JS执行机制（读浏览器核心原理）

[Sunny-lucking]

@[toc]

1.变量提升阶段，代码位置会改变吗？

从概念的字面意义上来看，“变量提升”意味着变量和函数的声明会在物理层面移动到代码的最前面，正如我们所模拟的那样。但，这并不准确。实际上变量和函数声明在代码里的位置是不会改变的，而且是在编译阶段被 JavaScript 引擎放入内存中。对，你没听错，一段 JavaScript 代码在执行之前需要被 JavaScript 引擎编译，编译完成之后，才会进入执行阶段。大致流程你可以参考下图：

2.编译阶段和变量提升存在什么关系呢？

为了搞清楚这个问题，我们还是回过头来看上面那段模拟变量提升的代码，为了方便介绍，可以把这段代码分成两部分。

showName()
console.log(myname)
var myname = '极客时间'
function showName() {
    console.log('函数showName被执行');
}

第一部分：变量提升部分的代码

var myname = undefined
function showName() {
    console.log('函数showName被执行');
}

第二部分：执行部分的代码。

showName()
console.log(myname)
myname = '极客时间'

下面我们就可以把 JavaScript 的执行流程细化，如下图所示

从上图可以看出，输入一段代码，经过编译后，会生成两部分内容：执行上下文（Execution context）和可执行代码。

3.什么是执行上下文

执行上下文是 JavaScript 执行一段代码时的运行环境，比如调用一个函数，就会进入这个函数的执行上下文，确定该函数在执行期间用到的诸如 this、变量、对象以及函数等。

执行上下文中存在一个变量环境的对象（Viriable Environment），该对象中保存了变量提升的内容，比如上面代码中的变量 myname 和函数 showName，都保存在该对象中。

4.环境对象是怎么创建的

showName()
console.log(myname)
var myname = '极客时间'
function showName() {
    console.log('函数showName被执行');
}

我们可以一行一行来分析上述代码：

• 第 1 行和第 2 行，由于这两行代码不是声明操作，所以 JavaScript 引擎不会做任何处理
• 第 3 行，由于这行是经过 var 声明的，因此 JavaScript 引擎将在环境对象中创建一个名为 myname 的属性，并使用 undefined 对其初始化；
• 第 4 行，JavaScript 引擎发现了一个通过 function 定义的函数，所以它将函数定义存储到堆 (HEAP）中，并在环境对象中创建一个 showName 的属性，然后将该属性值指向堆中函数的位置。（这里有没有发现环境对象是保存在栈里的）。

这样就生成了变量环境对象。接下来 JavaScript 引擎执行可执行代码的时候会把声明以外的代码编译为字节码。

5.执行阶段是执行的呢？

JavaScript 引擎开始执行“可执行代码”，按照顺序一行一行地执行。下面我们就来一行一行分析下这个执行过程：

• 当执行到 showName 函数时，JavaScript 引擎便开始在变量环境对象中查找该函数，由于变量环境对象中存在该函数的引用，所以 JavaScript 引擎便开始执行该函数，并输出“函数 showName 被执行”结果。
• 接下来打印“myname”信息，JavaScript 引擎继续在变量环境对象中查找该对象，由于变量环境存在 myname 变量，并且其值为 undefined，所以这时候就输出 undefined。
• 接下来执行第 3 行，把“极客时间”赋给 myname 变量，赋值后变量环境中的 myname 属性值改变为“极客时间”

6.什么是函数调用

函数调用就是运行一个函数，具体使用方式是使用函数名称跟着一对小括号。

7.什么是 JavaScript 的调用栈

JavaScript 引擎正是利用栈的这种结构来管理执行上下文的。在执行上下文创建好后，JavaScript 引擎会将执行上下文压入栈中，通常把这种用来管理执行上下文的栈称为执行上下文栈，又称调用栈。

为便于你更好地理解调用栈，下面我们再来看段稍微复杂点的示例代码：

var a = 2
function add(b,c){
  return b+c
}
function addAll(b,c){
var d = 10
result = add(b,c)
return  a+result+d
}
addAll(3,6)

