执行上下文和执行栈

00

一、执行上下文(执行环境)

简单的来说,执行上下文是一种对Javascript代码执行环境的抽象概念,也就是说只要有Javascript代码运行,那么它就一定是运行在执行上下文中

执行上下文的类型分为三种:

  • 全局执行上下文:只有一个,浏览器中的全局对象就是 window对象,this 指向这个全局对象
  • 函数执行上下文:存在无数个,只有在函数被调用的时候才会被创建,每次调用函数都会创建一个新的执行上下文
  • Eval 函数执行上下文: 指的是运行在 eval 函数中的代码,很少用而且不建议使用

下面给出全局上下文和函数上下文的例子:

01

紫色框住的部分为全局上下文,蓝色和橘色框起来的是不同的函数上下文。只有全局上下文(的变量)能被其他任何上下文访问

可以有任意多个函数上下文,每次调用函数创建一个新的上下文,会创建一个私有作用域,函数内部声明的任何变量都不能在当前函数作用域外部直接访问

1.1 是什么

概念:执行上下文(execution context)是评估和执行 JavaScript 代码环境的一个抽象概念。每当 Javascript代码在运行的时候,它都是在执行上下文中运行。

解释:我们知道JavaScript 引擎是顺序执行的,但它是一段一段地分析执行的,当执行一段代码的时候,会进行一个“准备工作”,比如变量提升、函数提升等,这里的“准备工作”就叫做"执行上下文(execution context)"。

1.2 类型

JavaScript 中有三种执行上下文类型。

  • 全局执行上下文 — 这是默认或者说基础的上下文,任何不在函数内部的代码都在全局上下文中。它会执行两件事:创建一个全局的 window 对象(浏览器的情况下),并且设置 this 的值等于这个全局对象。一个程序中只会有一个全局执行上下文。
  • 函数执行上下文 — 每当一个函数被调用时, 都会为该函数创建一个新的上下文。每个函数都有它自己的执行上下文,不过是在函数被调用时创建的。函数上下文可以有任意多个。每当一个新的执行上下文被创建,它会按定义的顺序(将在后文讨论)执行一系列步骤。
  • Eval 函数执行上下文 — 执行在 eval 函数内部的代码也会有它属于自己的执行上下文,但由于 JavaScript 开发者并不经常使用 eval,所以在这里我不会讨论它。

1.3 执行栈

也叫“调用栈”,是一种拥有 LIFO(后进先出)数据结构的栈,被用来存储代码运行时创建的所有执行上下文。

当 JavaScript 引擎第一次执行脚本时,它会创建一个全局的执行上下文(this 绑定)并压入当前执行栈。每当引擎遇到一个函数调用,它都会为该函数创建一个新的执行上下文并压入栈的顶部。

引擎会执行那些执行上下文位于栈顶的函数。当该函数执行结束时,执行上下文从栈中弹出,控制流程到达当前栈中的下一个上下文。

1.4 三个重要属性

  • 变量对象(Variable object,VO)
  • 作用域链(Scope chain)
  • this

1.5 变量对象

概念:变量对象是与执行上下文相关的数据作用域,存储了在上下文中定义的变量和函数声明。

  • 全局对象 - 全局执行上下文:是作用域链的头(在浏览器中,就是Window 对象)
  • 活动对象 - 函数执行上下文:是在进入函数上下文时刻被创建的,它通过函数的 arguments 属性初始化。arguments 属性值是 Arguments 对象。

二、生命周期

执行上下文的生命周期包括三个阶段:创建阶段 → 执行阶段 → 回收阶段

创建阶段

创建阶段即当函数被调用,但未执行任何其内部代码之前

创建阶段做了三件事:

  • 确定 this 的值,也被称为 This Binding
  • LexicalEnvironment(词法环境) 组件被创建
  • VariableEnvironment(变量环境) 组件被创建

伪代码如下:

ExecutionContext = {  
  ThisBinding = <this value>,     // 确定this 
  LexicalEnvironment = { ... },   // 词法环境
  VariableEnvironment = { ... },  // 变量环境
}

This Binding

确定this的值我们前面讲到,this的值是在执行的时候才能确认,定义的时候不能确认

词法环境

词法环境有两个组成部分:

  • 全局环境:是一个没有外部环境的词法环境,其外部环境引用为null,有一个全局对象,this 的值指向这个全局对象

  • 函数环境:用户在函数中定义的变量被存储在环境记录中,包含了arguments 对象,外部环境的引用可以是全局环境,也可以是包含内部函数的外部函数环境

伪代码如下:

