解密JavaScript执行上下文

执行上下文栈

首先我们先了解一下什么是执行上下文栈（Execution context stack）。

上面这张图来自于mdn，分别展示了栈、堆和队列，其中栈就是我们所说的执行上下文栈；堆是用于存储对象这种复杂类型，我们复制对象的地址引用就是这个堆内存的地址；队列就是异步队列，用于event loop的执行。

JS代码在引擎中是以“一段一段”的方式来分析执行的，而并非一行一行来分析执行。而这“一段一段”的可执行代码无非为三种：Global code、Function Code、Eval code。这些可执行代码在执行的时候又会创建一个一个的执行上下文（Execution context）。例如，当执行到一个函数的时候，JS引擎会做一些“准备工作”，而这个“准备工作”，我们称其为执行上下文。

那么随着我们的执行上下文数量的增加，JS引擎又如何去管理这些执行上下文呢？这时便有了执行上下文栈。

这里我用一段贯穿全文的例子来讲解执行上下文栈的执行过程：

var scope = 'global scope';

function checkscope(s) {
  var scope = 'local scope';

  function f() {
    return scope;
  }
  return f();
}
checkscope('scope');

当JS引擎去解析代码的时候，最先碰到的就是Global code，所以一开始初始化的时候便会将全局上下文推入执行上下文栈，并且只有在整个应用程序执行完毕的时候，全局上下文才会推出执行上下文栈。

这里我们用ECS来模拟执行上下文栈，用globalContext来表示全局上下文：

ESC = [
  globalContext, // 一开始只有全局上下文
]

然后当代码执行checkscope函数的时候，会创建checkscope函数的执行上下文，并将其压入执行上下文栈：

ESC = [
  checkscopeContext, // checkscopeContext入栈
  globalContext,
]

接着代码执行到return f()的时候，f函数的执行上下文被创建：

ESC = [
  fContext, // fContext入栈
  checkscopeContext,
  globalContext,
]

f函数执行完毕后，f函数的执行上下文出栈，随后checkscope函数执行完毕，checkscope函数的执行上下文出栈：

// fContext出栈
ESC = [
  // fContext出栈
  checkscopeContext,
  globalContext,
]

// checkscopeContext出栈
ESC = [
  // checkscopeContext出栈
  globalContext,
]

变量对象

每一个执行上下文都有三个重要的属性：

• 变量对象
• 作用域链
• this

这一节我们先来说一下变量对象（Variable object，这里简称VO）。

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。并且不同的执行上下文也有着不同的变量对象，这里分为全局上下文中的变量对象和函数执行上下文中的变量对象。

全局上下文中的变量对象

全局上下文中的变量对象其实就是全局对象。我们可以通过this来访问全局对象，并且在浏览器环境中，this === window；在node环境中，this === global。

函数上下文中的变量对象

在函数上下文中的变量对象，我们用活动对象来表示（activation object，这里简称AO），为什么称其为活动对象呢，因为只有到当进入一个执行上下文中，这个执行上下文的变量对象才会被激活，并且只有被激活的变量对象，其属性才能被访问。

在函数执行之前，会为当前函数创建执行上下文，并且在此时，会创建变量对象：

• 根据函数arguments属性初始化arguments对象；
• 根据函数声明生成对应的属性，其值为一个指向内存中函数的引用指针。如果函数名称已存在，则覆盖；
• 根据变量声明生成对应的属性，此时初始值为undefined。如果变量名已声明，则忽略该变量声明；

还是以刚才的代码为例：

var scope = 'global scope';

function checkscope(s) {
  var scope = 'local scope';

  function f() {
    return scope;
  }
  return f();
}
checkscope('scope');

在执行checkscope函数之前，会为其创建执行上下文，并初始化变量对象，此时的变量对象为：

VO = {
  arguments: {
    0: 'scope',
    length: 1,
  },
  s: 'scope', // 传入的参数
  f: pointer to function f(),
  scope: undefined, // 此时声明的变量为undefined
}

