一文读懂JS运行机制（略长）

一、前言

var a = 'heihei', b = 'xixi'
function foo () {
  console.log(a)
}

function bar () {
  var a = 'houhou'
  foo()
  console.log(b)
}

bar()
// heihei
// xixi

如果您很快就能得出上述结果，那相信您的功底非常之扎实，如果无法确定，那么这篇文章通读之后，相信可以帮您解疑。

二、执行上下文

JS中可执行代码有三种：全局代码，函数代码，eval代码。代码执行前需要准备的执行环境也称为执行上下文，所以也分为全局执行上下文，函数执行上下文，eval执行上下文。

2.1 全局执行上下文

全局执行上下文中的变量对象就是全局对象，预置了很多属性和函数。在浏览器中是window，在NodeJS中是global

2.2 函数执行上下文

2.2.1 执行上下文初始化

1. 复制函数[[scope]]属性创建作用域链（下面会讲到）
2. 用arguments创建活动对象
3. 初始化活动对象，即加入形参、函数声明、变量声明
4. 将活动对象压入作用域链顶端

2.2.2 变量声明，声明提升

变量对象被激活为激活对象，此时发生"hoist"声明提升

1. 函数的所有形参

   • 键为arguments，其值也是一个对象（类数组对象，有length属性），按形参顺序赋值，值为实参
   • 若无实参，属性值设为 undefined

2. 函数声明

   • 在变量对象中添加以函数名命名的属性，它的值是一个指向堆区（堆内存）函数Function对象的引用。
   • 如果这个函数名字在变量对象属性中已存在，这个引用指针就会被重写，指向堆区中当前的函数对象。

3. 变量声明

   • 由名称和对应值（undefined）组成一个变量对象的属性被创建；
   • 如果变量名称跟已经声明的形参或函数相同，则变量声明不会干扰已经存在的这类属性（即形参和函数声明的优先级高于变量声明提升）

注意： 整个过程可以大概描述成： 函数的形参=>函数声明=>变量声明， 其中在创建函数声明时，如果名字存在，则会被重写，在创建变量时，如果变量名存在，则忽略不会进行任何操作。

2.2.3 当代码执行时

根据代码修改激活对象对象中对应的值。如果当前执行上下文中的变量对象没有该属性，就去父级的执行上下文变量对象中寻找，直至到全局执行上下文。找不到就报错

2.3 eval执行上下文

eval执行上下文比较特殊，它取决于eval函数是直接调用还是间接调用。
引用MDN上的说法：

如果间接的使用eval()，比如通过一个引用来调用它，而不是直接的调用eval。 从 ECMAScript 5 起，它工作在全局作用域下，而不是局部作用域中。

• 当直接调用时，eval执行上下文为执行时所处的执行上下文，具有和这个执行上文相同的作用域
• 当间接调用时，eval执行上下文为全局执行上下文

function foo () {
  var x = 2, y = 4
  console.log(eval('x + y'))  // 直接调用，执行上下文为当前函数执行上下文，结果是 6

  var geval = eval // 等价于在全局作用域调用
  console.log(geval('x + y')) // 间接调用，执行上下文为全局执行上下文，x is not defined，实际上y也是not defined
  
  console.log(window.eval('x + y')) // 这也是间接调用
}
foo()

三、执行上下文栈

JS通过执行上下文栈来管理上述这些执行上下文。

1. JavaScript 开始要解释执行代码的时候，最先遇到的就是全局代码，所以首先就会创建一个全局执行上下文，并压入执行上下文栈，我们用globalContext表示它，并且只有当整个应用程序结束的时候，ECStack才会被清空，所以程序结束之前，ECStack最底部永远有个globalContext
2. 执行函数时，就会生成一个函数执行上下文并推入执行上下文栈，当函数执行完成就会把这个函数执行上下文弹出，并将控制权移交至执行栈中下一个执行环境，直至全局执行上下文globalContext
3. 当程序结束或者浏览器关闭，全局执行上下文也会从执行栈中弹出并销毁

function foo (a) {
  console.log(a)
}
function bar (b) {
  foo(b)
}

bar('hehe')

四、变量对象（variable object）与激活对象（activation object）

• 变量对象（variable object， VO）：每个执行上下文都一个与之对应的变量对象，它是与执行上下文相关的数据作用域，存储了在上下文中的函数标识符、形参、变量声明等。但在规范上或者引擎实现上，这个对象是不能在JS环境中访问的
• 激活对象（activation object， AO）：当进入某个函数执行上下文中时，其对应变量对象会被激活，变量对象上的属性才能被访问，所以称之为激活对象。

