JS Execution Context

Java Script의 핵심 동작원리 중 하나인 Execution Context(실행 컨텍스트)에 대해 내가 이해한 만큼 기록해보자
이 글은 모던 자바스크립트 Deep Dive 책을 참조한 글이다.

실행 컨텍스트(Execution Context)는 무엇일까?

• 자바스크립트 기본 동작 원리 중 하나이다.
• ECMA 스펙에서 실행 컨텍스트는 실행 가능한 코드를 형상화하고 구분하는 추상적인 개념이라고 정의한다.
• 실행 가능한 코드가 실제로 실행되고 관리 되는 영역을 의미한다.
• 자바스크립트 엔진이 코드를 실행할 때 필요한 정보를 의미한다.

자바스크립트 코드는 어떻게 동작하고 있을까?

간략하게 개념 이해하기

Java Script 엔진은 소스 코드를 평가와 실행, 크게 2가지 과정으로 나누어 동작한다.

• 평가
  • 실행 가능한 코드(Execution Code) 를 만나면 그 코드를 평가해서 실행 컨텍스트(Execution Context) 로 만든다.
  • 이 때 변수/함수 등의 선언문만 먼저 실행하여 식별자를 키로 실행 컨텍스트가 렉시컬 환경 에 등록된다.
  • 이 때 등록되는 정보들은 다음과 같다.
    • 어떤 파라미터와 변수, 함수들이 있는지 (실제 아직 그것이 어떤 값을 갖게 되는지, 어떤 내용의 함수인지는 모르지만)
    • 어떤 스코프를 갖게되는지
    • This를 어떻게 바인딩할 것인지 등등
• 실행
  • 평가 과정이 끝나고 선언문을 제외한 소스코드가 순차적으로 실행된다.(런타임)
  • 이 때, 필요한 정보(변수나 함수의 참조)들은 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프인 렉시컬 환경에서 검색하여 얻는다.
  • 변수값의 변경 등 실행 결과는 다시 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록된다.

여기서 렉시컬 환경(Lexical Environment) 이란 식별자와 식별자에 바인딩된 값, 그리고 상위 스코프에 대한 참조를 기록하는 자료구조로 실행 컨텍스트를 구성하는 컴포넌트이다.(아래에서 더 자세히 다룰 것)

이 때 실행 가능한 코드 는 다음과 같다.

• 전역 코드: 전역의 정의된 함수 (클래스의 내부는 포함 x)
• 함수 코드: 함수 내부에 존재하는 코드 (함수 내부에 중첩된 클래스, 함수 내부 코드는 포함 x)
• eval 코드: eval 함수 (모던 Java Script에선 잘 쓰이지 않는다. 이유는 따로 언급 하지 않겠다.)

  위 실행 가능한 코드 에 따라서 실행 컨텍스트 를 초기화하는 환경과 과정이 다르다.
  특히 eval 함수는 렉시컬 환경(Lexical Environment) 이 아닌 별도의 동적 환경에서 실행된다.

정리하기

const x = 1;
const y = 2;

function foo(a) {
  const x = 10;
  const y = 20;

  console.log(a + x + y);
}

foo(100);

console.log(x + y);

위 자바스크립 코드에 대한 평가와 실행 과정을 정리하면 다음과 같다.

1. 전역 코드 평가

   • 선언문만 먼저 실행. 생성된 식별자는 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록
   • var로 선언된 전역변수, 함수는 전역 객체의 프로퍼티에 등록

2. 전역 코드 실행

   • 런타임이 시작되어 코드가 순차적으로 실행됨

   • 함수가 호출되면 전역 코드의 실행을 일시 중단하고 함수 내부로 진입.

     → 실행 컨텍스트는 실행 스택(Execution Stack, 흔히 콜스택이라고 부름) 에 쌓임(아래에서 자세히 설명할 것).

