深入理解JavaScript執行上下文和執行棧

浪裡行舟發表於2019-03-18

前言

如果你是一名 JavaScript 開發者,或者想要成為一名 JavaScript 開發者,那麼你必須知道 JavaScript 程式內部的執行機制。執行上下文和執行棧是JavaScript中關鍵概念之一,是JavaScript難點之一。 理解執行上下文和執行棧同樣有助於理解其他的 JavaScript 概念如提升機制、作用域和閉包等。本文儘可能用通俗易懂的方式來介紹這些概念。

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一、執行上下文(Execution Context)

1.什麼是執行上下文

簡而言之,執行上下文就是當前 JavaScript 程式碼被解析和執行時所在環境的抽象概念, JavaScript 中執行任何的程式碼都是在執行上下文中執行

2.執行上下文的型別

執行上下文總共有三種型別:

  • 全域性執行上下文: 這是預設的、最基礎的執行上下文。不在任何函式中的程式碼都位於全域性執行上下文中。它做了兩件事:1. 建立一個全域性物件,在瀏覽器中這個全域性物件就是 window 物件。2. 將 this 指標指向這個全域性物件。一個程式中只能存在一個全域性執行上下文。
  • 函式執行上下文: 每次呼叫函式時,都會為該函式建立一個新的執行上下文。每個函式都擁有自己的執行上下文,但是隻有在函式被呼叫的時候才會被建立。一個程式中可以存在任意數量的函式執行上下文。每當一個新的執行上下文被建立,它都會按照特定的順序執行一系列步驟,具體過程將在本文後面討論。
  • Eval 函式執行上下文: 執行在 eval 函式中的程式碼也獲得了自己的執行上下文,但由於 Javascript 開發人員不常用 eval 函式,所以在這裡不再討論。

二、執行上下文的生命週期

執行上下文的生命週期包括三個階段:建立階段→執行階段→回收階段,本文重點介紹建立階段。

1.建立階段

當函式被呼叫,但未執行任何其內部程式碼之前,會做以下三件事:

  • 建立變數物件:首先初始化函式的引數arguments,提升函式宣告和變數宣告。下文會詳細說明。
  • 建立作用域鏈(Scope Chain):在執行期上下文的建立階段,作用域鏈是在變數物件之後建立的。作用域鏈本身包含變數物件。作用域鏈用於解析變數。當被要求解析變數時,JavaScript 始終從程式碼巢狀的最內層開始,如果最內層沒有找到變數,就會跳轉到上一層父作用域中查詢,直到找到該變數。
  • 確定this指向:包括多種情況,下文會詳細說明

在一段 JS 指令碼執行之前,要先解析程式碼(所以說 JS 是解釋執行的指令碼語言),解析的時候會先建立一個全域性執行上下文環境,先把程式碼中即將執行的變數、函式宣告都拿出來。變數先暫時賦值為undefined,函式則先宣告好可使用。這一步做完了,然後再開始正式執行程式。

另外,一個函式在執行之前,也會建立一個函式執行上下文環境,跟全域性上下文差不多,不過 函式執行上下文中會多出this arguments和函式的引數。

2.執行階段

執行變數賦值、程式碼執行

3.回收階段

執行上下文出棧等待虛擬機器回收執行上下文

三、變數提升和this指向的細節

1.變數宣告提升

大部分程式語言都是先宣告變數再使用,但在JS中,事情有些不一樣:

console.log(a)// undefined
var a = 10
複製程式碼

上述程式碼正常輸出undefined而不是報錯Uncaught ReferenceError: a is not defined,這是因為宣告提升(hoisting),相當於如下程式碼:

var a; //宣告 預設值是undefined “準備工作”
console.log(a);
a=10; //賦值
複製程式碼

2.函式宣告提升

我們都知道,建立一個函式的方法有兩種,一種是通過函式宣告function foo(){} 另一種是通過函式表示式var foo = function(){} ,那這兩種在函式提升有什麼區別呢?

console.log(f1) // function f1(){}
function f1() {} // 函式宣告
console.log(f2) // undefined
var f2 = function() {} // 函式表示式
複製程式碼

接下來我們通過一個例子來說明這個問題:

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();
複製程式碼

在上面的例子中,foo()呼叫的時候報錯了,而bar能夠正常呼叫。

我們前面說過變數和函式都會上升,遇到函式表示式 var foo = function(){}時,首先會將var foo上升到函式體頂部,然而此時的foo的值為undefined,所以執行foo()報錯。

