深入理解 JavaScript 执行栈与执行上下文

JavaScript 执行栈与执行上下文详解

前言

对于前端开发者而言，深入理解 JavaScript 的执行上下文是掌握语言底层机制的关键。这有助于厘清闭包、作用域链、变量提升等较为晦涩的概念，从而写出更健壮、高效的代码。

执行栈的工作原理

执行栈

执行栈（Execution Stack），也称为调用栈（Call Stack），是一种具有后进先出（FILO）特性的数据结构，用于在代码执行期间存储所有的执行上下文。当 JavaScript 引擎开始运行代码时，会创建一个全局执行上下文（Global Execution Context）并将其压入当前执行栈。随后，每当发生函数调用时，引擎会为该函数创建一个新的函数执行上下文，并将其压入栈顶。引擎优先执行位于栈顶的函数；当函数执行完毕后，其对应的执行上下文会从执行栈中弹出（pop），控制权随即交还给栈中的下一个上下文。

let a = 'Hello'

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')

执行上下文的类型与创建

执行上下文

执行上下文可以理解为 JavaScript 代码在解析和执行时所处的抽象环境。根据代码运行的不同场景，JavaScript 的执行上下文主要分为以下三种类型：

• 全局执行上下文：这是最基础的执行上下文，整个程序中仅存在一个。在此上下文中，会创建一个全局对象（例如在浏览器环境中为 window 对象），并且 this 关键字指向该全局对象。
• 函数执行上下文：每当函数被调用时，都会创建一个新的函数执行上下文。由于函数可以被无限次调用，因此理论上可以存在无数个函数执行上下文。
• Eval 函数执行上下文：运行在 eval 函数中的代码会拥有独立的执行上下文。出于篇幅考虑，本文暂不深入讨论此类型。

执行上下文的创建

执行上下文的创建过程可以明确划分为两个阶段：1. 创建阶段（Creation Phase）；2. 执行阶段（Execution Phase）。

词法环境与变量环境解析

创建阶段

在执行上下文的创建阶段，JavaScript 引擎会构建三个核心组件：Lexical Environment（词法环境）、Variable Environment（变量环境）以及 This Binding（this 绑定）。其中，this 的指向规则为：在全局上下文中，this 指向全局对象；在函数执行上下文中，this 的值取决于函数被调用时的具体方式（例如是否通过对象方法调用、是否使用 call/apply/bind 等）。

Lexical Environment(词法环境)

根据 ES2015 规范对词法环境的描述，

词法环境是一种用于存储标识符（变量名或函数名）与具体变量值（如函数对象、原始值、数组对象等）之间映射关系的数据结构。

每个词法环境由两部分组成：Environment Record（环境记录），用于存储变量和函数声明的实际位置；以及对外部词法环境的引用（Outer Reference），使得当前环境可以访问其外层环境的变量。

环境记录（Environment Record）主要分为两种类型：

• 声明性环境记录（Declarative Environment Record）：主要用于存储变量声明（如 let、const）和函数声明。
• 对象环境记录（Object Environment Record）：通常用于全局词法环境。除了存储变量和函数声明外，它还存储与全局绑定对象相关的属性。

补充说明：对于函数执行上下文而言，其环境记录中还会包含一个 arguments 对象。该对象记录了传递给函数的参数索引与值的映射关系，以及函数参数的总数。

例如：

function foo(a, b) {
  var c = a + b
}

// argument object
Arguments: {0: 2, 1: 3, length: 2}

VariableEnvironment(变量环境)

变量环境本质上也是一种词法环境，因此它具备上述词法环境的所有属性和组件。在 ES6 规范中，Lexical Environment 与 Variable Environment 的主要区别在于存储内容的侧重：Lexical Environment 用于存储函数声明以及 let 和 const 绑定的变量；而 Variable Environment 则专门用于存储 var 声明的变量。

执行阶段的变量赋值过程

执行阶段

在执行阶段，引擎会完成对所有变量的实际赋值，并执行最终的代码逻辑。执行上下文的代码执行过程可进一步细分为两个子阶段：

1. 进入执行上下文（Entering Execution Context）
2. 代码执行（Code Execution）

let a = 20
const b = 30
var c

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

c = multiply(20, 30)

当上述代码开始运行时，JavaScript 引擎会创建一个全局执行上下文以处理全局代码。

此时的全局上下文状态如下：

GlobalExectionContext = {  // 全局上下文
  LexicalEnvironment: {  // 词法环境
    EnvironmentRecord: {  // 环境记录
      type: 'Object', // 类型
      // 标识符
      a: <uninitialized>,
      b: <uninitialized>,
      multiply: <func>
    },
    outer: <null>, // 对外部环境引用
  },
  VariableEnvironment: { // 变量环境
    EnvironmentRecord: {  // 环境记录
      type: 'Object',
      c: undefined
    },
    outer: <null>, // 对外部环境引用
  }，
  ThisBinding: <Global Object>  // this绑定
}

进入执行阶段后，变量会被赋予实际值，此时的全局上下文状态更新为：

GlobalExectionContext = {
  LexicalEnvironment: {
    EnvironmentRecord: {
      type: 'Object',
      a: 20,
      b: 30,
      multiply: <func>
    },
    outer: <null>
  },
  VariableEnvironment: {
    EnvironmentRecord: {
      type: 'Object',
      c: undefined
    }
    outer: <null>
  },
  ThisBinding: <Global Object>
}

当 JavaScript 引擎遇到函数调用 multiply(20, 30) 时，会创建一个新的函数执行上下文。

FunctionExectionContext = {
  LexicalEnvironment: {
    EnvironmentRecord: {
      type: 'Declarative',
      arguments: {
        0: 20,
        1: 30,
        length: 2
      }
    },
    outer: <GlobalLexicalEnvironment>
  },
  VariableEnvironment: {
    EnvironmentRecord: {
     Type: "Declarative",
     g: undefined
    },
    outer: <GlobalLexicalEnvironment>,
  }，
  thisBinding: <Global Object or undefined>
}

随后，该函数执行上下文进入执行阶段，此时的函数上下文状态如下：

FunctionExectionContext = {
  LexicalEnvironment: {
    EnvironmentRecord: {
      type: 'Declarative',
      arguments: {
        0: 20,
        1: 30,
        length: 2
      }
    },
    outer: <GlobalLexicalEnvironment>
  },
  VariableEnvironment: {
    EnvironmentRecord: {
     Type: "Declarative",
     g: 20
    },
    outer: <GlobalLexicalEnvironment>,
  }，
  thisBinding: <Global Object or undefined>
}

当函数执行完毕后，会返回一个计算结果并赋值给变量 c，全局上下文随之更新。完成赋值后，代码执行结束，程序终止。

参考文章

Understanding Execution Context and Execution Stack in Javascript

总结

以上就是本文的全部内容。希望这些关于 JavaScript 执行栈与执行上下文的解析能对您的学习或工作有所帮助，感谢支持。