3. 함수 코드 평가

   • 매개변수, 지역변수 선언문이 먼저 실행. 생성된 식별자를 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록
   • arguments 객체가 생성되어 지역 스코프에 등록, this 바인딩 결정

4. 함수 코드 실행

   • 값의 할당이 이루어지고, console.log 메서드 호출됨.
   • console을 스코프 체인에서 검색. 지역 스코프에 없으니 스코프 체인을 타고 전역 스코프를 통해 전역 객체의 프로퍼티로 등록되어있는 console에 접근한다
   • log 프로퍼티를 console객체의 프로토타입 체인을 통해 검색한다.
   • 스코프 체인을 통해 a + x + y를 평가한다. → 130이 나올것임
   • 맨 밑 console.log(x + y)에서는 x + y를 평가할 때 전역 스코프에서 식별자를 찾기 때문에 3이 나올것임

콜 스택(Call Stack), 실행 스택(Execution Stack)

실행 컨텍스트를 본격적으로 알아보기 전에 콜 스택이 뭔지 짚고 넘어가자
콜스택, 실행 스택 모두 같은 녀석을 부르는 명칭이다.

실행 스택은 런타임에 실행 컨텍스트를 저장하기 위해 자바스크립트 엔진에 의해 생성되고 관리되는 Last-In-First-Out(LIFO) 스택의 자료구조이다.

실행 스택의 가장 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트는 언제나 현재 실행 중인 코드의 실행 컨텍스트이다.

프로그램(코드 파일)이 실행되면 맨 처음 기준이 되는 Global EC(Global Execution Context)가 생성되고 실행 스택에 푸시되고 실행된다.

실행 도중 함수 호출 문을 만나면 해당 함수의 Functional EC(Functional Execution Context)가 생성되고 스택에 푸시되고 실행된다.

실행이 끝난 컨텍스트는 스택에서 제거(pop)된다.

스택이 빌 때까지 위의 작업을 반복하고 Global EC까지 소멸되면 프로그램이 종료된다.

이 동작을 시각화하면 아래와 같다.

실행 컨텍스트는 어떻게 생겼을까?

실행 컨텍스트의 구성

실행 컨텍스트는 LexicalEnvironment와 VariableEnvironment 컴포넌트로 구성되어있다.

실행 컨텍스트를 수도 코드로 나타내면 다음과 같다.

ExecutionContext = {
   LexicalEnvironment: {
      EnvironmentRecord: <ref. to LexicalEnvironment in memory>,
      outer: <ref. to LexicalEnvironment in memory>,
      ThisBinding: < ... >,
   }
   VariableEnvironment: {
      EnvironmentRecord: <ref. to LexicalEnvironment in memory>,
      outer: <ref. to LexicalEnvironment in memory>,
      ThisBinding: < ... >,
   },
}

렉시컬 환경(Lexical Environment), 변수 환경(VariableEnvironment) 두 컴포넌트는 기본적으로 Lexical Environment에 대한 참조이다.
처음에는 같은 Lexical Environment를 참조하나 코드 상황에 따라 참조가 바뀌기도 한다. 참고

렉시컬 환경(Lexical Environment)

Lexical Environment는 스펙에만 존재하는 추상적인 개념이다.
따라서 직접 Lexical Environment를 조회하거나 조작하는 것은 불가능하다.
이제 렉시컬 환경은 식별자와 식별자에 바인딩된 값, 그리고 상위 스코프에 대한 참조를 기록하는 자료구조로 실행 컨텍스트를 구성하는 컴포넌트이다. 라고 위에서 언급한 내용이 이해가 될 것이다.

렉시컬 환경은 다음과 같은 역할을 한다.

• 콜스택이 실행 순서를 관리한다면, 렉시컬 환경은 스코프와 식별자를 관리한다.
• 렉시컬 환경은 키-값을 가지는 객체 형태의 스코프를 생성하여 식별자를 키로 등록하여 식별자에 바인딩된 값을 관리한다.
  → 즉, 렉시컬 환경은 스코프를 구분하여 식별자를 등록하고 관리하는 저장소 역할을 한다.
• 렉시컬 환경은 환경 레코드 와 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 로 구성된다.
• 환경 레코드는 스코프에 포함된 식별자를 등록하고, 등록된 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 저장소이다.
• 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 상위 스코프를 가리킨다.
  → 단방향 링크드 리스트인 스코프 체인 구성

각 렉시컬 환경은 크게 3가지의 컴포넌트로 구성되며, 전역 렉시컬 환경과, 함수 렉시컬 환경이 존재한다.

전역 렉시컬 환경과 함수 렉시컬 환경의 내부 구조(모양)는 같지만 동작은 서로 다르다.
내부 동작 내용을 모두 정리하면 글이 매우 길어질 것이 우려되어 이 글에선 개념적인 내용만 다루도록하겠다.
추후 렉시컬 환경 내부 동작 내용을 다루는 글 작성할 것이다.

