全面阐析JavaScript执行上下文和执行栈
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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:
1 | console.log(a)// undefined |
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:
1 | var a; //声明 默认值是undefined “准备工作” |
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?
1 | console.log(f1) // function f1(){} |
接下来我们通过一个例子来说明这个问题:
1 | function 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。
1 | alert(a);//输出:function a(){ alert('我是函数') } |
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:
1 | function a(){alert('我是函数')} |
最后我们看个复杂点的例子:
1 | function test(arg){ |
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:
1 | // 情况1 |
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:
1 | var color = 'blue'; |
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。