在上面这段代码中，你可以看到它是在 addAll 函数中调用了 add 函数，那在整个代码的执行过程中，调用栈是怎么变化的呢？下面我们就一步步地分析在代码的执行过程中，调用栈的状态变化情况。

第一步，创建全局上下文，并将其压入栈底。如下图所示：

从图中你也可以看出，变量 a、函数 add 和 addAll 都保存到了全局上下文的变量环境对象中。全局执行上下文压入到调用栈后，JavaScript 引擎便开始执行全局代码了。首先会执行 a=2 的赋值操作，执行该语句会将全局上下文变量环境中 a 的值设置为 2。设置后的全局上下文的状态如下图所示：

接下来，第二步是调用 addAll 函数。当调用该函数时，JavaScript 引擎会编译该函数，并为其创建一个执行上下文，最后还将该函数的执行上下文压入栈中，如下图所示：

addAll 函数的执行上下文创建好之后，便进入了函数代码的执行阶段了，这里先执行的是 d=10 的赋值操作，执行语句会将 addAll 函数执行上下文中的 d 由 undefined 变成了 10。然后接着往下执行，第三步，当执行到 add 函数调用语句时，同样会为其创建执行上下文，并将其压入调用栈，如下图所示：

当 add 函数返回时，该函数的执行上下文就会从栈顶弹出，并将 result 的值设置为 add 函数的返回值，也就是 9,
紧接着 addAll 执行最后一个相加操作后并返回，addAll 的执行上下文也会从栈顶部弹出，此时调用栈中就只剩下全局上下文了。最终如下图所示：

至此，整个 JavaScript 流程执行结束了。好了，现在你应该知道了调用栈是 JavaScript 引擎追踪函数执行的一个机制，当一次有多个函数被调用时，通过调用栈就能够追踪到哪个函数正在被执行以及各函数之间的调用关系。

8.为什么ES6之前要设计成不支持块级作用域呢？

因为当初设计这门语言的时候，并没有想到 JavaScript 会火起来，所以只是按照最简单的方式来设计。没有了块级作用域，再把作用域内部的变量统一提升无疑是最快速、最简单的设计，不过这也直接导致了函数中的变量无论是在哪里声明的，在编译阶段都会被提取到执行上下文的变量环境中，所以这些变量在整个函数体内部的任何地方都是能被访问的，这也就是 JavaScript 中的变量提升。

9.变量提升所带来什么问题

1. 变量容易在不被察觉的情况下被覆盖掉

比如我们重新使用 JavaScript 来实现上面那段 C 代码，实现后的 JavaScript 代码如下：

var myname = "极客时间"
function showName(){
  console.log(myname);
  if(0){
   var myname = "极客邦"
  }
  console.log(myname);
}
showName()

执行上面这段代码，打印出来的是 undefined，而并没有像前面 C 代码那样打印出来“极客时间”的字符串

2. 本应销毁的变量没有被销毁

function foo(){
  for (var i = 0; i < 7; i++) {
  }
  console.log(i); 
}
foo()

如果你使用 C 语言或者其他的大部分语言实现类似代码，在 for 循环结束之后，i 就已经被销毁了，但是在 JavaScript 代码中，i 的值并未被销毁，所以最后打印出来的是 7。这同样也是由变量提升而导致的，在创建执行上下文阶段，变量 i 就已经被提升了，所以当 for 循环结束之后，变量 i 并没有被销毁。

10.ES6 是如何解决变量提升带来的缺陷

为了解决这些问题，ES6 引入了 let 和 const 关键字，从而使 JavaScript 也能像其他语言一样拥有了块级作用域。

11.JavaScript 是如何支持块级作用域的

在同一段代码中，ES6 是如何做到既要支持变量提升的特性，又要支持块级作用域的呢?