GlobalExectionContext = {  // 全局执行上下文
  LexicalEnvironment: {       // 词法环境
    EnvironmentRecord: {     // 环境记录
      Type: "Object",           // 全局环境
      // 标识符绑定在这里 
      outer: <null>           // 对外部环境的引用
  }  
}

FunctionExectionContext = { // 函数执行上下文
  LexicalEnvironment: {     // 词法环境
    EnvironmentRecord: {    // 环境记录
      Type: "Declarative",      // 函数环境
      // 标识符绑定在这里      // 对外部环境的引用
      outer: <Global or outer function environment reference>  
  }  
}

变量环境

变量环境也是一个词法环境,因此它具有上面定义的词法环境的所有属性

在 ES6 中,词法环境和变量环境的区别在于前者用于存储函数声明和变量( letconst )绑定,而后者仅用于存储变量( var )绑定

举个例子

let a = 20;  
const b = 30;  
var c;

function multiply(e, f) {  
 var g = 20;  
 return e * f * g;  
}

c = multiply(20, 30);

执行上下文如下:

GlobalExectionContext = {

  ThisBinding: <Global Object>,

  LexicalEnvironment: {  // 词法环境
    EnvironmentRecord: {  
      Type: "Object",  
      // 标识符绑定在这里  
      a: < uninitialized >,  
      b: < uninitialized >,  
      multiply: < func >  
    }  
    outer: <null>  
  },

  VariableEnvironment: {  // 变量环境
    EnvironmentRecord: {  
      Type: "Object",  
      // 标识符绑定在这里  
      c: undefined,  
    }  
    outer: <null>  
  }  
}

FunctionExectionContext = {  
   
  ThisBinding: <Global Object>,

  LexicalEnvironment: {  
    EnvironmentRecord: {  
      Type: "Declarative",  
      // 标识符绑定在这里  
      Arguments: {0: 20, 1: 30, length: 2},  
    },  
    outer: <GlobalLexicalEnvironment>  
  },

  VariableEnvironment: {  
    EnvironmentRecord: {  
      Type: "Declarative",  
      // 标识符绑定在这里  
      g: undefined  
    },  
    outer: <GlobalLexicalEnvironment>  
  }  
}

留意上面的代码,letconst定义的变量ab在创建阶段没有被赋值,但var声明的变量从在创建阶段被赋值为undefined

这是因为,创建阶段,会在代码中扫描变量和函数声明,然后将函数声明存储在环境中

但变量会被初始化为undefined(var声明的情况下)和保持uninitialized(未初始化状态)(使用letconst声明的情况下)

这就是变量提升的实际原因

执行阶段

在这阶段,执行变量赋值、代码执行

如果 Javascript 引擎在源代码中声明的实际位置找不到变量的值,那么将为其分配 undefined

回收阶段

执行上下文出栈等待虚拟机回收执行上下文

二、执行栈

执行栈,也叫调用栈,具有 LIFO(后进先出)结构,用于存储在代码执行期间创建的所有执行上下文

02

Javascript引擎开始执行你第一行脚本代码的时候,它就会创建一个全局执行上下文然后将它压到执行栈中

每当引擎碰到一个函数的时候,它就会创建一个函数执行上下文,然后将这个执行上下文压到执行栈中

引擎会执行位于执行栈栈顶的执行上下文(一般是函数执行上下文),当该函数执行结束后,对应的执行上下文就会被弹出,然后控制流程到达执行栈的下一个执行上下文

举个例子:

let a = 'Hello World!';
function first() {
  console.log('Inside first function');
  second();
  console.log('Again inside first function');
}
function second() {
  console.log('Inside second function');
}
first();
console.log('Inside Global Execution Context');

转化成图的形式

03

简单分析一下流程:

  • 创建全局上下文请压入执行栈
  • first函数被调用,创建函数执行上下文并压入栈
  • 执行first函数过程遇到second函数,再创建一个函数执行上下文并压入栈
  • second函数执行完毕,对应的函数执行上下文被推出执行栈,执行下一个执行上下文first函数
  • first函数执行完毕,对应的函数执行上下文也被推出栈中,然后执行全局上下文
  • 所有代码执行完毕,全局上下文也会被推出栈中,程序结束

参考文献

上次更新:
Contributors: jingmin.jiang, kyxiao