在 V8 引擎中 JavaScript 代码的运行过程主要分成三个阶段
- 语法分析阶段 。 该阶段会对代码进行语法分析,检查是否有语法错误(SyntaxError),如果发现语法错误,会在控制台抛出异常并终止执行
- 编译阶段 。 该阶段会进行执行上下文(Execution Context)的创建,包括创建变量对象、建立作用域链、确定 this 的指向等。每进入一个不同的运行环境时,V8 引擎都会创建一个新的执行上下文。
- 执行阶段 。 将编译阶段中创建的执行上下文压入调用栈,并成为正在运行的执行上下文,代码执行结束后,将其弹出调用栈
其中,语法分析阶段属于编译器通用内容,就不再赘述。前面提到的执行环境、词法环境、作用域、执行上下文等内容都是在编译和执行阶段中产生的概念。
JavaScript 在运行过程中会产生一个调用栈,调用栈遵循 LIFO(先进后出,后进先出)
执行上下文的创建
执行上下文的创建离不开 JavaScript 的运行环境,JavaScript 运行环境包括全局环境、函数环境和eval,其中全局环境和函数环境的创建过程如下
- 第一次载入 JavaScript 代码时,首先会创建一个全局环境。全局环境位于最外层,直到应用程序退出后(例如关闭浏览器和网页)才会被销毁
- 每个函数都有自己的运行环境,当函数被调用时,则会进入该函数的运行环境。当该环境中的代码被全部执行完毕后,该环境会被销毁。不同的函数运行环境不一样,即使是同一个函数,在被多次调用时也会创建多个不同的函数环境
在不同的运行环境中,变量和函数可访问的其他数据范围不同,环境的行为(比如创建和销毁)也有所区别。而每进入一个不同的运行环境时,JavaScript 都会创建一个新的执行上下文,该过程包括:
- 建立作用域链(Scope Chain);
- 创建变量对象(Variable Object,简称 VO);
- 确定 this 的指向。
由于建立作用域链过程中会涉及变量对象的概念,因此我们先来看看变量对象的创建,再看建立作用域链和确定 this 的指向
创建变量对象
什么是变量对象呢?每个执行上下文都会有一个关联的变量对象,该对象上会保存这个上下文中定义的所有变量和函数
而在浏览器中,全局环境的变量对象是window对象,因此所有的全局变量和函数都是作为window对象的属性和方法创建的。相应的,在 Node 中全局环境的变量对象则是global对象
创建变量对象将会创建arguments对象(仅函数环境下),同时会检查当前上下文的函数声明和变量声明。
- 对于变量声明:此时会给变量分配内存,并将其初始化为undefined(该过程只进行定义声明,执行阶段才执行赋值语句)
- 对于函数声明:此时会在内存里创建函数对象,并且直接初始化为该函数对象。
上述变量声明和函数声明的处理过程,便是我们常说的变量提升和函数提升,其中函数声明提升会优先于变量声明提升。因为变量提升容易带来变量在预期外被覆盖掉的问题,同时还可能导致本应该被销毁的变量没有被销毁等情况。因此 ES6 中引入了let和const关键字,从而使 JavaScript 也拥有了块级作用域。
JavaScript 采用的是词法作用域(Lexical Scoping),也就是静态作用域。词法作用域中的变量,在编译过程中会产生一个确定的作用域
。
词法作用域中的变量,在编译过程中会产生一个确定的作用域,这个作用域即当前的执行上下文,在 ES5 后我们使用词法环境(Lexical Environment)替代作用域来描述该执行上下文。因此,词法环境可理解为我们常说的作用域,同样也指当前的执行上下文(注意,是当前的执行上下文)
在 JavaScript 中,词法环境又分为词法环境(Lexical Environment)和变量环境(Variable Environment)两种,其中:
- 变量环境用来记录
var/function
等变量声明 - 词法环境是用来记录
let/const/class
等变量声明
也就是说,创建变量过程中会进行函数提升和变量提升,JavaScript 会通过词法环境来记录函数和变量声明。通过使用两个词法环境(而不是一个)分别记录不同的变量声明内容,JavaScript 实现了支持块级作用域的同时,不影响原有的变量声明和函数声明
这就是创建变量的过程,它属于执行上下文创建中的一环。创建变量的过程会产生作用域,作用域也被称为词法环境,那词法环境是由什么组成的呢
建立作用域链
作用域链,顾名思义,就是将各个作用域通过某种方式连接在一起。
前面说过,作用域就是词法环境,而词法环境由两个成员组成。
- 环境记录(Environment Record):用于记录自身词法环境中的变量对象。
- 外部词法环境引用(Outer Lexical Environment):记录外层词法环境的引用。
通过外部词法环境的引用,作用域可以层层拓展,建立起从里到外延伸的一条作用域链。当某个变量无法在自身词法环境记录中找到时,可以根据外部词法环境引用向外层进行寻找,直到最外层的词法环境中外部词法环境引用为null,这便是作用域链的变量查询。
那么,这个外部词法环境引用又是怎样指向外层呢?我们来看看 JavaScript 中是如何通过外部词法环境引用来创建作用域的。
为了方便描述,我们将 JavaScript 代码运行过程分为定义期和执行期,前面提到的编译阶段则属于定义期。
来看一个例子,我们定义了全局函数foo,并在该函数中定义了函数bar:
function foo() {
console.dir(bar);
var a = 1;
function bar() {
a = 2;
}
}
console.dir(foo);
foo();
前面我们说到,JavaScript 使用的是静态作用域,因此函数的作用域在定义期已经决定了。在上面的例子中,全局函数foo创建了一个foo的[[scope]]属性,包含了全局[[scope]]:
foo[[scope]] = [globalContext];
而当我们执行foo()时,也会分别进入foo函数的定义期和执行期
在foo函数的定义期时,函数bar的[[scope]]将会包含全局[[scope]]和foo的[[scope]]:
bar[[scope]] = [fooContext, globalContext];
运行上述代码,我们可以在控制台看到符合预期的输出:
可以看到:
- foo的
[[scope]]
属性包含了全局[[scope]]
- bar的
[[scope]]
将会包含全局[[scope]]
和foo的[[scope]]
也就是说,JavaScript 会通过外部词法环境引用来创建变量对象的一个作用域链,从而保证对执行环境有权访问的变量和函数的有序访问。除了创建作用域链之外,在这个过程中还会对创建的变量对象做一些处理
编译阶段会进行变量对象(VO)的创建,该过程会进行函数声明和变量声明,这时候变量的值被初始化为 undefined。在代码进入执行阶段之后,JavaScript 会对变量进行赋值,此时变量对象会转为活动对象(Active Object,简称 AO),转换后的活动对象才可被访问,这就是 VO -> AO 的过程
为了更好地理解这个过程,我们来看个例子,我们在foo函数中定义了变量b、函数c和函数表达式变量d:
function foo(a) {
var b = 2;
function c() {}
var d = function() {};
}
foo(1);
在执行foo(1)
时,首先进入定义期,此时:
- 参数变量
a
的值为1
- 变量
b
和d
初始化为undefined
- 函数
c
创建函数并初始化
VO = {
arguments: {
0: 1,
length: 1
},
a: 1,
b: undefined,
c: reference to function c(){},
d: undefined
}
进入执行期之后,会执行赋值语句进行赋值,此时变量b和d会被赋值为 2 和函数表达式:
AO = {
arguments: {
0: 1,
length: 1
},
a: 1,
b: 2,
c: reference to function c(){},
d: reference to FunctionExpression "d"
}
这就是 VO -> AO 过程。
- 在定义期(编译阶段):该对象值仍为
undefined
,且处于不可访问的状态。 - 进入执行期(执行阶段):
VO
被激活,其中变量属性会进行赋值。
实际上在执行的时候,除了
VO
被激活,活动对象还会添加函数执行时传入的参数和arguments
这个特殊对象,因此AO
和VO
的关系可以用以下关系来表达:
AO = VO + function parameters + arguments
现在,我们知道作用域链是在进入代码的执行阶段时,通过外部词法环境引用来创建的。总结如下:
- 在编译阶段,JavaScript 在创建执行上下文的时候会先创建变量对象(
VO
); - 在执行阶段,变量对象(VO)被激活为活动对象( AO),函数内部的变量对象通过外部词法环境的引用创建作用域链。
虽然 JavaScript 代码的运行过程可以分为语法分析阶段、编译阶段和执行阶段,但由于在 JavaScript 引擎中是通过调用栈的方式来执行 JavaScript 代码的,因此并不存在“整个 JavaScript 运行过程只会在某个阶段中”这一说法,比如上面例子中bar函数的编译阶段,其实是在foo函数的执行阶段中
一般来说,当函数执行结束之后,执行期上下文将被销毁(作用域链和活动对象均被销毁)。但有时候我们想要保留其中一些变量对象,不想被销毁,此时就会使用到闭包
我们已经知道,通过作用域链,我们可以在函数内部可以直接读取外部以及全局变量,但外部环境是无法访问内部函数里的变量。比如下面的例子中,foo函数中定义了变量a
function foo() {
var a = 1;
}
foo();
console.log(a); // undefined
我们在全局环境下无法访问函数foo中的变量a,这是因为全局函数的作用域链里,不含有函数foo内的作用域。
如果我们想要访问内部函数的变量,可以通过函数foo中的函数bar返回变量a,并将函数bar返回,这样我们在全局环境中也可以通过调用函数foo返回的函数bar,来访问变量a:
function foo() {
var a = 1;
function bar() {
return a;
}
return bar;
}
var b = foo();
console.log(b()); // 1
前面我们说到,当函数执行结束之后,执行期上下文将被销毁,其中包括作用域链和激活对象。那么,在这个例子中,当b()执行时,foo函数上下文包括作用域都已经被销毁了,为什么foo作用域下的a依然可以被访问到呢?
这是因为bar函数引用了foo函数变量对象中的值,此时即使创建bar函数的foo函数执行上下文被销毁了,但它的变量对象依然会保留在 JavaScript 内存中,bar函数依然可以通过bar函数的作用域链找到它,并进行访问。这便是我们常说的闭包,即使创建它的上下文已经销毁,它仍然被保留在内存中。
闭包使得我们可以从外部读取局部变量,在大多数项目中都会被使用到,常见的用途包括:
- 用于从外部读取其他函数内部变量的函数;
- 可以使用闭包来模拟私有方法;
- 让这些变量的值始终保持在内存中。
需要注意的是,我们在使用闭包的时候,需要及时清理不再使用到的变量,否则可能导致内存泄漏问题。
执行上下文的创建过程中还会做的一件事:确定this的指向
确定 this 的指向
在 JavaScript 中,this指向执行当前代码对象的所有者,可简单理解为this指向最后调用当前代码的那个对象
根据 JavaScript 中函数的调用方式不同,this的指向分为以下情况。
可以看到,this在不同的情况下会有不同的指向,在 ES6 箭头函数还没出现之前,为了能正确获取某个运行环境下this对象,我们常常会使用var that = this;、var self = this;这样的代码将变量分配给this,便于使用。这种方式降低了代码可读性,因此如今这种做法不再被提倡,通过正确使用箭头函数,我们可以更好地管理作用域
阅读全文