激活对象就是在函数执行上下文中被激活成可访问的变量对象。

五、词法环境（lexical environment）

根据词法环境规范定义：

• A Lexical Environment is a specification type used to define the association of Identifiers to specific variables and functions based upon the lexical nesting structure of ECMAScript code. A Lexical Environment consists of an Environment Record and a possibly null reference to an outer Lexical Environment.
• 词法环境是一种规范类型，基于 ECMAScript 代码的词法嵌套结构来定义标识符与特定变量和函数的关联关系。词法环境由环境记录（environment record）和可能为空引用（null）的外部词法环境组成。

环境记录：主要是声明性环境记录(declarative Environment Records)和对象环境记录(object Environment Records)，其次还有全局环境记录(global Environment Records)和函数环境记录(function Environment Records)。

• 声明性环境记录(declarative Environment Records)：存储变量、函数和参数, 用于函数声明、变量声明和catch语句。

• 对象环境记录(object Environment Records)：用于像with这样绑定对象标识符（作用域）的语句。

• 全局环境记录和函数环境记录：是特殊的声明性环境记录，形式上可理解为对应的变量对象。

外部词法环境：构成作用域链的关键

六、作用域与作用域链

6.1 作用域

• 词法作用域（静态作用域）：函数的作用域在函数定义的时候就决定了。JS使用的是词法作用域。
• 动态作用域：函数的作用域是在函数调用的时候才决定的。

作用域(Scope)用于规定如何查找变量，也就是确定当前执行上下文中对变量的访问权限。

6.2 作用域链

在函数中有一个内部属性，当函数创建的时候，就会保存所有父变量对象到其中，在查找变量值的时候，会先从[[scope]]顶部即当前上下文的变量对象（作用域）中查找，如果没有找到，就会根据当前执行上下文中的[[scope]]对外部执行环境的引用顺序，从父级(词法层面上的父级)执行上下文的变量对象中查找，一直找到全局上下文的变量对象，也就是全局对象。这样由多个执行上下文的变量对象构成的链表就叫做作用域链。

注意：

1. 当进入函数执行上下文（函数激活）时，会将该函数的变量对象推入到作用域链前端。
2. 正式由于作用域与作用域链的这种关系，在当前函数执行上下文的活动对象中必定存在this和arguments，所以this和arguments的搜索在当前执行执行上下文就停止了。

总结

回过头来看前言中的问题，按照下面的流程进行（只列出关键部分）：

1. 创建全局执行上下文，推入执行上下文栈中

ECStack = [
  globalContext
]

2. 初始化全局执行上下文

globalContext = {
  VO: [global], // 指向全局对象
  Scope: [globalContext.VO], // 可访问权限
  this: globalContext.VO
}

3. 同时foo函数和bar函数被创建，生成内部作用域链。

foo.[[scope]] = [
  globalContext.VO
]

bar.[[scope]] = [
  globalContext.VO
]

4. 经过代码执行，全局执行环境的变量对象已经赋值。根据2.2节中所述，执行bar函数前，创建bar函数执行上下文，并推入执行上下文栈中。

ECStack = [
  barContext,
  globalContext
]

5. 初始化bar函数执行上下文

barContext = {
  AO: {
    arguments: {
      length: 0
    },
    a: undefined,
    foo: <reference to function foo() {}>
  },
  Scope: [barContext.AO, globalContext.VO],
  this: undefined
}

6. 中断bar函数执行，开始执行foo函数，同理，创建foo函数执行上下文，并推入执行上下文栈中

ECStack = [
  fooContext,
  barContext,
  globalContext
]

7. 初始化foo函数执行上下文

fooContext = {
  AO: {
    arguments: {
      length: 0
    }
  },
  Scope: [fooContext.AO, globalContext.VO],
  this: undefined
}

8. foo函数执行，foo函数执行上下文中的激活对象没有属性a，所以沿着作用域链[[scope]]找到全局执行上下文中的变量对象，其指向全局对象，故输出'heihei'。执行完毕弹出foo函数执行上下文并销毁。

ECStack = [
  barContext,
  globalContext
]

9. 继续bar函数执行，bar函数执行上下文中的激活对象没有属性b，所以沿着作用域链[[scope]]找到全局执行上下文中的变量对象，其指向全局对象，故输出'xixi'。执行完毕弹出bar函数执行上下文并销毁。

ECStack = [
  globalContext
]

参考

1. 规范文档
2. MDN
3. 傻傻分不清的javascript运行机制
4. javascript作用域，作用域链，[[scope]]属性
5. JavaScript深入之作用域链