실행 컨텍스트란?

이 글을 읽기 전, 아래 글들을 읽고 와주시면 감사하겠습니다!! ✌🏻

JS의 스코프에 대해 1

JS의 스코프에 대해 2

JS의 스코프에 대해 3

 

 

실행 컨텍스트란?

실행 컨텍스트는 자바스크립트의 동작 원리를 담고 있는 핵심 개념이다.

 

쉽게 말하자면, 코드를 실행할 때 필요한 모든 정보(변수, 함수, 스코프 등)를 한 덩어리로 묶어서 관리하는 공간이라고 생각할 수 있다.

(약간 어렵게 말하면, 소스코드를 실행하는 데 필요한 환경을 제공하고 코드의 실행 결과를 실제로 관리하는 영역이다! ㅎㅎ)

 

자바스크립트는 코드를 실행하기 전에 항상 평가 → 실행 두 단계를 거치는데

• 평가 단계: 실행 준비 (변수, 함수 선언 등 등록)
• 실행 단계: 실제로 코드를 한 줄씩 실행

이걸 관리하기 위해 실행 컨텍스트가 생기는 것이다.

 

 

실행 컨텍스트를 바르게 이해하면

• JS가 스코프를 기반으로 식별자와 식별자에 바인딩 된 값을 관리하는 방식
• 호이스팅이 발생하는 이유
• 클로저의 동작 방식
• 태스크 큐와 함께 동작하는 이벤트 핸들러와 비동기 처리의 동작 방식

등을 이해할 수 있다. 

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소스코드의 타입

ECMAScript 사양은 소스코드를 4가지 타입으로 구분한다. 

4가지 타입의 소스 코드는 실행 컨텍스트를 생성한다.

 

이렇게 소스코드를 4가지로 구분하는 이유는 소스코드의 타입에 따라 실행 컨텍스트를 생성하는 과정과 관리 내용이 달라지기 때문이다.

소스코드의 타입	설명
전역 코드	전역에 존재하는 소스코드를 말한다. 전역에 정의된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않는다
함수 코드	함수 내부에 존재하는 소스코드를 말한다. 함수 내부의 중첩된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않는다.
eval 코드	빌트인 전역 함수인 eval 함수에 인수로 전달되어 실행되는 소스코드를 말한다.
모듈 코드	모듈 내부에 존재하는 소스코드를 말한다. 모듈 내부의 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않는다.

 

1. 전역 코드

전역 코드는 전역 변수를 관리하기 위해 최상위 스코프인 전역 스코프를 생성해야 한다.

그리고 var 키워드로 선언된 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수를 전역 객체의 프로퍼티와 메서드로 바인딩하고 참조하기 위해 전역 객체와 연결되어야 한다.

스코프 생성과 전역 객체와의 연결을 위한 전역 코드 평가가 완료되면 전역 실행 컨텍스트가 생성된다.

 

2. 함수 코드

함수 코드는 지역 스코프를 생성하고, 지역 변수, 매개변수, arguments 객체를 관리해야 한다.

그리고 생성한 지역 스코프를 전역 스코프에서 시작하는 스코프 체인의 일원으로 연결해야 한다.

이를 위한 함수 코드 평가가 완료되면 함수 실행 컨텍스트가 생성된다.

 

3. eval 코드

eval 코드는 strict mode에서 자신만의 독자적인 스코프를 생성한다.

이를 위한 eval 코드 평가가 완료되면 eval 실행 컨텍스트가 생성된다. 

 

4. 모듈 코드

모듈 코드는 모듈별로 독립적인 모듈 스코프를 생성한다. 이를 위해 모듈 코드가 평가 되면 모듈 실행 컨텍스트가 생성된다.

 

(반복적으로 소스코드 평가 → 실행 컨텍스트 생성의 맥락이 보이는 게 느껴지시나요? ㅎㅎ)

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소스코드의 평가와 실행

모든 소스코드는 실행에 앞서 평가 과정을 거치며 코드를 실행하기 위한 준비를 한다.

