深入理解JavaScript执行上下文和执行栈

[ljianshu]

前言

如果你是一名 JavaScript 开发者，或者想要成为一名 JavaScript 开发者，那么你必须知道 JavaScript 程序内部的执行机制。执行上下文和执行栈是JavaScript中关键概念之一，是JavaScript难点之一。 理解执行上下文和执行栈同样有助于理解其他的 JavaScript 概念如提升机制、作用域和闭包等。本文尽可能用通俗易懂的方式来介绍这些概念。

一、执行上下文（Execution Context）

1.什么是执行上下文

简而言之，执行上下文就是当前 JavaScript 代码被解析和执行时所在环境的抽象概念， JavaScript 中运行任何的代码都是在执行上下文中运行

2.执行上下文的类型

执行上下文总共有三种类型：

• 全局执行上下文： 这是默认的、最基础的执行上下文。不在任何函数中的代码都位于全局执行上下文中。它做了两件事：1. 创建一个全局对象，在浏览器中这个全局对象就是 window 对象。2. 将 this 指针指向这个全局对象。一个程序中只能存在一个全局执行上下文。
• 函数执行上下文： 每次调用函数时，都会为该函数创建一个新的执行上下文。每个函数都拥有自己的执行上下文，但是只有在函数被调用的时候才会被创建。一个程序中可以存在任意数量的函数执行上下文。每当一个新的执行上下文被创建，它都会按照特定的顺序执行一系列步骤，具体过程将在本文后面讨论。
• Eval 函数执行上下文： 运行在 eval 函数中的代码也获得了自己的执行上下文，但由于 Javascript 开发人员不常用 eval 函数，所以在这里不再讨论。

二、执行上下文的生命周期

执行上下文的生命周期包括三个阶段：创建阶段→执行阶段→回收阶段，本文重点介绍创建阶段。

1.创建阶段

当函数被调用，但未执行任何其内部代码之前，会做以下三件事：

• 创建变量对象：首先初始化函数的参数arguments，提升函数声明和变量声明。下文会详细说明。
• 创建作用域链（Scope Chain）：在执行期上下文的创建阶段，作用域链是在变量对象之后创建的。作用域链本身包含变量对象。作用域链用于解析变量。当被要求解析变量时，JavaScript 始终从代码嵌套的最内层开始，如果最内层没有找到变量，就会跳转到上一层父作用域中查找，直到找到该变量。
• 确定this指向：包括多种情况，下文会详细说明

在一段 JS 脚本执行之前，要先解析代码（所以说 JS 是解释执行的脚本语言），解析的时候会先创建一个全局执行上下文环境，先把代码中即将执行的变量、函数声明都拿出来。变量先暂时赋值为undefined，函数则先声明好可使用。这一步做完了，然后再开始正式执行程序。

另外，一个函数在执行之前，也会创建一个函数执行上下文环境，跟全局上下文差不多，不过 函数执行上下文中会多出this arguments和函数的参数。

2.执行阶段

执行变量赋值、代码执行

3.回收阶段

执行上下文出栈等待虚拟机回收执行上下文

三、变量提升和this指向的细节

1.变量声明提升

大部分编程语言都是先声明变量再使用，但在JS中，事情有些不一样：

console.log(a)// undefined
var a = 10

上述代码正常输出undefined而不是报错Uncaught ReferenceError: a is not defined,这是因为声明提升（hoisting），相当于如下代码：

var a; //声明 默认值是undefined “准备工作”
console.log(a);
a=10; //赋值

2.函数声明提升

我们都知道，创建一个函数的方法有两种，一种是通过函数声明function foo(){}
另一种是通过函数表达式var foo = function(){} ,那这两种在函数提升有什么区别呢？

console.log(f1) // function f1(){}
function f1() {} // 函数声明
console.log(f2) // undefined
var f2 = function() {} // 函数表达式

接下来我们通过一个例子来说明这个问题：

function test() {
    foo(); // Uncaught TypeError "foo is not a function"
    bar(); // "this will run!"
    var foo = function () { // function expression assigned to local variable 'foo'
        alert("this won't run!");
    }
    function bar() { // function declaration, given the name 'bar'
        alert("this will run!");
    }
}
test();

在上面的例子中，foo()调用的时候报错了，而bar能够正常调用。

我们前面说过变量和函数都会上升，遇到函数表达式 var foo = function(){}时，首先会将var foo上升到函数体顶部，然而此时的foo的值为undefined,所以执行foo()报错。

