深入理解JavaScript的執(zhí)行上下文和執(zhí)行棧

作者：浪里行舟 2019-03-14 08:00:00

執(zhí)行上下文和執(zhí)行棧是JavaScript中關(guān)鍵概念之一，是JavaScript難點(diǎn)之一。理解執(zhí)行上下文和執(zhí)行棧同樣有助于理解其他的 JavaScript 概念如提升機(jī)制、作用域和閉包等。本文盡可能用通俗易懂的方式來介紹這些概念。

【51CTO.com原創(chuàng)稿件】

前言

如果你是一名 JavaScript 開發(fā)者，或者想要成為一名 JavaScript 開發(fā)者，那么你必須知道 JavaScript 程序內(nèi)部的執(zhí)行機(jī)制。執(zhí)行上下文和執(zhí)行棧是 JavaScript 中關(guān)鍵概念之一，是 JavaScript 難點(diǎn)之一。理解執(zhí)行上下文和執(zhí)行棧同樣有助于理解其他的 JavaScript 概念如提升機(jī)制、作用域和閉包等。本文盡可能用通俗易懂的方式來介紹這些概念。

一、執(zhí)行上下文（Execution Context）

1.什么是執(zhí)行上下文

簡而言之，執(zhí)行上下文就是當(dāng)前 JavaScript 代碼被解析和執(zhí)行時(shí)所在環(huán)境的抽象概念， JavaScript 中運(yùn)行任何的代碼都是在執(zhí)行上下文中運(yùn)行。

2.執(zhí)行上下文的類型

執(zhí)行上下文總共有三種類型：

全局執(zhí)行上下文：這是默認(rèn)的、最基礎(chǔ)的執(zhí)行上下文。不在任何函數(shù)中的代碼都位于全局執(zhí)行上下文中。它做了兩件事：1. 創(chuàng)建一個(gè)全局對象，在瀏覽器中這個(gè)全局對象就是 window 對象。2. 將 this 指針指向這個(gè)全局對象。一個(gè)程序中只能存在一個(gè)全局執(zhí)行上下文。
函數(shù)執(zhí)行上下文：每次調(diào)用函數(shù)時(shí)，都會(huì)為該函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)新的執(zhí)行上下文。每個(gè)函數(shù)都擁有自己的執(zhí)行上下文，但是只有在函數(shù)被調(diào)用的時(shí)候才會(huì)被創(chuàng)建。一個(gè)程序中可以存在任意數(shù)量的函數(shù)執(zhí)行上下文。每當(dāng)一個(gè)新的執(zhí)行上下文被創(chuàng)建，它都會(huì)按照特定的順序執(zhí)行一系列步驟，具體過程將在本文后面討論。
Eval 函數(shù)執(zhí)行上下文：運(yùn)行在 eval 函數(shù)中的代碼也獲得了自己的執(zhí)行上下文，但由于 Javascript 開發(fā)人員不常用 eval 函數(shù)，所以在這里不再討論。

二、執(zhí)行上下文的生命周期

執(zhí)行上下文的生命周期包括三個(gè)階段：創(chuàng)建階段→執(zhí)行階段→回收階段，本文重點(diǎn)介紹創(chuàng)建階段。

1.創(chuàng)建階段

當(dāng)函數(shù)被調(diào)用，但未執(zhí)行任何其內(nèi)部代碼之前，會(huì)做以下三件事：

創(chuàng)建變量對象：首先初始化函數(shù)的參數(shù) arguments，提升函數(shù)聲明和變量聲明。下文會(huì)詳細(xì)說明。
創(chuàng)建作用域鏈（Scope Chain）：在執(zhí)行期上下文的創(chuàng)建階段，作用域鏈?zhǔn)窃谧兞繉ο笾髣?chuàng)建的。作用域鏈本身包含變量對象。作用域鏈用于解析變量。當(dāng)被要求解析變量時(shí)，JavaScript 始終從代碼嵌套的最內(nèi)層開始，如果最內(nèi)層沒有找到變量，就會(huì)跳轉(zhuǎn)到上一層父作用域中查找，直到找到該變量。
確定 this 指向：包括多種情況，下文會(huì)詳細(xì)說明。

在一段 JS 腳本執(zhí)行之前，要先解析代碼（所以說 JS 是解釋執(zhí)行的腳本語言），解析的時(shí)候會(huì)先創(chuàng)建一個(gè)全局執(zhí)行上下文環(huán)境，先把代碼中即將執(zhí)行的變量、函數(shù)聲明都拿出來。變量先暫時(shí)賦值為 undefined，函數(shù)則先聲明好可使用。這一步做完了，然后再開始正式執(zhí)行程序。

