 foo 함수 코드가 순차적으로 실행되기 시작한다. 매개 변수에 인수가 할당되고, 변수 할당문이 실행되어 지역 변수 x, y에 값이 할당된다. 그리고 함수 bar가 호출된다.

이를 위해 필요한 식별자를 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 검색한다. 현재 실행 중인 실행 컨텍스트는 foo 함수 실행 컨텍스트이므로 foo 함수 렉시컬 환경에서 식별자 x, y를 검색한다. 만약 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검색할 수 없으면 외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 렉시컬 환경으로 이동하여 식별자를 검색한다. 다행히 모든 식별자는 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 모두 검색할 수 있다. 검색된 식별자에 값을 바인딩한다.

foo 함수 코드의 실행

7.6. bar 함수 코드 평가

예제 코드를 다시 한번 살펴보자. 현재 foo 함수 코드 평가를 통해 foo 함수 실행 컨텍스트가 생성되었고 foo 함수 코드를 실행하고 있다. 현재 진행 상황은 bar 함수를 호출하기 직전이다.

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

bar 함수가 호출되면 함수 내부로 코드의 제어권이 이동한다. 그리고 함수 코드를 평가하기 시작한다. 실행 컨텍스트와 렉시컬 환경의 생성 과정은 foo 함수 코드 평가와 동일하다. 생성된 bar 함수 실행 컨텍스트와 렉시컬 환경은 아래와 같다.

bar 함수 실행 컨텍스트와 렉시컬 환경

7.7. bar 함수 코드 실행

이제 bar 함수 코드가 순차적으로 실행되기 시작한다. 매개 변수에 인수가 할당되고, 변수 할당문이 실행되어 지역 변수 z에 값이 할당된다.

bar 함수 코드의 실행

그리고 console.log(a + b + x + y + z);가 실행된다. 이 코드는 아래의 순서로 실행된다.

1. 식별자 console 검색

먼저 console 식별자를 스코프 체인에서 검색한다. 스코프 체인은 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 시작하여 외부 렉시컬 환경에 대한 참조로 이어지는 렉시컬 환경의 연속이다. 따라서 식별자를 검색할 때는 언제나 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 검색하기 시작한다.

실행 중인 실행 컨텍스트는 bar 함수 실행 컨텍스트이다. 따라서 bar 함수 실행 컨텍스트의 bar 함수 렉시컬 환경(bar Lexical Environment)에서 console 식별자 검색을 시작한다. 이곳에는 console 식별자가 없으므로 스코프 체인 상의 상위 스코프, 즉 외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 foo 함수 렉시컬 환경(foo Lexical Environment)으로 이동하여 console 식별자를 검색한다.

이곳에도 console 식별자가 없으므로 스코프 체인 상의 상위 스코프, 즉 외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 전역 렉시컬 환경(Global Lexical Environment)으로 이동하여 console 식별자를 검색한다.

전역 렉시컬 환경은 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드로 구성되어 있다. console 식별자는 객체 환경 레코드의 binginObject, 즉 전역 객체에서 찾을 수 있다.

2. log 메소드 검색

이제 console 식별자에 바인딩된 객체, 즉 console 객체에서 log 메소드를 검색한다. 이때 console 객체의 프로토타입 체인을 통해 메소드를 검색한다. log 메소드는 상속된 프로퍼티가 아니라 console 객체가 직접 소유하는 프로퍼티이다.

3. 표현식 a + b + x + y + z의 평가

이제 console.log 메소드에 전달할 인수, 즉 표현식 a + b + x + y + z를 평가하기 위해 식별자 a, b, x, y, z 검색한다. 식별자는 스코프 체인, 즉 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 시작하여 외부 렉시컬 환경에 대한 참조로 이어지는 렉시컬 환경의 연속에서 검색한다.

식별자 a는 foo 함수 렉시컬 환경에서, 식별자 b는 bar 함수 렉시컬 환경에서, 식별자 x와 y는 foo 함수 렉시컬 환경에서, 식별자 z는 bar 함수 렉시컬 환경에서 검색된다.

식별자 검색

4. console.log 메소드 호출

표현식 a + b + x + y + z가 평가되어 생성한 값 42(20 + 10 + 3 + 4 + 5)를 console.log 메소드에 전달하여 호출한다.

