JavaScript 执行机制 - 《JavaScript 知识库》

变量提升
JavaScript 代码的执行流程
ES6 块级作用域

变量提升


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


var myname = '极客时间'
var myname    //声明部分
myname = '极客时间'  //赋值部分

JavaScript 执行机制 - 图2
所谓的变量提升，是指在 JavaScript 代码执行过程中，JavaScript 引擎把变量的声明部分和函数的声明部分提升到代码开头的“行为”。变量被提升后，会给变量设置默认值 undefined。
JavaScript 执行机制 - 图3

JavaScript 代码的执行流程

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。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。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。大致流程参考下图：
JavaScript 执行机制 - 图4
1. 编译阶段
问题：那么编译阶段和变量提升存在什么关系呢？

// 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'

Javascript执行流程细化：

JavaScript 执行机制 - 图5
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。
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。
在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。简单的变量环境对象结构如下：

VariableEnvironment:
     myname -> undefined, 
     showName ->function : {console.log(myname)

了解完变量环境对象的结构后，接下来，我们再结合下面这段代码来分析下是如何生成变量环境对象的。

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

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

这样就生成了变量环境对象。接下来 JavaScript 引擎会把声明以外的代码编译为字节码，现在就有了执行上下文和可执行代码，接下来就到了执行阶段。

1.编译阶段是全部编译完成后执行嘛？

2. 执行阶段
JavaScript 引擎开始执行“可执行代码”，按照顺序一行一行地执行。

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”。
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”，变量环境如下所示：
```
VariableEnvironment:
   myname -> "极客时间", 
   showName ->function : {console.log(myname)
```
上面就是一段代码的编译和执行流程。实际上，编译阶段和执行阶段都是非常复杂的，包括了词法分析、语法解析、代码优化、代码生成，现在只需要知道Javascript 代码编译生成了什么内容就可以。

ES6 块级作用域

ECMAScript6（简称 ES6）已经通过引入块级作用域并配合 let、const 关键字，来避开了这种设计缺陷，但是由于 JavaScript 需要保持向下兼容，所以变量提升在相当长一段时间内还会继续存在。这也加大了你理解概念的难度，因为既要理解新的机制，又要理解变量提升这套机制，关键这两套机制还是同时运行在“一套”系统中的。

作用域（scope）

作用域是指在程序中定义变量的区域，该位置决定了变量的生命周期。通俗地理解，作用域就是变量与函数的可访问范围，即作用域控制着变量和函数的可见性和生命周期。

全局作用域中的对象在代码中的任何地方都能访问，其生命周期伴随着页面的生命周期。
函数作用域就是在函数内部定义的变量或者函数，并且定义的变量或者函数只能在函数内部被访问。函数执行结束之后，函数内部定义的变量会被销毁。

在 ES6 之前，JavaScript 只支持这两种作用域，相较而言，其他语言则都普遍支持块级作用域。块级作用域就是使用一对大括号包裹的一段代码，比如函数、判断语句、循环语句，甚至单独的一个{}都可以被看作是一个块级作用域。

变量提升的问题

1.变量容易在不被察觉的情况下被覆盖掉

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

JavaScript 执行机制 - 图6
showName 函数的执行上下文创建后，JavaScript 引擎便开始执行 showName 函数内部的代码了。首先执行的是 console.log(myname); 执行这段代码需要使用变量 myname，结合上面的调用栈状态图，你可以看到这里有两个 myname 变量：一个在全局执行上下文中，其值是“极客时间”；另外一个在 showName 函数的执行上下文中，其值是 undefined。应该使用哪一个？
函数执行过程中，JavaScript 会优先从当前的执行上下文中查找变量，由于变量提升，当前的执行上下文中就包含了变量 myname，而值是 undefined，所以获取到的 myname 的值就是 undefined。

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。

ES6 是如何解决变量提升带来的缺陷

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

function letTest() {
  let x = 1;
  if (true) {
    let x = 2;  // 不同的变量
    console.log(x);  // 2
  }
  console.log(x);  // 1
}

作用域块内声明的变量不影响块外面的变量。

JavaScript 是如何支持块级作用域的

ES6 可以通过使用 let 或者 const 关键字来实现块级作用域，不过：“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？”
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？

function foo(){
    var a = 1
    let b = 2
    {
      let b = 3
      var c = 4
      let d = 5
      console.log(a) // 1
      console.log(b) // 3
    }
    console.log(b) // 2
    console.log(c) // 4
    console.log(d) // d is not defined
}   
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已经分析过了，但是现在的情况有点不一样，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？
**第一步是编译并创建执行上下文 JavaScript 执行机制 - 图7

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。

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：

JavaScript 执行机制 - 图8
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：

JavaScript 执行机制 - 图9
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： JavaScript 执行机制 - 图10
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。