随着checkscope函数的执行，变量对象被激活，变相对象内的属性随着代码的执行而改变：

VO = {
  arguments: {
    0: 'scope',
    length: 1,
  },
  s: 'scope', // 传入的参数
  f: pointer to function f(),
  scope: 'local scope', // 变量赋值
}

其实也可以用另一个概念“函数提升”和“变量提升”来解释：

function checkscope(s) {
  function f() { // 函数提升
    return scope;
  }
  var scope; // 变量声明提升

  scope = 'local scope' // 变量对象的激活也相当于此时的变量赋值

  return f();
}

作用域链

每一个执行上下文都有三个重要的属性：

• 变量对象
• 作用域链
• this

这一节我们说一下作用域链。

什么是作用域链

当查找变量的时候，会先从当前上下文的变量对象中查找，如果没有找到，就会从父级执行上下文的变量对象中查找，一直找到全局上下文的变量对象。这样由多个执行上下文的变量对象构成的链表就叫做作用域链。

下面还是用我们的例子来讲解作用域链：

var scope = 'global scope';

function checkscope(s) {
  var scope = 'local scope';

  function f() {
    return scope;
  }
  return f();
}
checkscope('scope');

首先在checkscope函数声明的时候，内部会绑定一个[[scope]]的内部属性：

checkscope.[[scope]] = [
  globalContext.VO
];

接着在checkscope函数执行之前，创建执行上下文checkscopeContext，并推入执行上下文栈：

• 复制函数的[[scope]]属性初始化作用域链；
• 创建变量对象；
• 将变量对象压入作用域链的最顶端；

// -> 初始化作用域链；
checkscopeContext = {
  scope: checkscope.[[scope]],
}

// -> 创建变量对象
checkscopeContext = {
  scope: checkscope.[[scope]],
  VO = {
    arguments: {
      0: 'scope',
      length: 1,
    },
    s: 'scope', // 传入的参数
    f: pointer to function f(),
    scope: undefined, // 此时声明的变量为undefined
  },
}

// -> 将变量对象压入作用域链的最顶端
checkscopeContext = {
  scope: [VO, checkscope.[[scope]]],
  VO = {
    arguments: {
      0: 'scope',
      length: 1,
    },
    s: 'scope', // 传入的参数
    f: pointer to function f(),
    scope: undefined, // 此时声明的变量为undefined
  },
}

接着，随着函数的执行，修改变量对象：

checkscopeContext = {
  scope: [VO, checkscope.[[scope]]],
  VO = {
    arguments: {
      0: 'scope',
      length: 1,
    },
    s: 'scope', // 传入的参数
    f: pointer to function f(),
    scope: 'local scope', // 变量赋值
  }
}

与此同时遇到f函数声明，f函数绑定[[scope]]属性：

checkscope.[[scope]] = [
  checkscopeContext.VO, // f函数的作用域还包括checkscope的变量对象
  globalContext.VO
];

之后f函数的步骤同checkscope函数。

再来一个经典的例子：

var data = [];

for (var i = 0; i < 6; i++) {
  data[i] = function () {
    console.log(i);
  };
}

data[0]();
// ...

很简单，不管访问data几，最终console打印出来的都是6，因为在ES6之前，JS都没有块级作用域的概念，for循环内的代码都在全局作用域下。

在data函数执行之前，此时全局上下文的变量对象为：

globalContext.VO = {
  data: [pointer to function ()],
  i: 6, // 注意：此时的i值为6
}

每一个data匿名函数的执行上下文链大致都如下：

data[n]Context = {
  scope: [VO, globalContext.VO],
  VO: {
    arguments: {
      length: 0,
    }
  }
}

那么在函数执行的时候，会先去自己匿名函数的变量对象上找i的值，发现没有后会沿着作用域链查找，找到了全局执行上下文的变量对象，而此时全局执行上下文的变量对象中的i为6，所以每一次都打印的是6了。

词法作用域 & 动态作用域

JavaScript这门语言是基于词法作用域来创建作用域的，也就是说一个函数的作用域在函数声明的时候就已经确定了，而不是函数执行的时候。

改一下之前的例子：

var scope = 'global scope';

function f() {
  console.log(scope)
}

function checkscope() {
  var scope = 'local scope';

  f();
}
checkscope();