而对于函数bar(), 则是提升了整个函数，所以bar()才能够顺利执行。

有个细节必须注意：当遇到函数和变量同名且都会被提升的情况，函数声明优先级比较高，因此变量声明会被函数声明所覆盖，但是可以重新赋值。

alert(a);//输出：function a(){ alert('我是函数') }
function a(){ alert('我是函数') }//
var a = '我是变量';
alert(a);   //输出：'我是变量'

function声明的优先级比var声明高，也就意味着当两个同名变量同时被function和var声明时，function声明会覆盖var声明

这代码等效于：

function a(){alert('我是函数')} 
var a;    //hoisting
alert(a);    //输出：function a(){ alert('我是函数') }
a = '我是变量';//赋值
alert(a);   //输出：'我是变量'

最后我们看个复杂点的例子：

function test(arg){
    // 1. 形参 arg 是 "hi"
    // 2. 因为函数声明比变量声明优先级高，所以此时 arg 是 function
    console.log(arg);  
    var arg = 'hello'; // 3.var arg 变量声明被忽略， arg = 'hello'被执行
    function arg(){
	console.log('hello world') 
    }
    console.log(arg);  
}
test('hi');
/* 输出：
function arg(){
    console.log('hello world') 
    }
hello 
*/

这是因为当函数执行的时候,首先会形成一个新的私有的作用域，然后依次按照如下的步骤执行：

• 如果有形参，先给形参赋值
• 进行私有作用域中的预解释，函数声明优先级比变量声明高，最后后者会被前者所覆盖，但是可以重新赋值
• 私有作用域中的代码从上到下执行

3.确定this的指向

先搞明白一个很重要的概念 —— this的值是在执行的时候才能确认，定义的时候不能确认！ 为什么呢 —— 因为this是执行上下文环境的一部分，而执行上下文需要在代码执行之前确定，而不是定义的时候。看如下例子：

// 情况1
function foo() {
  console.log(this.a) //1
}
var a = 1
foo()

// 情况2
function fn(){
  console.log(this);
}
var obj={fn:fn};
obj.fn(); //this->obj

// 情况3
function CreateJsPerson(name,age){
//this是当前类的一个实例p1
this.name=name; //=>p1.name=name
this.age=age; //=>p1.age=age
}
var p1=new CreateJsPerson("尹华芝",48);

// 情况4
function add(c, d){
  return this.a + this.b + c + d;
}
var o = {a:1, b:3};
add.call(o, 5, 7); // 1 + 3 + 5 + 7 = 16
add.apply(o, [10, 20]); // 1 + 3 + 10 + 20 = 34

// 情况5
<button id="btn1">箭头函数this</button>
<script type="text/javascript">   
    let btn1 = document.getElementById('btn1');
    let obj = {
        name: 'kobe',
        age: 39,
        getName: function () {
            btn1.onclick = () => {
                console.log(this);//obj
            };
        }
    };
    obj.getName();
</script>

接下来我们逐一解释上面几种情况

• 对于直接调用 foo 来说，不管 foo 函数被放在了什么地方，this 一定是 window
• 对于 obj.foo() 来说，我们只需要记住，谁调用了函数，谁就是 this，所以在这个场景下 foo 函数中的 this 就是 obj 对象
• 在构造函数模式中，类中(函数体中)出现的this.xxx=xxx中的this是当前类的一个实例
• call、apply和bind：this 是第一个参数
• 箭头函数this指向:箭头函数没有自己的this，看其外层的是否有函数，如果有，外层函数的this就是内部箭头函数的this，如果没有，则this是window。

四、执行上下文栈（Execution Context Stack）

函数多了，就有多个函数执行上下文，每次调用函数创建一个新的执行上下文，那如何管理创建的那么多执行上下文呢？

JavaScript 引擎创建了执行上下文栈来管理执行上下文。可以把执行上下文栈认为是一个存储函数调用的栈结构，遵循先进后出的原则。

从上面的流程图，我们需要记住几个关键点：

• JavaScript执行在单线程上，所有的代码都是排队执行。
• 一开始浏览器执行全局的代码时，首先创建全局的执行上下文，压入执行栈的顶部。
• 每当进入一个函数的执行就会创建函数的执行上下文，并且把它压入执行栈的顶部。当前函数执行完成后，当前函数的执行上下文出栈，并等待垃圾回收。
• 浏览器的JS执行引擎总是访问栈顶的执行上下文。
• 全局上下文只有唯一的一个，它在浏览器关闭时出栈。

我们再来看个例子：

var color = 'blue';
function changeColor() {
    var anotherColor = 'red';
    function swapColors() {
        var tempColor = anotherColor;
        anotherColor = color;
        color = tempColor;
    }
    swapColors();
}
changeColor();

上述代码运行按照如下步骤：

• 当上述代码在浏览器中加载时，JavaScript 引擎会创建一个全局执行上下文并且将它推入当前的执行栈
• 调用 changeColor函数时，此时changeColor函数内部代码还未执行，js执行引擎立即创建一个changeColor的执行上下文（简称EC），然后把这执行上下文压入到执行栈（简称ECStack）中。
• 执行changeColor函数过程中，调用swapColors函数，同样地，swapColors函数执行之前也创建了一个swapColors的执行上下文，并压入到执行栈中。
• swapColors函数执行完成，swapColors函数的执行上下文出栈，并且被销毁。
• changeColor函数执行完成，changeColor函数的执行上下文出栈，并且被销毁。
  