• Environment Record
• Outer (reference to the outer environment)
• This binding (ES6부터 This 바인딩은 Lexical Environment가 담당한다)

1. Environment Record

환경 레코드는 스코프에 포함된 식별자를 등록하고 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 저장소이다.
환경 레코드는 소스코드의 타입에 따라 관리하는 내용에 차이가 있다.
전역 환경 레코드인 경우 기존 var 키워드로 선언한 전역 변수와 ES6의 let, const로 선언한 전역 변수를 구분하여 관리하기 위해 전역 스코프를 관리하기 위해 Object Environment Record, Declarative Environment Record이 있다.

1.1 Object Environment Record

전역 환경 레코드를 구성하는 컴포넌트 중 하나인 객체 환경 레코드에서는 BindingObject(전역 객체가 생성될 때 생성되는 객체)라고 부르는 객체와 연결된다.
var 키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수는 전역 환경 레코드의 객체 환경 레코드에 연결된 BindingObject를 통해 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 된다.
이 때 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 프로퍼티를 참조할 수 있는 메커니즘이다.

예: window.alert을 alert만으로 참조 가능함

1.2 Declarative Environment Record

전역 환경 레코드를 구성하는 컴포넌트 중 하나인 선언적 환경 레코드에서는 var 키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의한 전역 함수 이외의 선언, 즉 let, const 키워드로 선언한 전역 변수(let, const 키워드로 선언한 변수의 할당한 함수 표현식 포함)는 선언적 환경 레코드에 등록되고 관리된다.
let, const로 키워드로 선언한 전역 변수는 var 키워드로 선언한 전역 변수와는 달리 전역 객체의 프로퍼티가 되지 않고 개념적인 블록 내에 존재하게 되는데, 여기서 개념적인 블록이 바로 전역 환경 레코드의 선언적 환경 레코드이다.

2. this 바인딩

말 그대로 this의 값이 정해지고 설정되는 곳이다.

2.1 전역 환경의 this 바인딩

전역 환경 레코드는 [[GlobalThisValue]]라는 내부 슬롯에 this가 바인딩된다.
일반적으로 전역 코드에서 this는 전역 객체를 가리키므로 전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에는 전역 객체(브라우저라면 window)가 바인딩된다.
전역 코드에서 this를 참조하면 전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에 바인딩되어 있는 객체가 반환된다.

2.1 함수 환경의 this 바인딩

함수 환경 레코드의 [[ThisValue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩된다.
[[ThisValue]] 내부 슬롯에 바인딩될 객체는 함수 호출 방식에 따라 결정된다.
만약 일반 함수로 호출되면 this는 전역 객체를 가리키게 되고 [[ThisValue]] 내부 슬롯에는 전역 객체가 바인딩된다.
일반 함수로 호출한 내부에서 this를 참조하면 함수 환경 레코드의 [[ThisValue]] 내부 슬롯에 바인딩되어 있는 객체가 반환된다.

3. Outer (reference to the outer environment)

외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 현재 평가 중인 소스코드를 포함하는 외부 소스코드의 렉시컬 환경, 즉 상위 스코프를 가리킨다.
이를 통해 단방향 링크드 리스트인 스코프 체인을 구현한다.

3.1 전역 환경일 때

전역 코드를 포함하는 소스코드는 없으므로 전역 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 null이 할당된다.
이는 전역 렉시컬 환경이 스코프 체인의 종점에 존재함을 의미한다.

3.2 함수 환경일 때

전역 함수일 경우 전역 코드 평가 시점에 평가되기 때문에 함수 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 전역 렉시컬 환경의 참조가 할당된다.
만약 함수 내부의 선언된 중첩 함수일 경우 부모 함수의 렉시컬 환경의 참조가 할당될 것이다.

이 처럼 함수는 어디서 호출했는지가 아니라 어디에 정의했느지에 따라 상위 스코프를 결정한다. 그리고 함수 객체는 자신이 정의된 스코프, 즉 상위 스코프를 기억한다.