因为JavaScript是基于词法作用域创建作用域的，所以打印的结果是global scope而不是local scope。我们结合上面的作用域链来分析一下：

首先遇到了f函数的声明，此时为其绑定[[scope]]属性：

// 这里就是我们所说的“一个函数的作用域在函数声明的时候就已经确定了”
f.[[scope]] = [
  globalContext.VO, // 此时的全局上下文的变量对象中保存着scope = 'global scope';
];

然后我们直接跳过checkscope的执行上下文的创建和执行的过程，直接来到f函数的执行上。此时在函数执行之前初始化f函数的执行上下文：

// 这里就是为什么会打印global scope
fContext = {
  scope: [VO, globalContext.VO], // 复制f.[[scope]]，f.[[scope]]只有全局执行上下文的变量对象
  VO = {
    arguments: {
      length: 0,
    },
  },
}

然后到了f函数执行的过程，console.log(scope)，会沿着f函数的作用域链查找scope变量，先是去自己执行上下文的变量对象中查找，没有找到，然后去global执行上下文的变量对象上查找，此时scope的值为global scope。

this

在这里this绑定也可以分为全局执行上下文和函数执行上下文：

• 在全局执行上下文中，this的指向全局对象。(在浏览器中，this引用 Window 对象)。
• 在函数执行上下文中，this 的值取决于该函数是如何被调用的。如果它被一个引用对象调用，那么this会被设置成那个对象，否则this的值被设置为全局对象或者undefined（在严格模式下）

总结起来就是，谁调用了，this就指向谁。

执行上下文

这里，根据之前的例子来完整的走一遍执行上下文的流程：

var scope = 'global scope';

function checkscope(s) {
  var scope = 'local scope';

  function f() {
    return scope;
  }
  return f();
}
checkscope('scope');

首先，执行全局代码，创建全局执行上下文，并且全局执行上下文进入执行上下文栈：

globalContext = {
  scope: [globalContext.VO],
  VO: global,
  this: globalContext.VO
}

ESC = [
  globalContext,
]

然后随着代码的执行，走到了checkscope函数声明的阶段，此时绑定[[scope]]属性：

checkscope.[[scope]] = [
  globalContext.VO,
]

在checkscope函数执行之前，创建checkscope函数的执行上下文，并且checkscope执行上下文入栈：

// 创建执行上下文
checkscopeContext = {
  scope: [VO, globalContext.VO], // 复制[[scope]]属性，然后VO推入作用域链顶端
  VO = {
    arguments: {
      0: 'scope',
      length: 1,
    },
    s: 'scope', // 传入的参数
    f: pointer to function f(),
    scope: undefined,
  },
  this: globalContext.VO,
}

// 进入执行上下文栈
ESC = [
  checkscopeContext,
  globalContext,
]

checkscope函数执行，更新变量对象：

// 创建执行上下文
checkscopeContext = {
  scope: [VO, globalContext.VO], // 复制[[scope]]属性，然后VO推入作用域链顶端
  VO = {
    arguments: {
      0: 'scope',
      length: 1,
    },
    s: 'scope', // 传入的参数
    f: pointer to function f(),
    scope: 'local scope', // 更新变量
  },
  this: globalContext.VO,
}

f函数声明，绑定[[scope]]属性：

f.[[scope]] = [
  checkscopeContext.VO,
  globalContext.VO,
]

f函数执行，创建执行上下文，推入执行上下文栈：

// 创建执行上下文
fContext = {
  scope: [VO, checkscopeContext.VO, globalContext.VO], // 复制[[scope]]属性，然后VO推入作用域链顶端
  VO = {
    arguments: {
      length: 0,
    },
  },
  this: globalContext.VO,
}

// 入栈
ESC = [
  fContext,
  checkscopeContext,
  globalContext,
]

f函数执行完成，f函数执行上下文出栈，checkscope函数执行完成，checkscope函数出栈：

ESC = [
  // fContext出栈
  checkscopeContext,
  globalContext,
]

ESC = [
  // checkscopeContext出栈,
  globalContext,
]

到此，一个整体的执行上下文的流程就分析完了。