那么接下来，我们就要站在执行上下文的角度来揭开答案。你已经知道 JavaScript 引擎是通过变量环境实现函数级作用域的，那么 ES6 又是如何在函数级作用域的基础之上，实现对块级作用域的支持呢？你可以先看下面这段代码：

function foo(){
    var a = 1
    let b = 2
    {
      let b = 3
      var c = 4
      let d = 5
      console.log(a)
      console.log(b)
    }
    console.log(b) 
    console.log(c)
    console.log(d)
}   
foo()

当执行上面这段代码的时候，JavaScript 引擎会先对其进行编译并创建执行上下文，然后再按照顺序执行代码，关于如何创建执行上下文我们在前面的文章中已经分析过了，但是现在的情况有点不一样，我们引入了 let 关键字，let 关键字会创建块级作用域，那么 let 关键字是如何影响执行上下文的呢？接下来我们就来一步步分析上面这段代码的执行流程。

第一步是编译并创建执行上下文，下面是我画出来的执行上下文示意图，你可以参考下：

通过上图，我们可以得出以下结论：

• 函数内部通过 var 声明的变量，在编译阶段全都被存放到变量环境里面了。
• 通过 let 声明的变量，在编译阶段会被存放到词法环境（Lexical Environment）中。
• 在函数的作用域块内部，通过 let 声明的变量并没有被存放到词法环境中。

接下来，第二步继续执行代码，当执行到代码块里面时，变量环境中 a 的值已经被设置成了 1，词法环境中 b 的值已经被设置成了 2，这时候函数的执行上下文就如下图所示：

从图中可以看出，当进入函数的作用域块时，作用域块中通过 let 声明的变量，会被存放在词法环境的一个单独的区域中，这个区域中的变量并不影响作用域块外面的变量，比如在作用域外面声明了变量 b，在该作用域块内部也声明了变量 b，当执行到作用域内部时，它们都是独立的存在。

其实，在词法环境内部，维护了一个小型栈结构，栈底是函数最外层的变量，进入一个作用域块后，就会把该作用域块内部的变量压到栈顶；当作用域执行完成之后，该作用域的信息就会从栈顶弹出，这就是词法环境的结构。需要注意下，我这里所讲的变量是指通过 let 或者 const 声明的变量。

再接下来，当执行到作用域块中的console.log(a)这行代码时，就需要在词法环境和变量环境中查找变量 a 的值了，具体查找方式是：沿着词法环境的栈顶向下查询，如果在词法环境中的某个块中查找到了，就直接返回给 JavaScript 引擎，如果没有查找到，那么继续在变量环境中查找。这样一个变量查找过程就完成了，你可以参考下图：

从上图你可以清晰地看出变量查找流程，不过要完整理解查找变量或者查找函数的流程，就涉及到作用域链了，这个我们会在下面继续介绍。当作用域块执行结束之后，其内部定义的变量就会从词法环境的栈顶弹出，最终执行上下文如下图所示：

通过上面的分析，想必你已经理解了词法环境的结构和工作机制，块级作用域就是通过词法环境的栈结构来实现的，而变量提升是通过变量环境来实现，通过这两者的结合，JavaScript 引擎也就同时支持了变量提升和块级作用域了。

12.这道题输出什么

function bar() {
    console.log(myName)
}
function foo() {
    var myName = "极客邦"
    bar()
}
var myName = "极客时间"
foo()

通过前面的学习，想必你已经知道了如何通过执行上下文来分析代码的执行流程了。那么当这段代码执行到 bar 函数内部时，其调用栈的状态图如下所示：

从图中可以看出，全局执行上下文和 foo 函数的执行上下文中都包含变量 myName，那 bar 函数里面 myName 的值到底该选择哪个呢？也许你的第一反应是按照调用栈的顺序来查找变量，查找方式如下：先查找栈顶是否存在 myName 变量，但是这里没有，所以接着往下查找 foo 函数中的变量。在 foo 函数中查找到了 myName 变量，这时候就使用 foo 函数中的 myName。如果按照这种方式来查找变量，那么最终执行 bar 函数打印出来的结果就应该是“极客邦”。但实际情况并非如此，如果你试着执行上述代码，你会发现打印出来的结果是“极客时间”。为什么会是这种情况呢？要解释清楚这个问题，那么你就需要先搞清楚作用域链了。

