深入理解Javascript之執行上下文(Execution Context)

ipilipala 2017-03-30

展开全文

在這篇文章中，將比較深入地闡述下執行上下文 - Javascript中最基礎也是最重要的一個概念。相信讀完這篇文章後，你就會明白javascript引擎內部在執行代碼以前到底做了些什麼，為什麼某些函數以及變量在沒有被聲明以前就可以被使用，以及它們的最終的值是怎樣被定義的。

什麼是執行上下文

Javascript中代碼的運行環境分為以下三種：

全局級別的代碼 - 這個是默認的代碼運行環境，一旦代碼被載入，引擎最先進入的就是這個環境。
函數級別的代碼 - 當執行一個函數時，運行函數體中的代碼。
Eval的代碼 - 在Eval函數內運行的代碼。

在網上可以找到很多闡述作用域的資源，為了使該文便於大家理解，我們可以將「執行上下文」看做當前代碼的運行環境或者作用域。下面我們來看一個示例，其中包括了全局以及函數級別的執行上下文：

上圖中，一共用4個執行上下文。紫色的代表全局的上下文；綠色代表person函數內的上下文；藍色以及橙色代表person函數內的另外兩個函數的上下文。注意，不管什麼情況下，只存在一個全局的上下文，該上下文能被任何其它的上下文所訪問到。也就是說，我們可以在person的上下文中訪問到全局上下文中的sayHello變量，當然在函數firstName或者lastName中同樣可以訪問到該變量。

至於函數上下文的個數是沒有任何限制的，每到調用執行一個函數時，引擎就會自動新建出一個函數上下文，換句話說，就是新建一個局部作用域，可以在該局部作用域中聲明私有變量等，在外部的上下文中是無法直接訪問到該局部作用域內的元素的。在上述例子的，內部的函數可以訪問到外部上下文中的聲明的變量，反之則行不通。那麼，這到底是什麼原因呢？引擎內部是如何處理的呢？

執行上下文堆棧

在瀏覽器中，javascript引擎的工作方式是單線程的。也就是說，某一時刻只有唯一的一個事件是被激活處理的，其它的事件被放入隊列中，等待被處理。下面的示例圖描述了這樣的一個堆棧：

我們已經知道，當javascript代碼文件被瀏覽器載入後，默認最先進入的是一個全局的執行上下文。當在全局上下文中調用執行一個函數時，程序流就進入該被調用函數內，此時引擎就會為該函數創建一個新的執行上下文，並且將其壓入到執行上下文堆棧的頂部。瀏覽器總是執行當前在堆棧頂部的上下文，一旦執行完畢，該上下文就會從堆棧頂部被彈出，然後，進入其下的上下文執行代碼。這樣，堆棧中的上下文就會被依次執行並且彈出堆棧，直到回到全局的上下文。請看下面一個例子：

1
2
3
4
5
6
7
8
(function foo(i) {
    if (i === 3) {
        return;
    }
    else {
        foo(++i);
    }
}(0));

上述foo被聲明後，通過()運算符強制直接運行了。函數代碼就是調用了其自身3次，每次是局部變量i增加1。每次foo函數被自身調用時，就會有一個新的執行上下文被創建。每當一個上下文執行完畢，該上上下文就被彈出堆棧，回到上一個上下文，直到再次回到全局上下文。真個過程抽象如下圖:

由此可見，對於執行上下文這個抽象的概念，可以歸納為以下幾點：

單線程
同步執行
唯一的一個全局上下文
函數的執行上下文的個數沒有限制
每次某個函數被調用，就會有個新的執行上下文為其創建，即使是調用的自身函數，也是如此。

執行上下文的建立過程

我們現在已經知道，每當調用一個函數時，一個新的執行上下文就會被創建出來。然而，在javascript引擎內部，這個上下文的創建過程具體分為兩個階段:

建立階段(發生在當調用一個函數時，但是在執行函數體內的具體代碼以前)
- 建立變量，函數，arguments對象，參數
- 建立作用域鏈
- 確定this的值
代碼執行階段:
- 變量賦值，函數引用，執行其它代碼

實際上，可以把執行上下文看做一個對象，其下包含了以上3個屬性：

1
2
3
4
5
  executionContextObj = {
    variableObject: { /* 函數中的arguments對象, 參數, 內部的變量以及函數聲明 */ },
    scopeChain: { /* variableObject 以及所有父執行上下文中的variableObject */ },
    this: {}
  }

