실행 컨텍스트 (Execution Context)

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JavaScript, Hoisting, Execution Context

개요

자바스크립트의 실행 컨텍스트에 대해 정리한 페이지입니다.

실행 컨텍스트란?

실행 컨텍스트(Execution Context)란 실행할 코드에 제공한 환경 정보들을 모아놓은 객체로, 코드가 실제로 실행될 때 그 코드의 변수, 함수, 스코프, this 바인딩 등 실행에 필요한 모든 정보를 관리하는 내부 메커니즘입니다. 자바스크립트는 어떤 실행 컨텍스트가 활성화되는 시점에 선언된 변수를 위로 끌어올리고(=호이스팅, Hoisting), 외부 환경 정보를 구성하고, this 값을 설정하는 등의 동작을 수행합니다. 동일한 환경에 있는 코드들을 실행할 때 필요한 환경 정보들을 모아 컨텍스트를 구성하고, 이를 콜 스택(Call Stack)에 쌓아올렸다가, 가장 위에 쌓여있는 컨텍스트와 관련 있는 코드들을 실행하는 식으로 전체 코드의 환경과 순서를 보장합니다.

실행 컨텍스트 종류

실행 컨텍스트를 구성할 수 있는 방법으로 전역 공간, 함수, eval 함수가 있습니다. 각 실행 컨텍스트에 대해 정리하자면 다음과 같습니다.

• 전역 실행 컨텍스트(Global Execution Context)

  페이지나 스크립트가 로드될 때 자동으로 생성되며, 브라우저에서는 window 객체와 연결되고 Node.js에서는 global 객체와 연결됩니다. 전역 실행 컨텍스트는 변수 객체를 생성하는 대신 전역 객체를 활용하며, 전역 객체에는 브라우저의 window 객체, Node.js의 global 객체 등이 있습니다. 이들은 자바스크립트 내장 객체(Native Object)가 아닌 호스트 객체(Host Object)로 분류됩니다. 이 컨텍스트는 프로그램이 종료될 때까지 유지되며, 전역에 선언된 변수나 함수가 모두 포함됩니다. 따라서 전역 실행 컨텍스트에서 선언된 변수와 함수는 프로그램 내 어디서든 접근이 가능합니다. 또한 기본적으로 자바스크립트는 싱글 스레드이기 때문에, 전역 실행 컨텍스트는 오직 하나만 존재합니다.

• 함수 실행 컨텍스트(Function Execution Context)

  함수가 호출될 때마다 생성되며, 각 함수는 자신만의 컨텍스트를 가집니다. 이 컨텍스트 내에서 선언된 변수와 함수는 해당 함수 내에서만 유효하며, 함수가 종료되면 해당 컨텍스트도 함께 사라집니다.

• Eval 실행 컨텍스트

  eval() 함수로 실행되는 코드에 대해 생성되지만, 보안과 성능 문제로 거의 사용되지 않습니다.

실행 컨텍스트와 콜 스택

실행 컨텍스트가 콜 스택에 어떤 순서로 쌓이는지 다음 자바스크립트 코드를 통해 확인해보도록 하겠습니다.

// 자바스크립트 코드를 실행하는 순간 전역 실행 컨텍스트가 콜 스택에 담깁니다.
console.log(a); // undefined

var a = 1;

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

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

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

먼저 위의 사진과 같이 처음 자바스크립트 코드가 실행되는 순간 자동으로 전역 실행 컨텍스트가 콜 스택에 담기게 됩니다.

이후 outer 함수가 호출되면 자바스크립트 엔진은 outer에 대한 환경 정보를 수집해서 outer 실행 컨텍스트를 생성한 후 콜 스택에 담습니다. 콜 스택 맨 위에 outer 실행 컨텍스트가 놓인 상태이므로 전역 실행 컨텍스트와 관련된 코드의 실행을 일시 중단하고 outer 실행 컨텍스트와 관련된 코드, 즉 outer 함수 내부의 코드를 순서대로 실행합니다.

outer 함수 내부에서 inner 함수가 호출되면 inner 실행 컨텍스트를 생성한 후 콜 스택에 담습니다. outer 실행 컨텍스트와 관련된 코드의 실행을 일시 중단하고 inner 함수 내부의 코드를 순서대로 실행합니다.

이후 inner 함수의 실행이 종료되면 콜 스택에서 inner 실행 컨텍스트를 제거합니다. 콜 스택에서 inner 실행 컨텍스트를 제거하여 콜 스택 맨 위에 outer 실행 컨텍스트가 놓인 상태이므로 outer 함수 내부에서 inner 함수를 호출하는 코드 이후부터 실행합니다.

outer 함수의 실행이 종료되면 콜 스택에서 outer 실행 컨텍스트를 제거합니다. 콜 스택에서 outer 실행 컨텍스트를 제거하여 콜 스택에는 전역 실행 컨텍스트만 남게 됩니다.

마지막으로 자바스크립트 코드 실행이 종료되면 전역 공간에는 실행할 코드가 남아 있지 않으므로 콜 스택에서 전역 실행 컨텍스트를 제거하여 콜 스택에는 아무 것도 없는 상태로 종료됩니다.