另外，一個(gè)函數(shù)在執(zhí)行之前，也會(huì)創(chuàng)建一個(gè)函數(shù)執(zhí)行上下文環(huán)境，跟全局上下文差不多，不過函數(shù)執(zhí)行上下文中會(huì)多出 this arguments 和函數(shù)的參數(shù)。

2.執(zhí)行階段

執(zhí)行變量賦值、代碼執(zhí)行。

3.回收階段

執(zhí)行上下文出棧等待虛擬機(jī)回收執(zhí)行上下文。

三、變量提升和 this 指向的細(xì)節(jié)

1.變量聲明提升

大部分編程語言都是先聲明變量再使用，但在 JS 中，事情有些不一樣：

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

上述代碼正常輸出undefined而不是報(bào)錯(cuò)Uncaught ReferenceError: a is not defined，這是因?yàn)槁暶魈嵘╤oisting），相當(dāng)于如下代碼：

var a; //聲明 默認(rèn)值是undefined “準(zhǔn)備工作” 
console.log(a); 
a=10; //賦值

2.函數(shù)聲明提升

我們都知道，創(chuàng)建一個(gè)函數(shù)的方法有兩種，一種是通過函數(shù)聲明function foo(){} 另一種是通過函數(shù)表達(dá)式var foo = function(){} ,那這兩種在函數(shù)提升有什么區(qū)別呢？

console.log(f1) // function f1(){} 
function f1() {} // 函數(shù)聲明 
console.log(f2) // undefined 
var f2 = function() {} // 函數(shù)表達(dá)式

接下來我們通過一個(gè)例子來說明這個(gè)問題：

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()調(diào)用的時(shí)候報(bào)錯(cuò)了，而bar能夠正常調(diào)用。

我們前面說過變量和函數(shù)都會(huì)上升，遇到函數(shù)表達(dá)式 var foo = function(){}時(shí)，首先會(huì)將var foo上升到函數(shù)體頂部，然而此時(shí)的foo的值為undefined,所以執(zhí)行foo()報(bào)錯(cuò)。

而對于函數(shù)bar(), 則是提升了整個(gè)函數(shù)，所以bar()才能夠順利執(zhí)行。

有個(gè)細(xì)節(jié)必須注意：當(dāng)遇到函數(shù)和變量同名且都會(huì)被提升的情況，函數(shù)聲明優(yōu)先級比較高，因此變量聲明會(huì)被函數(shù)聲明所覆蓋，但是可以重新賦值。

alert(a);//輸出：function a(){ alert('我是函數(shù)') } 
function a(){ alert('我是函數(shù)') }// 
var a = '我是變量'; 
alert(a);   //輸出：'我是變量'

function 聲明的優(yōu)先級比 var 聲明高，也就意味著當(dāng)兩個(gè)同名變量同時(shí)被 function 和 var 聲明時(shí)，function 聲明會(huì)覆蓋 var 聲明。

這代碼等效于：

function a(){alert('我是函數(shù)')}  
var a;   //hoisting 
alert(a);   //輸出：function a(){ alert('我是函數(shù)') } 
a = '我是變量';//賦值 
alert(a);   //輸出：'我是變量'

***我們看個(gè)復(fù)雜點(diǎn)的例子：

function test(arg){ 
  // 1. 形參 arg 是 "hi" 
  // 2. 因?yàn)楹瘮?shù)聲明比變量聲明優(yōu)先級高，所以此時(shí) arg 是 function 
  console.log(arg);   
  var arg = 'hello'; // 3.var arg 變量聲明被忽略， arg = 'hello'被執(zhí)行 
  function arg(){ 
console.log('hello world')  
  } 
  console.log(arg);   
} 
test('hi'); 
/* 輸出： 
function a() { 
  console.log('fun'); 
  } 
hello  
*/

這是因?yàn)楫?dāng)函數(shù)執(zhí)行的時(shí)候，首先會(huì)形成一個(gè)新的私有的作用域，然后依次按照如下的步驟執(zhí)行：

如果有形參，先給形參賦值。
進(jìn)行私有作用域中的預(yù)解釋，函數(shù)聲明優(yōu)先級比變量聲明高，***后者會(huì)被前者所覆蓋，但是可以重新賦值。
私有作用域中的代碼從上到下執(zhí)行。

