理解JavaScript执行上下文

众所周知，前端是一个低门槛，进阶难的一个岗位。而JavaScript又是前端中的重中之重，不管是出于面试还是提升自己，都得学习并掌握JavaScript程序如何在内部执行的。而理解执行上下文和执行栈对于理解其他JavaScript概念（如：提升、作用域和闭包）至关重要。

知识点

什么是执行栈
什么是执行上下文
执行上下文的发展阶段
如何创建执行上下文

什么是执行栈

在学习执行上下文之前，我们先了解一些前置知识：

我们都知道汽车最重要的部分是：引擎（发动机）。JavaScript也是如此，**JavaScript引擎是运行JavaScript代码的发动机**。

而执行栈，就是JavaScript引擎用来管理执行上下文的数据结构。代码执行期间的所有执行上下文，都会被存储到执行栈中。栈的特点是后入先出，所以先入栈的执行上下文会在最后才出栈。

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

什么是执行上下文

了解了什么是执行栈之后，接下来我们看一下什么是执行上下文：

JavaScript标准，把一段代码（包括函数）执行所需的所有信息定义为“执行上下文”。

在ES2018中，执行上下文被定义为一个抽象的概念，用于描述JavaScript代码在执行时的环境和状态。

简单来说就是：任何代码在JavaScript中运行时，都在执行上下文中运行。

执行上下文的类型

执行上下文有三种类型：

全局执行上下文：默认的执行上下文，任何不在函数内部的代码都位于全局上下文中。它会执行两件事：创建window对象（浏览器下），把this的值指向window对象。一个程序中有且只有一个全局上下文。
函数执行上下文：每个函数在调用时，都会给该函数创建一个新的执行上下文。函数执行上下文可以有任意个。
eval函数执行上下文：在eval函数内部执行的代码也会获得它自己的执行上下文。

我们通过一个例子来说明一下，假如有以下代码，会生成几个执行上下文呢？

var name = 'XiaoDai'

function sayHello() {
    var info = 'Hello'
    return info
}

function sayHi() {
    var name = 'XiaoMeng'
    return `I'm ${name}`
}

console.log(`${sayHello()} ${name},${sayHi()}`)
console.log(this === window) // true

答案是3个，一个全局执行上下文，2个函数执行上下文。我们用一张图来表示：

那执行栈和执行上下文是怎么互相配合的呢？以上面的代码为例，我们看一下：

当JavaScript引擎开始执行第一行代码时，会创建一个全局执行上下文，并把它推入到执行栈中
当引擎遇到sayHello函数调用的时候，就会创建一个函数执行上下文，并把它推入到执行栈中（此时执行栈中有全局和函数sayHello两个执行上下文）
此时控制流程交给sayHello，其内代码开始执行，执行结束，该执行上下文被推出执行栈，控制流程交回给全局执行上下文
当引擎遇到sayHi函数调用的时候，创建了另一个函数执行上下文，并把它推入执行栈中，其内代码开始执行，执行结束后同样被推出执行栈
然后控制流程交回给栈底的全局执行上下文，代码全部执行完毕后，如果此时关闭浏览器，则全局上下文推出执行栈，否则将一直保留

执行上下文的生命周期及发展阶段

执行上下文的生命周期包括两个阶段：创建阶段 -> 执行阶段。

从ES3、ES5到ES2018以及最新的ES2022，每个版本都对执行上下文所包含的内容有所变化，我们逐个梳理。

ES3中的执行上下文

在ES3中，执行上下文包含三个部分：

scope：作用域（也常被叫做作用域链）
variable object：变量对象（用来存储变量的对象）
this value：this值

变量对象是与执行上下文相关的数据作用域。存储了在上下文定义的变量和函数声明（一般用VO表示）。

作用域（链）：通俗来讲就是数据可访问的范围链。

全局执行上下文没有外部的作用域，因此定义其作用域链为自己的变量对象。
当创建函数执行上下文时，会先创建作用域，并把[[scope]]属性（存储了函数所有的外层AO（合集））复制到作用域中，但这并不是完整的作用域链（没有自己的AO)，接着创建AO，创建完成后会把AO复制到作用域的顶端，形成完整的作用域链。

