深入理解 JavaScript 执行上下文和执行栈

Dear 丶 2021-09-20 09:50 282阅读 0赞

## **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

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## **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：

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：

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。

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## **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**。

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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。

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## **参考文章** ##

*  [了解 JavaScript 的执行上下文][JavaScript]
 *  [前端面试之道][Link 1]
 *  [深入理解 javascript 原型和闭包系列][javascript]
 *  [【译】理解 Javascript 执行上下文和执行栈][Javascript]
 *  [深入理解 JavaScript 中的作用域和上下文][JavaScript 1]
 *  [前端基础进阶（二）：执行上下文详细图解][Link 2]
 *  [深入理解 JS 中声明提升、作用域（链）和this关键字][JS _this]

[Fundebug]: https://link.zhihu.com/?target=https%3A//www.fundebug.com/%3Futm_source%3Dliao
[v2-e5718f686915109d0ce47022bd9bb7c1_hd.jpg]: /images/20210812/9325dcdbd6e646ac99e2790f56813bd5.png
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[JavaScript]: https://link.zhihu.com/?target=https%3A//yanhaijing.com/javascript/2014/04/29/what-is-the-execution-context-in-javascript/
[Link 1]: https://link.zhihu.com/?target=https%3A//juejin.im/book/5bdc715fe51d454e755f75ef/section/5be04a8e6fb9a04a072fd2cd
[javascript]: https://link.zhihu.com/?target=http%3A//www.cnblogs.com/wangfupeng1988/p/4001284.html
[Javascript]: https://link.zhihu.com/?target=https%3A//juejin.im/post/5bdfd3e151882516c6432c32
[JavaScript 1]: https://link.zhihu.com/?target=https%3A//www.html.cn/archives/7255
[Link 2]: https://link.zhihu.com/?target=https%3A//segmentfault.com/a/1190000012646203
[JS _this]: https://link.zhihu.com/?target=https%3A//gith%3Ccode%3Eub.c%3C/code%3Eom/creeperyang/blog/issues/16