建立階段以及代碼執行階段的詳細分析

確切地說，執行上下文對象（上述的executionContextObj）是在函數被調用時，但是在函數體被真正執行以前所創建的。函數被調用時，就是我上述所描述的兩個階段中的第一個階段 - 建立階段。這個時刻，引擎會檢查函數中的參數，聲明的變量以及內部函數，然後基於這些信息建立執行上下文對象（executionContextObj）。在這個階段，variableObject對象，作用域鏈，以及this所指向的對象都會被確定。

上述第一個階段的具體過程如下：

找到當前上下文中的調用函數的代碼
在執行被調用的函數體中的代碼以前，開始創建執行上下文
進入第一個階段-建立階段:
- 建立variableObject對象:
  1. 建立arguments對象，檢查當前上下文中的參數，建立該對象下的屬性以及屬性值
  2. 檢查當前上下文中的函數聲明：
    - 每找到一個函數聲明，就在variableObject下面用函數名建立一個屬性，屬性值就是指向該函數在內存中的地址的一個引用
    - 如果上述函數名已經存在於variableObject下，那麼對應的屬性值會被新的引用所覆蓋。
  3. 檢查當前上下文中的變量聲明：
    - 每找到一個變量的聲明，就在variableObject下，用變量名建立一個屬性，屬性值為undefined。
    - 如果該變量名已經存在於variableObject屬性中，直接跳過(防止指向函數的屬性的值被變量屬性覆蓋為undefined)，原屬性值不會被修改。
- 初始化作用域鏈
- 確定上下文中this的指向對象
代碼執行階段:
- 執行函數體中的代碼，一行一行地運行代碼，給variableObject中的變量屬性賦值。

下面來看個具體的代碼示例:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
   function foo(i) {
    var a = 'hello';
    var b = function privateB() {

    };
    function c() {

    }
}

foo(22);

在調用foo(22)的時候，建立階段如下:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
fooExecutionContext = {
    variableObject: {
        arguments: {
            0: 22,
            length: 1
        },
        i: 22,
        c: pointer to function c()
        a: undefined,
        b: undefined
    },
    scopeChain: { ... },
    this: { ... }
}

由此可見，在建立階段，除了arguments，函數的聲明，以及參數被賦予了具體的屬性值，其它的變量屬性默認的都是undefined。一旦上述建立階段結束，引擎就會進入代碼執行階段，這個階段完成後，上述執行上下文對象如下:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
fooExecutionContext = {
    variableObject: {
        arguments: {
            0: 22,
            length: 1
        },
        i: 22,
        c: pointer to function c()
        a: 'hello',
        b: pointer to function privateB()
    },
    scopeChain: { ... },
    this: { ... }
}

我們看到，只有在代碼執行階段，變量屬性才會被賦予具體的值。

局部變量作用域提升的緣由

在網上一直看到這樣的總結：在函數中聲明的變量以及函數，其作用域提升到函數頂部，換句話說，就是一進入函數體，就可以訪問到其中聲明的變量以及函數。這是對的，但是知道其中的緣由嗎？相信你通過上述的解釋應該也有所明白了。不過在這邊再分析一下。看下面一段代碼:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
(function() {

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

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

    function foo() {
        return 'hello';
    }

}());

上述代碼定義了一個匿名函數，並且通過()運算符強制理解執行。那麼我們知道這個時候就會有個執行上下文被創建，我們看到例子中馬上可以訪問foo以及bar變量，並且通過typeof輸出foo為一個函數引用，bar為undefined。

為什麼我們可以在聲明foo變量以前就可以訪問到foo呢？
因為在上下文的建立階段，先是處理arguments, 參數，接著是函數的聲明，最後是變量的聲明。那麼，發現foo函數的聲明後，就會在variableObject下面建立一個foo屬性，其值是一個指向函數的引用。當處理變量聲明的時候，發現有var foo的聲明，但是variableObject已經具有了foo屬性，所以直接跳過。當進入代碼執行階段的時候，就可以通過訪問到foo屬性了，因為它已經就存在，並且是一個函數引用。
為什麼bar是undefined呢？

因為bar是變量的聲明，在建立階段的時候，被賦予的默認的值為undefined。由於它只要在代碼執行階段才會被賦予具體的值，所以，當調用typeof(bar)的時候輸出的值為undefined。

好了，到此為止，相信你應該對執行上下文有所理解了，這個執行上下文的概念非常重要，務必好好搞懂之！

覺得文章有用？立即：和朋友一起 共學習共進步！