 

즉, 자바스크립트 엔진은 소스코드를 2개의 과정, '소스코드 평가'와 '소스코드의 실행' 과정으로 나누어 처리한다.

 

평가 과정에서는 실행 컨텍스트를 생성하고 변수, 함수 등의 선언문만 먼저 실행하여 생성된 변수나 함수 식별자를 키로 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프(렉시컬 환경의 레코드!)에 등록한다. 아래의 그림을 보면 이해가 수월할 것 같다.

렉시컬 환경의 레코드

 

소스 코드 평가 과정이 끝나면 비로소 선언문을 제외한 소스코드가 순차적으로 실행되기 시작한다. 즉, 런타임의 시작이다.

이때 소스코드 실행에 필요한 정보, 즉 변수나 함수의 참조!!를 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프(레코드)에서 검색해서 취득한다.

 

그리고 변수의 값의 변경 등 소스 코드의 실행 결과는 다시 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프(레코드)에 등록된다.

(아래의 그림을 보면 쏙쏙 이해될 것이다.)

소스 코드의 실행 과정을 톺아보다... 🤩

 

아직 잘 와닿지 않는다면, 예제를 통해 알아보자.

 

var x;
x = 1;

 

이런 소스코드가 실행된다고 생각해 보자. 자바스크립트 엔진은 이 예제를 2개의 과정으로 나누어 처리한다고 했다.

 

먼저 소스코드 평가 과정에서 변수 선언문 var x;를 먼저 실행한다.

이때 생성된 변수 식별자 x는 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프(레코드)에 키로써 등록되고, undefined로 초기화 된다.

 

소스코드 평가 과정이 끝나면 소스코드 실행 과정이 시작되는데, 변수 할당문 x = 1;만 실행된다.

(변수 선언문 var x;는 소스코드 평가 과정에서 이미 실행이 완료 되었으니~)

 

이때 x 변수에 값을 할당하려면,

먼저 x 변수가 선언된 변수인지 확인해야 한다. 이를 위해 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 x 변수가 등록 되었는지 확인한다.

왜냐하면, 스코프에 등록되었다는 의미는 소스코드 평가 과정에서 변수 선언문이 실행되어 기록되었다는 의미니까!

변수 선언이 확인 되었기에 x에 값을 할당하고 그 할당 결과를 스코프에 재등록한다.

 

(이제 실행 컨텍스트가 뭘 어떻게 관리하는지 감이 오시나요? ㅎㅎ 하지만 더 자세히 가봅시다.)

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실행 컨텍스트의 역할

아래 예제는 전역 코드와 함수 코드로 구성되어 있다.

자바스크립트 엔진이 이 예제를 어떻게 평가하고 실행하는지 그 과정에서의 실행 컨텍스트의 역할에 대해 알아보자.

(이해에 조금이라도 도움이 되었으면 해서 호이스팅 된 결과도 함께 적었다!!)

 

// 전역 변수
const x = 1;
const y = 2;

function foo(a) {
    // 지역 변수
    const x = 10;
    const y = 20;
    
    // 메서드
    console.log(a + x + y);
}

foo(100);

console.log(x + y);

 

// 호이스팅 결과...
const x;
const y;

function foo(a) {
    const x;
    const y;
    
    x = 10;
    y = 20;
    
    // 메서드
    console.log(a + x + y);
}

x = 1;
y = 2;

foo(100);

console.log(x + y);

 

 

순서는 크게 1. 전역 코드 평가 2. 전역 코드 실행 3. 함수 코드 평가 4. 함수 코드 실행으로 진행된다.

 

 

1. 전역 코드 평가

const x;
const y;

function foo(a) {...}

 

소스 코드 평가 과정에서는 선언문만 먼저 실행한다는 것을 기억해 두자. 

전역 코드의 변수 선언문과 함수 선언문이 먼저 실행되고, 그 결과 생성된 전역 변수 및 함수가 실행 컨텍스트가 관리하는 전역 스코프(레코프)에 등록된다.

 

이때 var 키워드로 선언된 전역 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수는 전역 객체(window 같은 전역 객체)의 프로퍼티와 메서드가 된다.