全局执行上下文中的变量对象，就是全局对象（一般用GO表示），并会将this指向该全局对象(浏览器中是window对象)。假设我们有以下代码：

var name = "XiaoDai"

function sayHello() {
	return 'Hello'
}

创建阶段：当代码还未执行时，全局对象应该是这样的：

// 伪代码
GO = {
    name: undefined,
    sayHello: ref <func>, // 函数的引用，函数会在内存中单独开辟一块空间存储,这个引用指向函数空间的内存地址
    this: globalObject,
}

之后代码开始逐行执行。这里就解释了为什么var变量存在变量提升的原因了。因为在上下文的创建阶段，已经为var变量赋值为了undefined。所以即使是在变量声明之前调用，也不会报错，返回undefined。

执行阶段：当引擎遇到函数调用时，会创建一个函数执行上下文，这个函数执行上下文与全局执行上下文一样包含三个部分。函数执行上下文中的变量对象只有在函数执行上下文中才会被激活，而且只有激活后才可以访问它上面的属性和方法，所以也被称为（活动对象）。需要注意的是：**argument对象也储存在活动对象中**。

// 伪代码
AO = {
    argument: {
        length: 0
    },
    name: undefined,
    this: window（由于该函数是直接调用，所以this的指向依然是window）
}

之后代码运行到console.log(name)时，从活动对象中所获取到的值还是undefined，所以输出结果也是undefined。这就解释了函数体内部变量提升的原因。直到下一行才会为变量name赋值为“XiaoMeng”，之后再打印name就是“XiaoMeng”了。

我们接着修改代码：

var name
name()
function name() {
    console.log(name)
    var name = "XiaoMeng"
	return 'Hello'
}

var name = 'XiaoDai'
name()
function name() {
    console.log(name)
    var name = "XiaoMeng"
	return 'Hello'
}

猜猜上面的代码会打印什么？答案是：1.Hello 2.name is not a function

其实原因是因为:

创建阶段：如果变量名称和已经声明的形式参数或函数名相同，则变量声明将不起作用，保留后者。这就是为什么第一个例子会打印Hello
执行阶段：已经声明的形式参数或函数名会被相同名称的变量赋值覆盖。这就是为什么第二个例子会报错的原因

ES3执行上下文的创建过程总结如下：

创建阶段（函数被调用，但还在执行代码之前）
- 创建作用域：复制函数属性[[scope]]到作用域，在变量对象创建完成后，将其添加到作用域的前端，形成完整的作用域链
- 创建VO/AO：
  - 根据函数的参数，创建并初始化argument对象
  - 扫描函数代码，查找函数声明
    - 对于所有找到的函数声明，将函数名和函数引用存入到VO/AO
    - 如果VO/AO中已有同名函数，进行覆盖
  - 扫描函数内部代码，查找变量声明
  - 对于所有找到的变量声明，存入到VO/AO，并初始化为undefined
  - 如果变量名称和已经声明的形式参数或函数名相同，则变量声明不生效，保留后者
- 设置this的值
执行阶段
- 设置变量的值、函数的引用，解释/执行代码

ES5中的执行上下文

在ES5中，对命名方式进行了改进，执行上下文包含三个部分：

lexical environment：词法环境组件
variable environment：变量环境组件
this value：this值

词法环境组件和变量环境组件，结构相同，都由两部分构成：

Environment Record（环境记录器）：变量和函数声明存储在词法环境中的位置，对于函数代码还额外包含一个参数对象（argument）
Reference the outer environment（指向外部词法环境的引用）：指通过作用域链可以访问父级词法环境