자바스크립트 엔진은 함수 정의를 평가하여 함수 객체를 생성할 때 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경, 즉 함수의 상위 스코프를 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장한다.
함수 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 할당되는 것은 바로 함수의 상위 스코프를 가리키는 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 렉시컬 환경의 참조이다.

실행 컨텍스트의 생성과 식별자 검색 과정

이제 위 개념을 머리 속에 장착한 상태에서 예제 코드를 보며 실행 컨텍스트가 어떻게 생성되고 코드 실행 결과가 관리되는지, 그리고 어떻게 실행 컨텍스트를 통해 식별자를 검색하는지 생각해보자

var x = 1;
const y = 4;

function foo(a) {
  function bar(b) {
    const z = 5;
    console.log(a + b + x + y + z);
  }
  bar(10);
}

foo(20); // 42

1. 전역 객체 생성

전역 객체는 전역 코드가 평가되기 이전에 생성된다. 이때 전역 객체는 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 그리고 표준 빌트인 객체가 추가되며 동작 환경(클라이언트 사이드 또는 서버 사이드 Web API(DOM, BOM, Canvas, XMLHttpRequset, fetch, requestAnimationFrame, SVG, Web Storage, Web Component, Web Worker 등) 또는 특정 환경 을 위한 호스트 객체를 포함한다.
전역 객체도 Object.prototype을 상속받는다. 즉, 전역 객체도 프로토타입 체인의 일원이다.

// Object.prototype.toString
window.toString(); // -> "[object window]"

window.__proto__.__proto__.__proto__.__proto__ === Object.prototype; // -> true

2. 전역 코드 평가

소스코드가 로드되면 자바스크립트 엔진은 전역코드를 평가한다. 전역 코드 평가는 다음과 같은 순서로 진행된다.

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

1. 전역 실행 컨텍스트 생성

먼저 비어 있는 전역 실행 컨텍스트를 생성하여 실행 스택에 푸시한다. 이 때 전역 실행 컨텍스트는 실행 스택의 최상위, 즉 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다.

2. 전역 렉시컬 환경 생성

전역 렉시컬 환경을 생성하고 전역 실행 컨텍스트에 바인딩한다.
(렉시컬 환경은 환경 레코드와 외부 렉시컬 환경에 대한 참조로 구성된다.)

2.1 전역 환경 레코드 생성

전역 렉시컬 환경을 구성하는 컴포넌트인 전역 환경 레코드는 전역 변수를 관리하는 전역 스코프, 전역 객체의 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체를 제공한다.

모든 전역 변수가 전역 객체의 프로퍼티가 되는 ES6 이전에는 전역 객체가 전역 환경 레코드의 역할을 수행했다. 하지만 ES6의 let, const 키워드로 선언한 전역 변수는 전역 객체의 프로퍼티가 되지 않고 개념적인 블록 내에 존재하게 된다(여기서 개념적인 블록이란 전역 환경 레코드를 구성하는 2개의 컴포넌트 중 선언적 환경 레코드를 의미함)

이처럼 기존의 var 키워드로 선언한 전역 변수와 ES6의 let, const 키워드로 선언한 전역 변수를 구분하여 관리하기 위해 전역 스코프 역할을 하는 전역 환경 레코드는 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드로 구성되어 있다.

객체 환경 레코드는 기존의 전역 객체가 관리하던 var 키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의한 전역 함수, 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체를 관리하고, 선언적 환경 레코드는 let, const 키워드로 선언한 전역 변수를 관리한다. 즉, 전역 환경 레코드의 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

전역 환경 레코드를 구성하는 컴포넌트인 객체 환경 레코드는 BindingObject라고 부르는 객체와 연결된다. (전역 객체 생성 단계에서 생성된 객체)

전역 코드 평가 과정에서 var 키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수는 전역 환경 레코드의 객체 환경 레코드에 연결된 BindingObject를 통해 전역 객체의 프로퍼티와 매서드가 된다. 그리고 이때 등록된 식별자를 전역 환경 레코드의 객체 환경 레코드에서 검색하면 전역 객체의 프로퍼티를 검색한다.

