深入理解 JavaScript 执行上下文和执行栈

2022-02-14 00:32:41

作者：浪里行舟

Fundebug经授权转载，版权归原作者所有。

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

给大家推荐一个好用的 BUG 监控工具Fundebug，欢迎免费试用！

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

关于Fundebug

Fundebug专注于JavaScript、微信小程序、微信小游戏、支付宝小程序、React Native、Node.js和Java线上应用实时BUG监控。自从2016年双十一正式上线，Fundebug累计处理了10亿+错误事件，付费客户有Google、360、金山软件、百姓网等众多品牌企业。欢迎大家免费试用！

码农公寓

前言