반면 let / const는 블록 스코프에 묶여 있어서 전역에서 선언해도 전역 객체의 프로퍼티로 등록되지 않는다.

즉, 전역 변수처럼 보이지만 실제로는 스크립트 스코프 내부의 변수로만 존재하는 것이다.

전역처럼 쓸 수 있지만, window나 globalThis에는 속하지 않는 독립적인 변수!!!!!

 

 

2. 전역 코드 실행

 

평가가 끝나면 런타임이 시작되어 전역 코드가 순차적으로 실행된다. 이때 전역 변수들에 값이 할당되고 함수가 호출된다.

함수가 호출 되면 순차적으로 실행되던 전역 코드의 실행을 일시 중단하고 코드 실행 순서를 변경해 함수 내부로 진입한다.

x = 1;
y = 2;
// 여기까지 전역 스코프에서 잘 되다가
foo(100); // 호출되는 순간 함수에게로 dive

console.log(x + y);

 

3. 함수 코드 평가

function foo(a) {
    const x;
    const y;
    ...
}

 

함수 호출에 의해 코드 실행 순서가 변경 되어서 함수 내부로 진입 되면 함수 내부 코드를 실행하기에 앞서 함수 코드를 평가해야 한다.

(실행을 위한 준비과정이니까!)

이때 매개변수와 지역변수의 선언문이 먼저 실행 되며 실행 결과 만들어진 매개변수와 지역변수가 실행 컨텍스트에 의해 관리되는 지역 스코프에 등록된다.

 

함수 내부에서 지역 변수처럼 사용할 수 있는 arguments 객체가 생성되어 지역 스코프에 등록되고 this 바인딩도 결정된다.

 

이때 arguments 객체란, 함수를 호출할 때 넘겨준 모든 인자(arguments)를 유사 배열 객체로 담고 있는 자동 생성 객체이다.

(단, 화살표 함수에서는 생성되지 않는다.)

 

즉, 매개변수로 전달된 변수 a도 지역 변수 const x, y와 마찬가지로 평가 시점에 선언 및 초기화 (호출 시 전달된 인자 값으로) 되어 스코프에 등록 된다.

 

4. 함수 코드 실행

function foo(a) {
    ...
    x = 10;
    y = 20;
    
    // 메서드
    console.log(a + x + y);
}

 

이제 평가가 끝났기 때문에 런타임이 시작 되어 함수 코드가 순차적으로 실행된다. 

스코프에 등록되었던 매개변수와 지역변수에 값이 각각 할당되고 console.log() 메서드가 호출된다.

 

console.log 메서드를 호출하기 위해 먼저 식별자인 console을 스코프 체인을 통해 검색한다.

(이렇게 체인을 통해 검색하려면 함수 코드의 지역 스코프는 상위 스코프인 전역 스코프와 연결된 상태여야 한다.)

 

하지만 console 식별자는 스코프 체인에 존재하지 않고 전역 객체에 프로퍼티로 존재한다. 이는 전역 객체의 프로퍼티가 마치 전역 변수처럼 전역 스코프를 통해 검색해야 한다는 것을 의미한다.

 

다음은 log 프로퍼티를 console 객체의 프로토타입 체인을 통해 검색한다. 그 후 console.log 메서드에 인수로 전달된 표현식 a+x+y가 평가된다. a, x, y 식별자는 스코프 체인을 통해 검색한다. 

 

이 console.log 메서드의 실행이 종료되면 함수 코드 실행 과정이 종료되고, 다시 함수 호출 이전으로 돌아가 전역 코드 실행을 계속한다.

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4단계로 나누어 코드 실행 과정을 살펴 본 결과, 다음 코드 실행에는 실행 컨텍스트에 의한 3가지의 관리가 필요하다는 것을 알 수 있었다.