위 코드에 일부분인 아래 예시에서 전역 함수 foo는 객체 환경 레코드를 통해 객체 환경 레코드의 BindingObject에 바인딩되어 있는 전역 객체의 프로퍼티와 매서드가 된다.

x 변수는 var 키워드로 선언한 변수다. 따라서 "선언 단계"와 "초기화 단계"가 동시에 진행된다. 다시 말해, 전역 코드 평가 시점에 객체 환경 레코드에 바인딩된 BindingObject를 통해 전역 객체에 변수 식별자를 키로 등록한 다음, 암묵적으로 undefined를 바인딩한다. 따라서 var 키워드로 선언한 변수는 코드 실행 단계(현 시점은 코드 실행 단계가 아닌 코드 평가 단계임)에서 변수 선언문 이전에도 참조할 수 있다. 단, 변수 선언문 이전에 참조한 변수의 값은 언제나 undefined다. var 키워드로 선언한 변수에 할당한 함수 표현식도 이와 동일하게 동작한다. 이것이 변수 호이스팅이 발생하는 원인이다.

함수 선언문으로 정의한 함수가 평가되면 함수 이름과 동일한 이름의 식별자를 객체 환경 레코드에 바인딩된 BindingObject를 통해 전역 객체에 키로 등록하고 생성된 함수 객체를 즉시 할당한다. 이것이 변수 호이스팅과 함수 호이스팅의 차이다. 즉, 함수 선언문으로 선언한 함수는 함수 선언문 이전에 호출할 수 있다.

var x = 1;
const y = 2;

function foo(a) {
...

2.1.2 선언적 환경 레코드

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

위 코드의 전역 변수 y는 let, const 키워드로 선언한 변수이므로 전역 객체의 프로퍼티가 되지 않기 때문에 window.y와 같이 전역 객체의 프로퍼티로서 참조할 수 없다. 또한 const 키워드로 선언한 변수는 "선언 단계"와 "초기화 단계"가 분리되어 진행한다. 따라서 초기화 단계, 즉 런타임에 실행 흐름이 변수 선언문에 도달하기 전까지 일시적 사각지대(Temporal Dead Zone; TDZ) 에 빠지게 된다.

let, const 키워드로 선언한 변수도 변수 호이스팅이 발생하는 것은 변함이 없다. 단, let, const 키워드로 선언한 변수는 런타임에 컨트롤이 함수 선언문에 도달하기 전까지 일시적 사각지대에 빠지기 때문에 참조할 수 없다.

2.2 this 바인딩

전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩된다. 일반적으로 전역 코드에서 this는 전역 객체를 가리키므로 전역 환경 레코드의 [[GlobalThisValue]] 내부 슬롯에는 전역 객체가 바인딩된다. 전역 코드에서 this를 참조하면 전역 환경 레코드의 [[GlobalThisVaule]] 내부 슬롯에 바인딩되어 있는 객체가 반환된다.

참고로 전역 환경 레코드를 구성하는 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드에는 this 바인딩이 없다. this 바인딩은 전역 환경 레코드와 함수 환경 레코드에만 존재한다. 함수 환경 레코드에 대해서는 foo 함수 코드 평가 시점에서 자세히 살펴보자.

2.3 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 현재 평가 중인 소스코드를 포함하는 외부 소소코드의 렉시컬 환경, 즉 상위 스코프를 가리킨다. 이를 통해 단방향 링크드 리스트인 스코프 체인을 구현한다.

현재 평가 중인 소스코드는 전역 코드다. 전역 코드를 포함하는 소스코드는 없으므로 전역 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 null이 할당된다. 이는 전역 렉시컬 환경이 스코프 체인의 종점에 존재함을 의미한다.

외부 렉시컬 환경에 대한 참조를 통해 스코프 체인을 구현하는 매커니즘에 대해서는 함수 코드 평가에서 좀 더 자세히 살펴보자.

3. 전역 코드 실행

이제 전역 코드가 순차적으로 실행되기 시작한다. 변수 할당문이 실행되어 전역 변수 x, y에 값이 할당된다. 그리고 foo함수가 호출된다.

변수 할당문 또는 함수 호출문을 실행하려면 먼저 변수 또는 함수 이름이 선언된 식별자인지 확인해야 한다.
선언되지 않은 식별자는 참조할 수 없으므로 할당이나 호출도 할 수 없기 때문이다. 또한 식별자는 스코프가 다르면 같은 이름을 가질 수 있다. 즉, 동일한 이름의 식별자가 다른 스코프에 여러 개 존재할 수도 있다. 따라서 어느 스코프의 식별자를 참조하면 되는지 결정할 필요가 있다. 이를 식별자 결정(idenitifier resolution) 이라 한다.

