聊一聊JavaScript中的执行上下文和堆栈

What is the Execution Context & Stack in JavaScript?

链接：davidshariff.com/blog/what-i…

在这篇文章中，我将深入探讨JavaScript的最基本部分之一，即Execution Context(执行上下文)。在本文结束时，你应该对解释器了解得更清楚：为什么在声明它们之前可以使用某些函数或变量？以及它们的值是如何确定的？

什么是执行上下文？

JavaScript的执行环境非常重要，当JavaScript代码在行时，会被预处理为以下情况之一：

Global code - 首次执行代码的默认环境。
Function code - 每当执行流程进入函数体时。
Eval code - 要在eval函数内执行的文本。

你可以阅读大量涉及作用域的在线资料，不过为了使事情更容易理解，让我们将术语“执行上下文”视为当前代码的运行环境或作用域。接下来让我们看一个包含global和function / local上下文的代码示例。

这里没有什么特别之处，我们有一个由紫色边框表示的全局上下文，和由绿色，蓝色和橙色边框表示的3个不同的函数上下文。只能有1个全局上下文，可以从程序中的任何其他上下文访问。

你可以拥有任意数量的函数上下文，并且每个函数调用都会创建一个新的上下文，从而创建一个私有作用域，其中无法从当前函数作用域外直接访问函数内部声明的任何内容。在上面的示例中，函数可以访问在其当前上下文之外声明的变量，但外部上下文无法访问在其中声明的变量或函数。为什么会这样呢？这段代码究竟是如何处理的？

Execution Context Stack（执行上下文堆栈）

浏览器中的JavaScript解释器被实现为单个线程。实际上这意味着在浏览器中一次只能做一件事，其他动作或事件在所谓的执行堆栈中排队。下图是单线程堆栈的抽象视图：

我们已经知道，当浏览器首次加载脚本时，它默认进入全局上下文执行。如果在全局代码中调用函数，程序的顺序流进入被调用的函数，创建新的执行上下文并将其推送到执行堆栈的顶部。

如果在当前函数中调用另一个函数，则会发生同样的事情。代码的执行流程进入内部函数，该函数创建一个新的执行上下文，该上下文被推送到现有堆栈的顶部。浏览器将始终执行位于堆栈顶部的当前执行上下文，并且一旦函数执行完当前执行上下文后，它将从栈顶部弹出，把控制权返回到当前栈中的下一个上下文。下面的示例显示了递归函数和程序的执行堆栈：

(function foo(i) {
    if (i === 3) {
        return;
    }
    else {
        foo(++i);
    }
}(0));

代码简单地调用自身3次，并将i的值递增1。每次调用函数foo时，都会创建一个新的执行上下文。一旦上下文完成执行，它就会弹出堆栈并且讲控制返回到它下面的上下文，直到再次达到全局上下文。

关于执行堆栈execution stack有5个关键要点：

单线程。
同步执行。
一个全局上下文。
任意多个函数上下文。
每个函数调用都会创建一个新的执行上下文execution context，甚至是对自身的调用。

执行上下文的细节

所以我们现在知道每次调用一个函数时，都会创建一个新的执行上下文。但是，在JavaScript解释器中，对执行上下文的每次调用都有两个阶段：

创建阶段 [调用函数时，但在执行任何代码之前]：
- 创建作用域链。
- 创建变量，函数和参数。
- 确定“this”的值。
激活/代码执行阶段：
- 分配值，引用函数和解释/执行代码。

可以将每个执行上下文在概念上表示为具有3个属性的对象：

executionContextObj = {
    'scopeChain': { /* variableObject + 所有父执行上下文的variableObject */ },
    'variableObject': { /* 函数实参/形参，内部变量和函数声明 */ },
    'this': {}
}

激活对象/变量对象 [AO/VO]

在调用该函数，并且在实际执行函数之前，会创建这个executionContextObj。这被称为第1阶段，即创造阶段。这时解释器通过扫描函数传递的实参或形参、本地函数声明和局部变量声明来创建executionContextObj。此扫描的结果将成为executionContextObj中的variableObject。

以下是解释器如何预处理代码的伪代码概述：

找一些代码来调用一个函数。
在执行功能代码之前，创建执行上下文。
进入创建阶段：
- 初始化作用域链。
- 创建variable object：
  - 创建arguments object，检查参数的上下文，初始化名称和值并创建引用副本。
  - 扫描上下文以获取函数声明：
    - 对于找到的每个函数，在variable object中创建一个属性，该属性是函数的确切名称，该属性存在指向内存中函数的引用指针。
    - 如果函数名已存在，则将覆盖引用指针值。
  - 扫描上下文以获取变量声明：
    - 对于找到的每个变量声明，在variable object中创建一个属性作为变量名称，并将该值初始化为undefined。
    - 如果变量名称已存在于variable object中，则不执行任何操作并继续扫描。
- 确定上下文中“this”的值。
激活/执行阶段：
- 在上下文中运行/解释函数代码，并在代码逐行执行时分配变量值。

我们来看一个例子：

function foo(i) {
    var a = 'hello';
    var b = function privateB() {

    };
    function c() {

    }
}

foo(22);

在调用foo(22)时，创建阶段如下所示：

fooExecutionContext = {
    scopeChain: { ... },
    variableObject: {
        arguments: {
            0: 22,
            length: 1
        },
        i: 22,
        c: pointer to function c()
        a: undefined,
        b: undefined
    },
    this: { ... }
}

如你所见，创建阶段处理定义属性的名称，而不是为它们赋值，但正式的形参/实参除外。创建阶段完成后，执行流程进入函数，激活/代码执行阶段在函数执行完毕后如下所示：

fooExecutionContext = {
    scopeChain: { ... },
    variableObject: {
        arguments: {
            0: 22,
            length: 1
        },
        i: 22,
        c: pointer to function c()
        a: 'hello',
        b: pointer to function privateB()
    },
    this: { ... }
}

关于hoisting

你可以找到许多使用JavaScript定义术语hoisting的在线资源，解释变量和函数声明被hoisting到其函数范围的顶部。但是没有人能够详细解释为什么会发生这种情况，掌握了关于解释器如何创建激活对象的新知识，很容易理解为什么。请看下面的代码示例：

(function() {

    console.log(typeof foo); // function pointer
    console.log(typeof bar); // undefined

    var foo = 'hello',
        bar = function() {
            return 'world';
        };

    function foo() {
        return 'hello';
    }

}());

我们现在可以回答的问题是：

为什么我们可以在声明foo之前就能访问？
- 如果我们理解了创建阶段，就知道在激活/代码执行阶段之前已经创建了变量。因此，当函数流开始执行时，已经在激活对象中定义了foo。
Foo被声明两次，为什么foo显示为function而不是undefined或string？
- 即使foo被声明两次，我们通过创建阶段知道函数在变量之前就被创建在激活对象上了，而且如果激活对象上已经存在了属性名称，我们只是绕过了声明这一步骤。
- 因此，首先在激活对象上创建对函数foo()的引用，并且当解释器到达var foo时，我们已经看到属性名称foo存在，因此代码不执行任何操作并继续处理。
为什么bar未定义？
- bar实际上是一个具有函数赋值的变量，我们知道变量是在创建阶段被创建的，但它们是使用undefined值初始化的。

总结

希望到这里你已经能够很好地掌握了JavaScript解释器如何预处理你的代码。理解执行上下文和堆栈可以让你了解背后的原因：为什么代码预处理后的值和你预期的不一样。

你认为学习解释器的内部工作原理是多此一举还是非常必要的呢？了解执行上下文阶段是否能够帮你你写出更好的JavaScript呢？