 

1. 선언에 의해 생성된 모든 식별자(변수, 함수, 클래스 등)를 스코프를 구분하여 등록하고 상태 변화(식별자에 바인딩된 값의 변화)를 지속적으로 관리할 수 있어야 한다. (해당 식별자에 어떤 값이 할당되는지)
2. 스코프는 중첩 관계에 의해 스코프 체인을 형성해야 한다. 즉, 스코프 체인을 통해 상위 스코프로 이동하며 식별자를 검색할 수 있어야 한다.
3. 현재 실행 중인 코드의 실행 순서를 변경(예를 들어, 함수 호출에 의한 실행 순서 변경)을 할 수 있어야 하며 다시 되돌아갈 수도 있어야 한다.

 

이 3가지가 바로 실행 컨텍스트의 존재 이유... 역할이다!!

 

위에서 실행 컨텍스트를 쉽게 말하면 코드를 실행할 때 필요한 모든 정보(변수, 함수, 스코프 등)를 한 덩어리로 묶어서 관리하는 공간이라고 생각할 수 있다고 했는데, 이제 위 단계을 거치고 나면 완전히 이해가 갈 것이다!!

 

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실행 컨텍스트 스택

실행 컨텍스트는

• 식별자와 스코프를 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경으로 관리하고
• 코드 실행 순서는 실행 컨텍스트 스택으로 관리한다.

(말이 어려운데, 렉시컬 환경은 자바스크립트 엔진이 변수 식별자와 그 값(혹은 참조)을 저장하고 추적하기 위한 구조체(객체)인데

아까 위에서 봤던 레코드 그림이 기억 날 것이다. 즉, 식별자를 등록하고 값을 할당하는 레코드 환경이라 생각하면 쉽다!!)

 

먼저 실행 컨텍스트 스택에 대해 알아보자!

 

const x = 1;

function foo(){
    const y = 2;
    funtion bar() {
        const z = 3;
        console.log(x + y + z);
    }
    bar();
}

foo();

 

// 호이스팅...
const x;

function foo(){
    const y;
    funtion bar() {
        const z;
        z = 3;
        console.log(x + y + z);
    }
    y = 2;
    bar();
}

x = 1;

foo();

 

이 예제는 (소스코드의 타입으로 분류한다면) 전역 코드와 함수 코드로 이루어져 있다.

 

자바스크립트 엔진의 변수 및 함수 평가 과정으로 생성된 실행 컨텍스트는 스택 자료구조로 관리되며, 실행 컨텍스트 스택으로 부른다!!!!

 

위 코드를 실행하면 코드가 실행되는 시간의 흐름에 따라 실행 컨텍스트 스택에는 다음 그림과 같이 실행 컨텍스트가 추가되고 제거된다.

실행 컨텍스트 스택 전체 그림!

 

코드를 따라가며 스택의 각 부분을 이해해 보자!

 

1. 전역 코드의 평가와 실행

 

자바스크립트 엔진의 전역 코드 평가 → 전역 실행 컨텍스트를 생성 → 실행 컨텍스트 스택 푸시 (계속 반복해왔던 그 부분)

const x; // 등록

function foo(){...} // 등록

x = 1; // 할당

foo(); // 호출

 

이때 전역 변수 x와 전역 함수 foo는 전역 실행 컨텍스트에 등록된다!

이후 전역 코드가 실행되기 시작해 전역 변수 x에 값이 할당 되고 전역 함수 foo가 호출된다.

 

2. foo 함수 코드의 평가와 실행

 

전역 함수 foo 호출 → 전역 코드 실행 일시 중단, 코드 제어권이 foo 함수 내부로 이동 →자바스크립트 엔진의 foo 함수 평가 → foo 함수 실행 컨텍스트 생성 및 스택 푸시

function foo(){
    const y;
    funtion bar() { ... }
    y = 2;
    bar();
}

 

이때 foo 함수의 지역 변수 y와 중첨 함수 bar가 foo 함수 실행 컨텍스트에 등록된다.

이후 foo 함수 코드가 실행되어 지역 변수 y에 값이 할당되고 중첩 함수 bar가 호출된다!

