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深入理解JavaScript的执行上下文和执行栈

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。

作者:浪里行舟来源:51CTO|2019-03-14 08:00

【51CTO.com原创稿件】

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 
  2. 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:

  1. var a; //声明 默认值是undefined “准备工作” 
  2. console.log(a); 
  3. 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?

  1. console.log(f1) // function f1(){} 
  2. function f1() {} // 函数声明 
  3. console.log(f2) // undefined 
  4. 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:

  1. function test() { 
  2.   foo(); // Uncaught TypeError "foo is not a function" 
  3.   bar(); // "this will run!" 
  4.   var foo = function () { // function expression assigned to local variable 'foo' 
  5.       alert("this won't run!"); 
  6.   } 
  7.   function bar() { // function declaration, given the name 'bar' 
  8.       alert("this will run!"); 
  9.   } 
  10. 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') } 
  2. function a(){ alert('我是函数') }// 
  3. var a = '我是变量'
  4. 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:

  1. function a(){alert('我是函数')}  
  2. var a;   //hoisting 
  3. alert(a);   //输出:function a(){ alert('我是函数') } 
  4. a = '我是变量';//赋值 
  5. alert(a);   //输出:'我是变量' 

最后我们看个复杂点的例子:

  1. function test(arg){ 
  2.   // 1. 形参 arg 是 "hi" 
  3.   // 2. 因为函数声明比变量声明优先级高,所以此时 arg 是 function 
  4.   console.log(arg);   
  5.   var arg = 'hello'; // 3.var arg 变量声明被忽略, arg = 'hello'被执行 
  6.   function arg(){ 
  7. console.log('hello world')  
  8.   } 
  9.   console.log(arg);   
  10. test('hi'); 
  11. /* 输出: 
  12. function a() { 
  13.   console.log('fun'); 
  14.   } 
  15. hello  
  16. */ 

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 
  2. function foo() { 
  3. console.log(this.a) //1 
  4. var a = 1 
  5. foo() 
  6. ​ 
  7. // 情况2 
  8. function fn(){ 
  9. console.log(this); 
  10. var obj={fn:fn}; 
  11. obj.fn(); //this->obj 
  12. ​ 
  13. // 情况3 
  14. function CreateJsPerson(name,age){ 
  15. //this是当前类的一个实例p1 
  16. this.name=name; //=>p1.name=name 
  17. this.age=age; //=>p1.age=age 
  18. var p1=new CreateJsPerson("尹华芝",48); 
  19. ​ 
  20. // 情况4 
  21. function add(c, d){ 
  22. return this.a + this.b + c + d; 
  23. var o = {a:1, b:3}; 
  24. add.call(o, 5, 7); // 1 + 3 + 5 + 7 = 16 
  25. add.apply(o, [10, 20]); // 1 + 3 + 10 + 20 = 34 
  26. ​ 
  27. // 情况5 
  28. <button id="btn1">箭头函数this</button> 
  29. <script type="text/javascript">    
  30.   let btn1 = document.getElementById('btn1'); 
  31.   let obj = { 
  32.       name'kobe'
  33.       age: 39, 
  34.       getName: function () { 
  35.           btn1.onclick = () => { 
  36.               console.log(this);//obj 
  37.           }; 
  38.       } 
  39.   }; 
  40.   obj.getName(); 
  41. </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:

  1. var color = 'blue'
  2. function changeColor() { 
  3.   var anotherColor = 'red'
  4.   function swapColors() { 
  5.       var tempColor = anotherColor; 
  6.       anotherColor = color; 
  7.       color = tempColor; 
  8.   } 
  9.   swapColors(); 
  10. 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

 浪里行舟,慕课网认证作者,前端爱好者,立志往全栈工程师发展,从事前端一年多,目前技术栈有vue全家桶、ES6以及less等,乐于分享,最近一年写了五六十篇原创技术文章,得到诸多好评!

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【责任编辑:庞桂玉 TEL:(010)68476606】

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