而對於函式bar(), 則是提升了整個函式,所以bar()才能夠順利執行。

有個細節必須注意:當遇到函式和變數同名且都會被提升的情況,函式宣告優先順序比較高,因此變數宣告會被函式宣告所覆蓋,但是可以重新賦值。

alert(a);//輸出:function a(){ alert('我是函式') }
function a(){ alert('我是函式') }//
var a = '我是變數';
alert(a);   //輸出:'我是變數'
複製程式碼

function宣告的優先順序比var宣告高,也就意味著當兩個同名變數同時被function和var宣告時,function宣告會覆蓋var宣告

這程式碼等效於:

function a(){alert('我是函式')} 
var a;    //hoisting
alert(a);    //輸出:function a(){ alert('我是函式') }
a = '我是變數';//賦值
alert(a);   //輸出:'我是變數'
複製程式碼

最後我們看個複雜點的例子:

function test(arg){
    // 1. 形參 arg 是 "hi"
    // 2. 因為函式宣告比變數宣告優先順序高,所以此時 arg 是 function
    console.log(arg);  
    var arg = 'hello'; // 3.var arg 變數宣告被忽略, arg = 'hello'被執行
    function arg(){
	console.log('hello world') 
    }
    console.log(arg);  
}
test('hi');
/* 輸出:
function arg(){
    console.log('hello world') 
    }
hello 
*/
複製程式碼

這是因為當函式執行的時候,首先會形成一個新的私有的作用域,然後依次按照如下的步驟執行:

  • 如果有形參,先給形參賦值
  • 進行私有作用域中的預解釋,函式宣告優先順序比變數宣告高,最後後者會被前者所覆蓋,但是可以重新賦值
  • 私有作用域中的程式碼從上到下執行

3.確定this的指向

先搞明白一個很重要的概念 —— this的值是在執行的時候才能確認,定義的時候不能確認! 為什麼呢 —— 因為this是執行上下文環境的一部分,而執行上下文需要在程式碼執行之前確定,而不是定義的時候。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是當前類的一個例項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">箭頭函式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>
複製程式碼

接下來我們逐一解釋上面幾種情況

  • 對於直接呼叫 foo 來說,不管 foo 函式被放在了什麼地方,this 一定是 window
  • 對於 obj.foo() 來說,我們只需要記住,誰呼叫了函式,誰就是 this,所以在這個場景下 foo 函式中的 this 就是 obj 物件
  • 在建構函式模式中,類中(函式體中)出現的this.xxx=xxx中的this是當前類的一個例項
  • call、apply和bind:this 是第一個引數
  • 箭頭函式this指向:箭頭函式沒有自己的this,看其外層的是否有函式,如果有,外層函式的this就是內部箭頭函式的this,如果沒有,則this是window。

深入理解JavaScript執行上下文和執行棧

四、執行上下文棧(Execution Context Stack)

函式多了,就有多個函式執行上下文,每次呼叫函式建立一個新的執行上下文,那如何管理建立的那麼多執行上下文呢?

JavaScript 引擎建立了執行上下文棧來管理執行上下文。可以把執行上下文棧認為是一個儲存函式呼叫的棧結構,遵循先進後出的原則

深入理解JavaScript執行上下文和執行棧

從上面的流程圖,我們需要記住幾個關鍵點:

  • JavaScript執行在單執行緒上,所有的程式碼都是排隊執行。
  • 一開始瀏覽器執行全域性的程式碼時,首先建立全域性的執行上下文,壓入執行棧的頂部。
  • 每當進入一個函式的執行就會建立函式的執行上下文,並且把它壓入執行棧的頂部。當前函式執行完成後,當前函式的執行上下文出棧,並等待垃圾回收。
  • 瀏覽器的JS執行引擎總是訪問棧頂的執行上下文。
  • 全域性上下文只有唯一的一個,它在瀏覽器關閉時出棧。

我們再來看個例子:

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

上述程式碼執行按照如下步驟:

  • 當上述程式碼在瀏覽器中載入時,JavaScript 引擎會建立一個全域性執行上下文並且將它推入當前的執行棧
  • 呼叫 changeColor函式時,此時changeColor函式內部程式碼還未執行,js執行引擎立即建立一個changeColor的執行上下文(簡稱EC),然後把這執行上下文壓入到執行棧(簡稱ECStack)中。
  • 執行changeColor函式過程中,呼叫swapColors函式,同樣地,swapColors函式執行之前也建立了一個swapColors的執行上下文,並壓入到執行棧中。
  • swapColors函式執行完成,swapColors函式的執行上下文出棧,並且被銷燬。
  • changeColor函式執行完成,changeColor函式的執行上下文出棧,並且被銷燬。
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