词法环境组件是一个链表结构。可以参考下图进行理解：

这两种环境组件是一种标识符与变量数据的映射，它们都属于词法环境。本质上我们可以这么理解：有两个瓶子要装糖，一种装软糖，一种装硬糖。

词法环境组件主要用于标记let、const、class等声明
变量环境组件主要用于标记var、function等声明

词法环境组件中的环境记录器又分为两种类型：

Declarative environment record（声明式环境记录）
Object environment record（对象环境记录）

声明式环境记录：用于定义function声明，let、const、class、module、import、/。声明性环境记录绑定了包含在其作用域内声明定义的标识符集。

import x from '***';
var a=1;
let b=1;
const c=1;
function foo(){};
class Bar{};

对象环境记录：用于定义object、with语句。每个对象环境记录都与一个对象联系在一起，这个对象被称为绑定对象(binding object)。一个对象环境记录绑定一组字符串标识符名称，直接对应于其绑定对象的属性名称。

var withObject={
    a:1,
    foo:function(){
        console.log(this.a);
    }
}

with(withObject){
    a=a+1;
    foo();                    //2
}

在全局环境中：环境记录是对象环境记录，并且其不存在有外部环境引用, 指向的值为null。
在函数环境中：环境记录是声明式环境记录，其外部环境引用需要根据词法作用域来判断。
在模块环境中（仅node）：环境记录是声明式环境记录，其外部环境是一个全局环境。

同样我们举例说：

let a = 1
const b = 2
var c = 3
function foo(d,e) {
    var f = 4
    return d + e + f
}
c = foo(5, 6)

创建阶段：此时全局执行上下文被创建，this绑定指向window(浏览器下），词法环境组件的记录器中记录了let、const、function的声明，变量环境组件的记录器中记录var的声明，由于全局执行上下文为顶级上下文，outer指向为null。伪代码类似于：

GlobalExectionContext  = {
	thisBinding: <global Object>,
	lexicalEnvironment: {
    	environmentRecord: {
    	    type: 'Object',
            a: <uninitialized>,
            b: <uninitialized>,
            foo: <func>
		},
    	outer: <null>
	},
	variableEnvironment: {
        environmentRecord: {
    	    type: 'Object',
            c: <undefined>,
		},
    	outer: <null>
    }
}

执行阶段：由于变量提升的原因，首先c被创建，但还未赋值，此时打印出undefined，接着打印b会报错，其实此时b和a也被变量提升了，但是由于let、const声明存在暂时性死区（声明前不能进行访问），所以报错。这就是为什么b报错不是ReferenceError: b is not defined的原因。

let和const的小区别：代码运行到let声明语句时，若没有进行赋值操作，则默认值为undefined，const声明变量必须初始化。

console.log(c) // undefined
console.log(b) // ReferenceError: can't access lexical declaration 'b' before initialization
console.log(a)
let a = 1
const b = 2
var c = 3
function foo(d,e) {
    var f = 4
    return d + e + f
}
c = foo(5, 6)

去掉打印后我们接着往下走，执行到最后一行前，全局执行上下文中的变量声明会被赋值。之后调用foo函数，创建一个新的函数执行上下文：

FunctionExectionContext   = {
	thisBinding: <Global Object>,
	lexicalEnvironment: {
    	environmentRecord: {
    	    type: 'Declarative',
            arguments: {
    	       0: 5,
               1: 6,
               length: 2
		   }
		},
    	outer: <GlobalLexicalEnvironment>
	},
	variableEnvironment: {
        environmentRecord: {
    	    type: 'Declarative',
            f: <undefined>,
		},
    	outer: <GlobalVariableEnvironment>
    }
}

接着进入函数执行上下文的执行阶段：变量f被赋值为4，此时函数执行上下文中的变量环境组件下的记录器的f记录被更新为4。

ES2018中的执行上下文

在ES2018中，this值被归入到词法环境中，同时增加了一些内容

正常情况下会包含如下四个部分

lexical environment：词法环境组件（当获取变量或者this时使用）

variable environment：变量环境组件（当声明变量时使用）

code evaluation state：执行、挂起和恢复与此执行上下文相关的代码计算所需的任何状态

Realm：域记录，包含一组完整的内置对象，而且是复制关系。

特定情况下又会包含以下三个部分

Function：执行的任务是函数时，表示正在被执行的函数。否则为null

ScriptOrModule：执行的任务是脚本或者模块时使用，表示正在被执行的代码。否则为null

Generator：仅生成器上下文有这个属性，表示当前生成器

还是以上面的例子为例：

let a = 1
const b = 2
var c = 3
function foo(d,e) {
    var f = 4
    return d + e + f
}
c = foo(5, 6)