식별자 결정을 위해 식별자를 검색할 때는 실행 중인 실행 컨텍스트에서 식별자를 검색하기 시작한다. 선언된 식별자는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 환경 레코드에 등록되어 있다.

현재 실행 중인 실행 컨텍스트는 전역 실행 컨텍스트이므로 전역 렉시컬 환경에서 식별자 x, y, foo를 검색하기 시작한다. 만약 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검색할 수 없으면 외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 렉시컬 환경, 즉 상위 스코프로 이동하여 식별자를 검색한다.

이것이 바로 스코프 제인의 동작 원리다. 하지만 전역 렉시컬 환경은 스코프 체인의 종점이므로 전역 렉시컬 환경에서 검색할 수 없는 식별자는 참조 에러(ReferenceError)를 발생시킨다. 식별자 결정에 실패했기 때문이다.

이처럼 실행 컨텍스트는 소스코드를 실행하기 위해 필요한 환경을 제공하고 코드에 실행결과를 실제로 관리하는 영역이다.

4. foo 함수 코드 평가

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 = 4;

function foo(a) {
  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
   1. 함수 환경 레코드 생성
   2. this 바인딩
   3. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조

4.1 함수 실행 컨텍스트 생성

먼저 foo 함수 실행 컨텍스트를 생성한다. 생성된 함수 실행 컨텍스트는 함수 렉시컬 환경이 완성된 다음 실행 컨텍스트 스텍에 푸시된다. 이때 foo함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택의 최상위, 즉 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다.

4.2 함수 렉시컬 환경 생성

foo 함수 렉시컬 환경을 생성하고 foo 함수 실행 컨텍스트에 바인딩한다.

4.2.1 함수 환경 레코드 생성

함수 렉시컬 환경을 구성하는 컴포넌트 중 하나인 함수 환경 레코드는 매개변수, arguments 객체, 함수 내부에서 선언한 지역 변수와 중첩 함수를 등록하고 관리한다.

4.2.2 this 바인딩

함수 환경 레코드의 [[ThisValue]] 내부 슬롯에 this가 바인딩된다. [[ThisValue]] 내부 슬롯에 바인딩될 객체는 함수 호출 방식에 따라 결정된다.

foo 함수는 일반 함수로 호출되었으므로 this는 전역 객체를 가리킨다. 따라서 함수 환경 레코드의 [[ThisValue]] 내부 슬롯에는 전역 객체가 바인딩된다. foo 함수 내부에서 this를 참조하면 함수 환경 레코드의 [[ThisValue]] 내부 슬롯에 바인딩되어 있는 객체가 반환된다.

4.2.3 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 foo 함수 정의가 평가된 시점에 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조가 할당된다.

foo 함수는 전역 코드에 정의된 전역 함수다. 따라서 foo 함수 정의는 전역 코드 평가 시점에 평가된다. 이 시점의 실행 중인 실행 컨텍스트는 전역 실행 컨텍스트다. 따라서 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에는 전역 렉시컬 환경의 참조가 할당된다.

자바스크립트는 함수를 어디서 호출했는지가 아니라 어디에 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정한다고 했다. 그리고 함수 객체는 자신이 정의된 스코프, 즉 상위 스코프를 기억한다고 했다.

자바스크립트 엔진은 함수 정의를 평가하여 함수 객체를 생성할 때 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경, 즉 함수의 상위 스코프를 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장한다. 함수 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 할당되는 것은 바로 함수의 상위 스코프를 가리키는 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 렉시컬 환경의 참조다. 즉, 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]가 바로 자바스크립트의 렉시컬 스코프를 구현하는 매커니즘이다.

함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]와 렉시컬 스코프는 클로저를 이해할 수 있는 중요한 단서다.

5. foo 함수 코드 실행

이제 런타임이 시작되어 foo 함수의 소스코드가 순차적으로 실행되기 시작한다. 매개변수에 인수가 할당되고, 변수 할당문이 실행되어 지역 변수 x, y에 값이 할당된다. 그리고 함수 bar가 호출된다.
이때 실별자 결정을 위해 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검색하기 시작한다. 현재 실행 중인 실행 컨텍스트는 foo 함수 실행 컨텍스트이므로 foo 함수 렉시컬 환경에서 식별자 x, y를 검색하기 시작한다. 만약 실행중인 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검색할 수 없으면 외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 렉시컬 환경으로 이동하여 식별자를 검색한다. 검색된 식별자에 값을 바인딩한다.