参考文章

• 了解JavaScript的执行上下文
• 前端面试之道
• 深入理解javascript原型和闭包系列
• 【译】理解 Javascript 执行上下文和执行栈
• 深入理解JavaScript中的作用域和上下文
• 前端基础进阶（二）：执行上下文详细图解
• 深入理解JS中声明提升、作用域（链）和this关键字

[DangoSky]

@ljianshu 我有个问题，希望大佬可以解答一下。全局执行上下文会一直存在于执行栈的栈底直到页面被关闭，这意味着执行栈一直非空吧？而 JavaScript 事件队列中的事件，是会等到执行栈空的时候才会进入到执行栈中（比如setTimeout事件）准备执行，这两者是不是有冲突？执行栈到底会不会为空，如果不会为空的话怎么解释事件队列中的事件只有等到执行栈为空时才会进入执行栈中，如果会为空的话怎么解释全局执行上下文会一直存在执行栈栈底？

[ljianshu]

@ljianshu 我有个问题，希望大佬可以解答一下。全局执行上下文会一直存在于执行栈的栈底直到页面被关闭，这意味着执行栈一直非空吧？而 JavaScript 事件队列中的事件，是会等到执行栈空的时候才会进入到执行栈中（比如setTimeout事件）准备执行，这两者是不是有冲突？执行栈到底会不会为空，如果不会为空的话怎么解释事件队列中的事件只有等到执行栈为空时才会进入执行栈中，如果会为空的话怎么解释全局执行上下文会一直存在执行栈栈底？

一旦"执行栈"中的 所有同步任务执行完毕，系统就会读取"任务队列"，看看里面有哪些事件。那些对应的异步任务，于是结束等待状态，进入执行栈，开始执行。

并不是你所说的等到执行栈空时候，而是执行栈中所有同步任务执行完毕

[Obpnx7]

你好，非常感谢你的文章，但是关于本文和你写的深入理解JavaScript作用域和作用域链一文，有两点感到矛盾：

1. 在第二部分执行上下文的生命周期中说执行上下文的创建过程会创建作用域链，而在作用域一文的最后部分说

   JavaScript的执行分为：解释和执行两个阶段

   JavaScript解释阶段便会确定作用域规则

   这里是否有矛盾？

2. 还是第二部分中提到

   在一段 JS 脚本执行之前，要先解析代码（所以说 JS 是解释执行的脚本语言），解析的时候会先创建一个全局执行上下文环境

   这里的解析是否跟作用域一文的最后部分提到的解释阶段相同，如果相同，为何会在这个阶段创建执行上下文，如果不同，这个解析阶段又是怎么回事？

[erdong0604]

@Obpnx7

1. 可能你并不是很明白作用域、作用域链和执行上下文的区别。
   作用域：也就是当前作用域内变量和函数作用的范围。
   JavaScript作用域采用的是词法作用域。词法作用域规定了作用域在词法分析阶段(也就是文中所说的解释阶段,这里的解释阶段太过笼统,暂且理解成等价于词法分析阶段)就已经确定了。伴随确定的还有当前作用域中的变量声明位置，自由变量的查找位置。可以通俗一点理解：当在函数作用域中访问一个变量时,它的查找位置是从声明函数的位置开始然后向上层作用域中查找的，而不是在调用位置开始查找。

var a = 1;
function foo(){
  console.log(a);
}

function bar(){
  var a = 2;
  foo(); //  这里执行foo时打印的是全局变量中的a。也就是1。
}

bar();

作用域链：作用域链是当前执行上下文中的变量对象(VO)和其所有父级执行上下文的变量对象组成的。最顶端始终是当前执行上下文的变量对象(VO)，最低端始终是全局执行上下文中的变量对象(VO)。(如果是函数执行上下文,AO = VO)

还拿上述代码为例：

// 当foo执行时它的作用域链为

scopechain = [
    fooExecutionContext.AO,
    globalExecutionContext.VO,
]

当foo访问一个变量时，首先会从作用域链从顶端查找，如果未找到就沿着作用域链向后查找。直到找到全局执行上下文的VO。

2.作者这里所指的解析，跟解释阶段应该是同一个过程。但是我认为并不同。当开始执行一段JavaScript脚本时，会首先进入全局执行上下文(个人认为这里已经是解释阶段之后了)。然后进行执行上下文的两个阶段：创建阶段 -> 执行阶段。

[HduSy]

执行上下文创建阶段的变量对象是指什么？