 

3. bar 함수 코드의 평가와 실행

 

중첩 함수 bar의 호출 → foo 함수 코드의 실행 일시 중단, 제어권 bar 함수 내부로 이동 → 자바스크립트 엔진의 bar 함수 평가 → bar 함수 실행 컨텍스트 생성 및 푸시

funtion bar() {
        const z; // 등록
        z = 3; // 할당
        console.log(x + y + z); // 호출 (프로퍼티 검색, x, y 체인 통해 검색)
}

 

bar 함수의 지역 변수 z가 실행 컨텍스트에 등록 되며 이후, bar 함수가 실행되어 지역 변수 z에 값이 할당되고 console.log 메서드를 호출한 뒤 bar 함수는 종료된다.

 

4. foo 함수 코드 및 전역 코드로의 복귀

 

bar 함수가 종료되었기에 제어권은 다시 foo 함수로 이동하고 bar 함수는 스택에서 제거된다.

이때, foo 함수는 더이상 실행할 코드가 없기 때문에 종료되고 마찬가지로 전역 코드로 제어권이 이동 돼 스택에서 foo는 제거된다.

 

이렇게 전역 코드로까지 제어권이 이동되었다면 더이상 실행할 전역 코드가 남아있지 않을 시 전역 컨텍스트도 제거 되어 스택은 비어있는 상태가 된다.

 

poppop - nct wish

 

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코드와 스택을 번갈아보며 코드의 실행 순서는 실행 컨텍스트 스택이 관리함을 이해해보았다!

소스코드가 평가되면 실행 컨텍스트가 생성되고 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 쌓인다. 

 

여기서 주목할 점!!!!! 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트는 언제나 현재 실행 중인 코드의 실행 컨텍스트이다.

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렉시컬 환경 (lexical environment)

렉시컬 환경은 식별자와 식별자에 바인딩된 값, 그리고 상위 스코프에 대한 참조를 기록하는 자료구조로 실행 컨텍스트를 구성하는 컴포넌트이다. 

 

실행 컨텍스트 스택이 코드의 실행 순서를 관리한다면, 렉시컬 환경은 스코프와 식별자를 관리한다!!

 

렉시컬 환경은 키와 값을 갖는 객체 형태의 스코프(전역, 함수, 블록 스코프)를 생성해 식별자를 키로 등록하고 식별자에 바인딩된 값을 관리한다.

 

즉, 렉시컬 환경은 스코프를 구분해서 식별자를 등록하고 관리하는 저장소 역할을 하는 렉시컬 스코프의 실체!!!이다.

(렉시컬 스코프로 스코프를 나누고 각 스코프의 식별자를 등록해서 각각 관리하는 역할!)

 

 

실행 컨텍스트는 렉시컬 환경 컴포넌트와 VariableEnvironment 컴포넌트로 구성된다.

생성 초기의 실행 컨텍스트와 렉시컬 환경을 그림으로 표현하면 다음과 같다.

 

 

생성 초기에 렉시컬 환경 컴포넌트와 VariableEnvironment 컴포넌트는 하나의 동일한 렉시컬 환경을 참조한다.

 

(이후 몇 가지 상황을 만나면 VariableEnvironment 컴포넌트를 위한 새로운 렉시컬 환경을 생성하고, 이때부터 VariableEnvironment 컴포넌트와 렉시컬 환경 컴포넌트는 내용이 달라지는 경우가 있지만,

strict mode와 eval 코드와 같은 특수한 상황은 제외하고 VariableEnvironment 컴포넌트와 렉시컬 환경 컴포넌트도 구분하지 않고 렉시컬 환경으로 통일하겠다.)

 

렉시컬 환경은 다음과 같이 두 컴포넌트로 구성된다.

 

환경 레코드란 스코프에 포함된 식별자를 등록하고 등록된 식별자에 바인딩된 값을 관리하는 저장소이다.

 

외부 렉시컬에 대한 참조는 상위 스코프를 가리킨다!!

이때 상위 스코프란 외부 렉시컬 환경, 즉 해당 실행 컨텍스트를 생성(정의)한 소스코드를 포함하는 상위 코드의 렉시컬 환경을 말한다!!!!!!!!!

 

즉!! 외부 렉시컬 환경에 대한 참조를 통해 단방향 linked-list인 스코프 체인이 구현되는 것이다!!