실행 컨텍스트의 구성 요소

어떤 실행 컨텍스트가 생성될 때 자바스크립트 엔진은 해당 실행 컨텍스트에 관련된 코드들을 실행하는 데 필요한 환경 정보들을 수집해서 실행 컨텍스트 객체에 저장합니다. 실행 컨텍스트의 구성 요소들은 다음과 같습니다.

• VariableEnvironment

  현재 실행 컨텍스트 내의 식별자(변수)와 함수 선언 등 초기 상태 정보를 저장합니다. 선언 시점의 LexicalEnvironment의 스냅샷(Snapshot)을 저장하며, 변경 사항은 반영하지 않습니다. 실행 컨텍스트를 생성할 때 VariableEnvironment에 정보를 먼저 담은 다음, 이를 그대로 복사해서 LexicalEnvironment를 만듭니다.

  VariableEnvironment 내부는 environmentRecord(snapshot)와 outerEnvironmentReference(snapshot)으로 구성됩니다. VariableEnvironment는 스냅샷 유지 목적으로 사용되고, 주로 아래의 LexicalEnvironment를 활용합니다.

  • environmentRecord(snapshot)
  • outerEnvironmentReference(snapshot)

• LexicalEnvironment

  처음에는 VariableEnvironment와 동일하지만 변경 사항이 실시간으로 반영됩니다. LexicalEnviroment는 다음 두 부분으로 구성됩니다.

  • environmentRecord

    현재 실행 컨텍스트와 관련된 코드의 식별자 정보들을 저장합니다. 여기서 식별자란, 컨텍스트를 구성하는 함수에 지정된 매개변수 식별자, 선언한 함수가 있는 경우 그 함수 자체, var로 선언된 변수의 식별자 등을 의미합니다. 실행 컨텍스트 내부 전체를 처음부터 끝까지 확인하면서 순서대로 수집합니다.

    코드 실행 전에 자바스크립트 엔진이 먼저 모든 식별자 정보를 수집하는 호이스팅 (Hoisting) 현상이 바로 이 과정에서 발생합니다.

  • outerEnvironmentReference

    스코프(Scope)란 식별자에 대한 유효범위를 의미합니다. 즉, 특정 변수나 함수를 어느 위치에서 참조할 수 있는지를 나타내며, 만약 스코프에서 벗어난 위치에서 참조할 경우 ReferenceError가 발생합니다. 스코프의 개념은 대부분의 언어에서 존재하지만, ES5까지의 자바스크립트는 특이하게도 오직 함수에 의해서만 스코프가 생성됩니다.

    outerEnvironmentReference는 현재 실행 컨텍스트가 속한 상위 스코프(LexicalEnvironment)를 참조하는 포인터로, 스코프 체인(Scope Chain)을 형성해 상위 스코프를 참조합니다. outerEnvironmentReference는 현재 호출된 함수가 선언될 당시의 LexicalEnvironment를 참조합니다. 만약 현재 실행 컨텍스트 내에서 식별자를 찾지 못하면 이 참조를 따라 상위 컨텍스트에서 변수를 검색하게 됩니다. 또한 여러 스코프에서 동일한 식별자를 선언한 경우, 무조건 스코프 체인 상에서 가장 먼저 발견된 식별자에만 접근 가능하게 됩니다.

• ThisBinding

  실행 컨텍스트가 생성될 때, 해당 컨텍스트 내에서 사용될 this 식별자가 가리키는 대상 객체가 결정됩니다. 실행 컨텍스트 활성화 당시에 this가 지정되지 않은 경우 this에는 전역 객체가 저장됩니다.

실행 컨텍스트의 생성 및 실행 과정

실행 컨텍스트는 크게 생성 단계(Creation Phase)와 실행 단계(Execution Phase)로 구분됩니다.

생성 단계 (Creation Phase)

VariableEnvironment와 LexicalEnvironment 생성

먼저 코드가 실행되기 전에 자바스크립트 엔진은 현재 실행 컨텍스트에 포함된 모든 식별자(변수, 함수, 매개변수 등)를 environmentRecord에 등록합니다. 이 때 var로 선언된 변수는 선언과 동시에 초기값(undefined)으로 설정되며, 함수 선언문은 함수 전체(선언과 정의)가 등록되어 호이스팅됩니다.

this 바인딩 결정

실행 컨텍스트의 종류와 함수 호출 방식에 따라 this가 결정됩니다. this 바인딩에 대해선 다음 링크를 참고하시길 바랍니다.

자바스크립트 this

outerEnvironmentReference 설정

현재 실행 컨텍스트가 속한 상위 스코프의 LexicalEnvironment가 할당되어 스코프 체인이 형성됩니다.

실행 단계 (Execution Phase)

코드의 각 줄이 실제로 실행되면서 변수에 값이 할당되고 함수가 호출되며 실제 연산이 진행됩니다.

참고 자료

• 실행 컨텍스트
• 코어 자바스크립트 - 예스 24
• JS Execution Context (실행 컨텍스트) 란?
• 자바스크립트 실행 컨텍스트