3.確定this的指向

先搞明白一個(gè)很重要的概念 —— this 的值是在執(zhí)行的時(shí)候才能確認(rèn)，定義的時(shí)候不能確認(rèn)！ 為什么呢 —— 因?yàn)?this 是執(zhí)行上下文環(huán)境的一部分，而執(zhí)行上下文需要在代碼執(zhí)行之前確定，而不是定義的時(shí)候。看如下例子：

// 情況1 
function foo() { 
console.log(this.a) //1 
} 
var a = 1 
foo() 
 
// 情況2 
function fn(){ 
console.log(this); 
} 
var obj={fn:fn}; 
obj.fn(); //this->obj 
 
// 情況3 
function CreateJsPerson(name,age){ 
//this是當(dāng)前類的一個(gè)實(shí)例p1 
this.name=name; //=>p1.name=name 
this.age=age; //=>p1.age=age 
} 
var p1=new CreateJsPerson("尹華芝",48); 
 
// 情況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 
 
// 情況5 
<button id="btn1">箭頭函數(shù)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>

接下來我們逐一解釋上面幾種情況

對于直接調(diào)用 foo 來說，不管 foo 函數(shù)被放在了什么地方，this 一定是 window。
對于 obj.foo() 來說，我們只需要記住，誰調(diào)用了函數(shù)，誰就是 this，所以在這個(gè)場景下 foo 函數(shù)中的 this 就是 obj 對象。
在構(gòu)造函數(shù)模式中，類中(函數(shù)體中)出現(xiàn)的 this.xxx=xxx 中的 this 是當(dāng)前類的一個(gè)實(shí)例。
call、apply和bind：this 是***個(gè)參數(shù)。
箭頭函數(shù) this 指向：箭頭函數(shù)沒有自己的 this，看其外層的是否有函數(shù)，如果有，外層函數(shù)的this就是內(nèi)部箭頭函數(shù)的 this，如果沒有，則 this 是 window。

四、執(zhí)行上下文棧（Execution Context Stack）

函數(shù)多了，就有多個(gè)函數(shù)執(zhí)行上下文，每次調(diào)用函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)新的執(zhí)行上下文，那如何管理創(chuàng)建的那么多執(zhí)行上下文呢？

JavaScript 引擎創(chuàng)建了執(zhí)行上下文棧來管理執(zhí)行上下文。可以把執(zhí)行上下文棧認(rèn)為是一個(gè)存儲函數(shù)調(diào)用的棧結(jié)構(gòu)，遵循先進(jìn)后出的原則。

從上面的流程圖，我們需要記住幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

JavaScript 執(zhí)行在單線程上，所有的代碼都是排隊(duì)執(zhí)行。
一開始瀏覽器執(zhí)行全局的代碼時(shí)，首先創(chuàng)建全局的執(zhí)行上下文，壓入執(zhí)行棧的頂部。
每當(dāng)進(jìn)入一個(gè)函數(shù)的執(zhí)行就會(huì)創(chuàng)建函數(shù)的執(zhí)行上下文，并且把它壓入執(zhí)行棧的頂部。當(dāng)前函數(shù)執(zhí)行完成后，當(dāng)前函數(shù)的執(zhí)行上下文出棧，并等待垃圾回收。
瀏覽器的 JS 執(zhí)行引擎總是訪問棧頂?shù)膱?zhí)行上下文。
全局上下文只有唯一的一個(gè)，它在瀏覽器關(guān)閉時(shí)出棧。

我們再來看個(gè)例子：

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

上述代碼運(yùn)行按照如下步驟：

當(dāng)上述代碼在瀏覽器中加載時(shí)，JavaScript 引擎會(huì)創(chuàng)建一個(gè)全局執(zhí)行上下文并且將它推入當(dāng)前的執(zhí)行棧。
調(diào)用 changeColor 函數(shù)時(shí)，此時(shí) changeColor 函數(shù)內(nèi)部代碼還未執(zhí)行，js 執(zhí)行引擎立即創(chuàng)建一個(gè) changeColor 的執(zhí)行上下文（簡稱 EC），然后把這執(zhí)行上下文壓入到執(zhí)行棧（簡稱 ECStack）中。
執(zhí)行 changeColor 函數(shù)過程中，調(diào)用 swapColors 函數(shù)，同樣地，swapColors 函數(shù)執(zhí)行之前也創(chuàng)建了一個(gè) swapColors 的執(zhí)行上下文，并壓入到執(zhí)行棧中。
swapColors 函數(shù)執(zhí)行完成，swapColors 函數(shù)的執(zhí)行上下文出棧，并且被銷毀。
changeColor 函數(shù)執(zhí)行完成，changeColor 函數(shù)的執(zhí)行上下文出棧，并且被銷毀。