全局执行上下文的伪代码如下，

GlobalExectionContext  = {
	lexicalEnvironment: {
    	environmentRecord: {
    	    type: 'Object',
            a: <uninitialized>,
            b: <uninitialized>,
            foo: <func>
		},
    	outer: <null>,
        thisBinding: <global Object>,
	},
	variableEnvironment: {
        environmentRecord: {
    	    type: 'Object',
            c: <undefined>,
		},
    	outer: <null>,
        thisBinding: <global Object>,
    }
}

关于Realm

ECMA262中的原文描述是：Before it is evaluated, all ECMAScript code must be associated with a realm. Conceptually, a realm consists of a set of intrinsic objects, an ECMAScript global environment, all of the ECMAScript code that is loaded within the scope of that global environment, and other associated state and resources.

关键字：

a set of intrinsic objects（一组内置对象）
global environment（一个全局环境）
code（在上面这个全局环境中加载的所有代码）
state and resources（状态和资源）

**a set of intrinsic objects(一组内置对象)：包含了所有js基本内置对象以及宿主环境中的的内置对象**，比如：Object,Array,String,Number,Date,Error,Symbol等，来看一段代码：

1	`Array.prototype.__proto__ === Object.prototype // true`

用===符号来对比两个object，是只有当两个对象都指向同一引用时，才会为true

const a = {}
const b = {}
const c = a
console.log(a === b) // false
console.log(a === c) // true

比如上面的例子：a和b都是空对象，但是他们指向不同的引用地址，所以他俩不相等。c = a是因为把c的引用地址指向a的引用地址，他俩指向的是同一个引用地址，所以他俩相等。

global environment（一个全局环境）：比如在当前页面中，全局环境就是window，但是需要注意的是，在不同全局环境中的Realms是不同的，可以看作在创建环境前，会新new一个Realms, 而里面所有的内置对象也会是全新的。

比如在当前页面中创建iframe，而对iframe中创建的对象和当前页面中创建的对象用intanceof比较当前页面中的Object，得到的结果是只有当前页面中的对象是true，而在iframe中创建的对象是false，即虽然两个对象的原型都是Object，但是这两个Object是创建于不同的域当中，所以使用instanceof检测的结果也不一致。

const iframe = document.createElement('iframe')
document.documentElement.appendChild(iframe)
iframe.src="javascript:var b = {};"
var b1 = iframe.contentWindow.b; // 这是在iframe中创建的对象，也就是在不同Realms中的对象
var b2 = {};
console.log(typeof b1, typeof b2); //object，object
console.log(b1 instanceof Object, b2 instanceof Object); //false true iframe中创建的对象与当前的内置对象的原型链是不同的。

code（在上面这个全局环境中加载的所有代码）：这很好理解，就是在环境内的代码，用上面的代码来解释就是：

当前页面：上面代码3中所有的代码
iframe页面：var b = {};

state and resources（状态和资源）：这里原文没有过多的解释。小呆查询ECMA262原文，猜测可能跟[[LoadedModules]]和[[HostDefined]]两个字段相关。

ES2022中的执行上下文

在ES2022中，执行上下文在ES2018的基础上新增了一个私有环境，其他与ES2018中一致。

Private environment：私有环境（仅包含class生成的私有变量，如无则为null）

总结

网上关于JavaScript执行上下文的文章很多，但是每篇文章可能只讲了一个版本，这对于面试过程中，和考官就存在版本差，如果没有全面的了解不同版本的差异，兴许就会踩坑。其实从ES3一直到ES2022，JavaScript的执行上下文一直在不断的细化和补充，我们从执行上下文这一个点也能看出JavaScript的发展是非常快的。

理解好执行上下文的相关知识，还能从根上解决以下几个问题：