13.什么是做用域链

要是你卡过我之前这篇文章读李老课程引发的思考之JS从栈、堆、预解析来解释闭包原理-|真 · 奥义|，那么你就应该知道什么是惰性解析和预解析。

惰性解析，指的是在解析阶段，并不会解析函数体，预解析是判断内部函数是否引用了外部函数的变量。我们用惰性解析和预解析完美的解释了闭包的形成原理。

而这两个又和作用域链 有什么关系呢？

看上道题，为什么它在寻找变量的时候不是在调用栈上从上往下找呢？而是看定义？

其实，就是预解析的作用。预解析阶段判断内部函数的外部作用域是谁，然后用outer这个引用来指向它

其实在每个执行上下文的变量环境中，都包含了一个外部引用，用来指向外部的执行上下文，我们把这个外部引用称为 outer。当一段代码使用了一个变量时，JavaScript 引擎首先会在“当前的执行上下文”中查找该变量，比如上面那段代码在查找 myName 变量时，如果在当前的变量环境中没有查找到，那么 JavaScript 引擎会继续在 outer 所指向的执行上下文中查找。为了直观理解，你可以看下面这张图：

从图中可以看出，bar 函数和 foo 函数的 outer 都是指向全局上下文的，这也就意味着如果在 bar 函数或者 foo 函数中使用了外部变量，那么 JavaScript 引擎会去全局执行上下文中查找。我们把这个查找的链条就称为作用域链。

14.我们来测试一道题

function bar() {
    var myName = "极客世界"
    let test1 = 100
    if (1) {
        let myName = "Chrome浏览器"
        console.log(test)
    }
}
function foo() {
    var myName = "极客邦"
    let test = 2
    {
        let test = 3
        bar()
    }
}
var myName = "极客时间"
let myAge = 10
let test = 1
foo()

你可以自己先分析下这段代码的执行流程，看看能否分析出来执行结果。

要想得出其执行结果，那接下来我们就得站在作用域链和词法环境的角度来分析下其执行过程。在上面我们已经介绍过了，ES6 是支持块级作用域的，当执行到代码块时，如果代码块中有 let 或者 const 声明的变量，那么变量就会存放到该函数的词法环境中。对于上面这段代码，当执行到 bar 函数内部的 if 语句块时，其调用栈的情况如下图所示：

现在是执行到 bar 函数的 if 语块之内，需要打印出来变量 test，那么就需要查找到 test 变量的值，其查找过程我已经在上图中使用序号 1、2、3、4、5 标记出来了。下面我就来解释下这个过程。首先是在 bar 函数的执行上下文中查找，但因为 bar 函数的执行上下文中没有定义 test 变量，所以根据作用域链，下一步就在 bar 函数的外部作用域中查找，也就是全局作用域。

15.JavaScript 中的 this 是什么

希望你能区分清楚作用域链和 this 是两套不同的系统，它们之间基本没太多联系。在前期明确这点，可以避免你在学习 this 的过程中，和作用域产生一些不必要的关联。

在文章前面中，我们提到执行上下文中包含了变量环境、词法环境、外部环境，但其实还有一个 this 没有提及，具体你可以参考下图：

从图中可以看出，this 是和执行上下文绑定的，也就是说每个执行上下文中都有一个 this。

执行上下文主要分为三种——全局执行上下文、函数执行上下文和 eval 执行上下文，所以对应的 this 也只有这三种——全局执行上下文中的 this、函数中的 this 和 eval 中的 this。

关于this指向问题，网上文章很多，什么谁调用指向谁啊，但是谈及为啥谁调用就指向谁的文章少之又少，有几篇文章有谈到从执行上下文来理解this，执行上下文是函数被执行的时候，所需要的环境就创建了，因此this指向就确定了，然仅仅停留在此层面，更深入的就找不到了。

我依旧很多疑问：默认调用函数，和对象调用函数，执行环境就不一样了吗？

他们调用栈，没啥区别，但是没能深入了解执行上下文，例如查看调用栈中的inner的执行环境是否相同，因此很遗憾。实践止步于此，但学习不止于此，希望日后的学习能解开这个谜题。