7.8. bar 함수 코드 실행 종료

console.log 메소드가 호출되고 종료하면 더 이상 실행할 코드가 없으므로 bar 함수 코드의 실행이 종료된다. 이때 실행 컨텍스트 스택에서 bar 함수 실행 컨텍스트가 팝되어 제거되고 foo 실행 컨텍스트가 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다.

bar 함수 코드 실행 종료

실행 컨텍스트 스택에서 bar 함수 실행 컨텍스트가 제거되었다고 해서 bar 함수 렉시컬 환경까지 즉시 소멸하는 것은 아니다. 렉시컬 환경은 실행 컨텍스트에 의해 참조되기는 하지만 독립적인 객체이다. 객체를 포함한 모든 값은 누군가에 의해 참조되지 않을 때 비로소 가비지 컬렉터에 의해 소멸한다.
bar 함수 실행 컨텍스트가 소멸되었다 하더라도 만약 bar 함수 렉시컬 환경을 누군가 참조하고 있다면 bar 함수 렉시컬 환경은 소멸하지 않는다.

7.9. foo 함수 코드 실행 종료

bar 함수가 종료하면 더 이상 실행할 코드가 없으므로 foo 함수 코드의 실행이 종료된다. 이때 실행 컨텍스트 스택에서 foo 함수 실행 컨텍스트가 팝되어 제거되고 전역 실행 컨텍스트가 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다.

foo 함수 코드 실행 종료

7.10. 전역 코드 실행 종료

foo 함수가 종료하면 더 이상 실행할 코드가 없으므로 전역 코드의 실행이 종료된다. 하지만 전역 코드의 실행 종료가 실행 컨텍스트 스택에서 전역 실행 컨텍스트의 제거를 의미하지는 않는다.

전역 실행 컨텍스트는 브라우저를 종료하여 애플리케이션을 종료시킬 때까지 실행 컨텍스트 스택에서 제거되지 않고 유지된다. 따라서 전역 렉시컬 환경에 등록된 전역 변수와 전역 함수의 생명 주기는 애플리케이션의 생명 주기와 일치한다.

아직 살펴보지 않았지만 버튼 클릭 등의 이벤트가 발생하면 호출되는 함수인 이벤트 핸들러도 실행 컨텍스트 스택에 푸시된다.

<!DOCTYPE html>
<html>
<body>
  <button class="my-button">click me!</button>
  <script>
    // 전역 변수
    const greeting = 'Hi!';

    // 이벤트 핸들러 등록
    // 이벤트 핸들러는 이벤트가 발생하면 실행 컨텍스트 스택에 푸시된다.
    document.querySelector('.my-button').onclick = function () {
      console.log(greeting);
    };
  </script>
</body>
</html>

만약 전역 코드의 실행이 종료되었을 때 실행 컨텍스트 스택에서 전역 실행 컨텍스트를 제거한다면 이벤트 핸들러는 전역 렉시컬 환경이 관리하는 전역 변수나 전역 변수는 물론 전역 객체, 빌드인 객체, Web API 등을 사용할 수 없게 된다.

8. 실행 컨텍스트와 블록 레벨 스코프

“14. let, const 키워드와 블록 레벨 스코프”에서 살펴본 바와 같이 var 키워드로 선언한 변수는 오로지 함수의 코드 블록 만을 지역 스코프로 인정하는 함수 레벨 스코프를 따른다. 하지만 let 키워드로 선언한 변수는 모든 코드 블록(함수, if 문, for 문, while 문, try/catch 문 등) 을 지역 스코프로 인정하는 블록 레벨 스코프(Block-level scope)를 따른다.

아래 예제를 살펴보자.

let x = 1;

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

console.log(x); // 1

if 문이 실행되면 if 문의 블록 레벨 스코프를 생성해야 한다. 이를 위해 if 문의 렉시컬 환경을 생성하고 새롭게 생성된 if 문의 렉시컬 환경을 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경으로 교체한다.

if 문의 렉시컬 환경

if 문 실행이 종료되면 if 문이 실행되기 이전의 렉시컬 환경을 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경으로 되돌린다.

if 문의 렉시컬 환경에서 이전 렉시컬 환경으로 복귀

for 문의 경우, 반복될 때마다 새로운 렉시컬 환경을 생성한다. 만약 for 문 내에서 정의된 함수가 있다면 이 함수의 상위 스코프는 for 문이 생성한 렉시컬 환경이다. 이때 함수의 상위 스코프는 for 문이 반복될 때 마다 식별자(초기화 변수 및 for 문 내 지역 변수 등)의 값을 유지해야 한다. 이를 위해 반복될 때마다 새로운 렉시컬 환경을 생성하여 식별자의 값을 유지한다. 이에 대해서는 “클로저”에서 자세히 살펴보도록 하자.

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