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실행 컨텍스트의 생성과 식별자 검색 

var x = 1;
const y = 2;

function foo(a) {
  var x = 3;
  const y = 4;

  function bar(b) {
    const z = 5;
    console.log(a + b + x + y + z);
  }
  bar(10);
}

foo(20); // 42

 

전역 객체 생성

• 전역 객체에는 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 그리고 표준 빌트인 객체가 추가되며 동작 환경(클라이언트 사이드 또는 서버 사이드)에 따라 클라이언트 사이드 Web API 또는 특정 환경을 위한 호스트 객체를 포함한다.
• 전역 객체도 Object.prototype을 상속받는다. 즉, 전역 객체도 프로토타입 체인의 일원이다!

전역 코드 평가

 

전역 코드 평가는 아래와 같은 순서로 진행된다.

 

1. 전역 실행 컨텍스트 생성

2. 전역 렉시컬 환경 생성

    2.1 전역 환경 레코드 생성

          2.1.1 객체 환경 레코드 생성

          2.1.2 선언적 환경 레코드 생성

    2.2 this 바인딩

    2.3 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

 

위 과정을 거쳐 생성된 전역 실행 컨텍스트와 렉시컬 환경은 다음과 같다!!

 

 

전역 코드 실행

• 전역 코드가 순차적으로 실행되기 시작한다.
• 변수 할당문이 실행되어 변수에 값이 할당된다.
• 변수 할당문 또는 함수 호출문을 실행하려면 먼저 변수 또는 함수 이름이 선언된 식별자인지 확인해야 한다.
• 식별자 결정 : 어느 스코프의 식별자를 참조하면 되는지 결정한다.
• 식별자 결정을 위해 식별자를 검색할 때는 실행 중인 실행 컨텍스트에서 식별자를 검색하기 시작한다.

foo 함수 코드 평가

• 함수 실행 컨텍스트 생성
• 함수 렉시컬 환경 생성
  • 함수 환경 레코드 생성
  • this 바인딩
  • 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정

foo 함수 코드 실행

• 런타임이 시작되어 foo 함수의 소스코드가 순차적으로 실행되기 시작한다.
• 매개변수에 인수가 할당되고, 변수 할당문이 실행되어 지역 변수 x,y에 값이 할당되고 함수 bar가 호출된다.
• 식별자 결정을 위해 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검색하기 시작한다.
• 검색된 식별자에 값을 바인딩한다.

bar 함수 코드 평가

• bar 함수 내부로 코드의 제어권이 이동하고 bar 함수 코드를 평가하기 시작한다.
• 실행 컨텍스트와 렉시컬 환경의 생성 과정은 foo 함수 코드 평가와 동일하다.

bar 함수 코드 실행

• 런타임이 시작되어 bar 함수의 소스코드가 순차적으로 실행되기 시작한다.
• 매개변수에 인수가 할당되고, 변수 할당문이 실행되어 지역 변수 z에 값이 할당된다.

bar 함수 코드 실행 종료

• console.log 메서드가 호출되고 종료하면 더는 실행할 코드가 없으므로 bar 함수 코드의 실행이 종료된다.
• 실행 컨텍스트 스택에서 bar 함수 실행 컨텍스트가 팝되어 제거되고 foo 실행 컨텍스트가 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다.

foo 함수 코드 실행 종료

• bar 함수가 종료하면 더 이상 실행할 코드가 없으므로 foo 함수 코드의 실행이 종료된다.
• 이때 실행 컨텍스트 스택에서 foo 함수 실행 컨텍스트가 팝되어 제거되고 전역 실행 컨텍스트가 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다.

전역 코드 실행 종료

• foo 함수가 종료되면 더는 실행할 전역 코드가 없으므로 전역 코드의 실행이 종료되고 전역 실행 컨텍스트도 실행 컨텍스트 스택에서 팝되어 제거되고 실행 컨텍스트 스택에는 아무것도 남아있지 않게 된다.

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모던 자바스크립트 딥다이브 교재를 보고 공부한 후, 정리한 글입니다!