6. bar 함수 코드 평가

현재 foo 함수 코드 평가를 통해 foo 함수 실행 컨텍스트가 생성되었고 foo 함수 코드를 실행하고 있다. 현재 진행 상황은 bar 함수를 호출하기 직전이다.
bar 함수가 호출되면 bar 함수 내부로 코드의 제어권이 이동한다. 그리고 bar 함수 코드를 평가하기 시작한다. 실행 컨텍스트와 렉시컬 환경의 생성 과정은 foo 함수 코드 평가와 동일하다.

7. bar 함수 코드 실행

이제 런타임 시작되어 bar 함수의 소스코드가 순차적으로 실행되기 시작한다. 매개변수에 인수가 할당되기 시작한다. 매개벼수에 인수가 할당되고, 변수 할당문이 실행되어 지역 변수 z에 값이 할당된다.
그리고 console.log(a + b + x + y + z); 가 실행된다. 이 코드는 다음 순서로 실행된다.

1. console 식별자 검색 먼저 console 식별자를 스코프 체인에서 검색한다. 스코프 체인은 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 시작하여 외부 렉시컬 환경에 대한 참조로 이어지는 연속이다. 따라서 식별자를 검색할 때는 언제나 현재 실행중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 검색하기 시작한다.
   실행 중인 실행 컨텍스트는 bar 함수 실행 컨텍스트이다. 따라서 bar 함수 실행 컨텍스트의 bar 함수 렉시컬 환경에서 console 식별자를 검색하기 시작한다. 이곳에는 console 식별자가 없으므로 스코프 체인 상의 상위 스코프, 즉 외부 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 foo 함수 렉시컬 환경으로 이동하여 console 식별자를 검색한다.
   이곳에도 console 식별자가 없으므로 스코프 체인 상의 상위 스코프, 즉 외 렉시컬 환경에 대한 참조가 가리키는 전역 렉시컬 환경으로 이동하여 console 식별자를 검색한다.
   전역 렉시컬 환경은 객체 환경 레코드와 선언적 환경 레코드로 구성되어 있다. console 식별자는 객체 환경 레코드의 BindingObject를 통해 전역 객체에서 찾을 수 있다.

2. log 메서드 검색 이제 console 식별자에 바인딩된 객체, 즉 console 객체에서 log 매서드를 검색한다. 이때 console 객체의 프로토타입 체인을 통해 매서드를 검색한다. log 매서드는 상속된 프로퍼티가 아니라 console 객체가 직접 소유하는 프로퍼티이다.

예;
console.hasOwnProperty("log"); // -> true

3. 표현식 a + b + x + y + z의 평가 이제 console.log 매서드에 전달할 인수, 즉 표현식 a + b + x + y + z를 평가하기 위해 a, b, x, y, z 식별자를 검색한다. 식별자는 스코프 체인, 즉 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 시작하여 외부 렉시컬 환경에 대한 참조로 이어지는 렉시컬 환경의 연속에서 검색한다.
   a 식별자는 foo 함수 렉시컬 환경에서, b 식별자는 bar 함수 렉시컬 환경에서, x와 y 식별자는 foo 함수 렉시컬 환경에서, z 식별자는 bar 함수 렉시컬 환경에서 검색된다.

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

8. bar 함수 코드 실행 종료

console.log 매서드가 호출되고 종료하면 더는 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.
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 메모리 공간의 확보가 해제되어 소멸한다.
bar 함수 실행 컨텍스트가 소멸되었다 하더라도 만약 bar 함수 렉시컬 환경을 누군가 참조하고 있다면 bar 함수 렉시컬 환경은 소멸하지 않는다.

9. foo 함수 코드 실행 종료

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

10. 전역 코드 실행 종료

foo 함수가 종료되면 더는 실행할 전역 코드가 없으므로 전역 코드의 실행이 종료되고 전역 실행 컨텍스트도 실행 컨텍스트 스텍에서 팝되어 실행 컨텍스트 스텍에는 아무것도 남아있지 않게 된다.