调用栈

当一段代码被执行时，JavaScript 引擎先会对其进行编译，并创建执行上下文。但是哪些情况下代码才算是“一段”代码，才会在执行之前就进行编译并创建执行上下文。一般说来，有这么三种情况：

当 JavaScript 执行全局代码的时候，会编译全局代码并创建全局执行上下文，而且在整个页面的生存周期内，全局执行上下文只有一份。
当调用一个函数的时候，函数体内的代码会被编译，并创建函数执行上下文，一般情况下，函数执行结束之后，创建的函数执行上下文会被销毁。
当使用 eval 函数的时候，eval 的代码也会被编译，并创建执行上下文。

在写 JavaScript 代码的时候，有时候可能会遇到栈溢出的错误。那为什么会出现这种错误呢？这就涉及到了调用栈的内容。你应该知道 JavaScript 中有很多函数，经常会出现在一个函数中调用另外一个函数的情况，调用栈就是用来管理函数调用关系的一种数据结构。因此要讲清楚调用栈，你还要先弄明白函数调用和栈结构。
JavaScript 执行机制 - 图11

var a = 2
function add(){
var b = 10
return  a+b
}
add()

在执行到函数 add() 之前，JavaScript 引擎会为上面这段代码创建全局执行上下文，包含了声明的函数和变量，你可以参考下图：
JavaScript 执行机制 - 图12
从图中可以看出，代码中全局变量和函数都保存在全局上下文的变量环境中。
执行上下文准备好之后，便开始执行全局代码，当执行到 add 这儿时，JavaScript 判断这是一个函数调用，那么将执行以下操作：

首先，从全局执行上下文中，取出 add 函数代码。
其次，对 add 函数的这段代码进行编译，并创建该函数的执行上下文和可执行代码。
最后，执行代码，输出结果。

完整流程你可以参考下图：
JavaScript 执行机制 - 图13
函数调用过程就这样，当执行到 add 函数的时候，我们就有了两个执行上下文了——全局执行上下文和 add 函数的执行上下文。也就是说在执行 JavaScript 时，可能会存在多个执行上下文，那么 JavaScript 引擎是如何管理这些执行上下文的呢？
答案是通过一种叫栈的数据结构来管理的。那什么是栈呢？它又是如何管理这些执行上下文呢？

JavaScript 执行机制 - 图14

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。

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，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？
第一步，创建全局上下文，并将其压入栈底。如下图所示：

JavaScript 执行机制 - 图15
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：

JavaScript 执行机制 - 图16
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：

JavaScript 执行机制 - 图17
执行 addAll 函数时的调用栈
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：

JavaScript 执行机制 - 图18
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。如下图所示：

JavaScript 执行机制 - 图19
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：

JavaScript 执行机制 - 图20
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。

栈溢出（Stack Overflow）

调用栈是一种用来管理执行上下文的数据结构，符合后进先出的规则。不过还有一点你要注意，调用栈是有大小的，当入栈的执行上下文超过一定数目，JavaScript 引擎就会报错，我们把这种错误叫做栈溢出。特别是在你写递归代码的时候，就很容易出现栈溢出的情况。
比如下面这段代码：

function division(a,b){
    return division(a,b)
}
console.log(division(1,2))

作用域链

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

关于作用域链，理解了调用栈、执行上下文、词法环境、变量环境等概念，那么理解起来作用域链也会很容易。
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，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：

JavaScript 执行机制 - 图22
问题：foo 函数调用的 bar 函数，那为什么 bar 函数的外部引用是全局执行上下文，而不是 foo 函数的执行上下文？
要回答这个问题，你还需要知道什么是词法作用域。这是因为在 JavaScript 执行过程中，其作用域链是由词法作用域决定的。
词法作用域词法作用域就是指作用域是由代码中函数声明的位置来决定的，所以词法作用域是静态的作用域，通过它就能够预测代码在执行过程中如何查找标识符。
从图中可以看出，词法作用域就是根据代码的位置来决定的，其中 main 函数包含了 bar 函数，bar 函数中包含了 foo 函数，因为 JavaScript 作用域链是由词法作用域决定的，所以整个词法作用域链的顺序是：foo 函数作用域—>bar 函数作用域—>main 函数作用域—> 全局作用域。
了解了词法作用域以及 JavaScript 中的作用域链，我们再回过头来看看上面的那个问题：在开头那段代码中，foo 函数调用了 bar 函数，那为什么 bar 函数的外部引用是全局执行上下文，而不是 foo 函数的执行上下文?
这是因为根据词法作用域，foo 和 bar 的上级作用域都是全局作用域，所以如果 foo 或者 bar 函数使用了一个它们没有定义的变量，那么它们会到全局作用域去查找。也就是说，词法作用域是代码编译阶段就决定好的，和函数是怎么调用的没有关系。**

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()

闭包

了解了作用域链，接着我们就可以来聊聊闭包了。关于闭包，理解起来可能会是一道坎，特别是在你不太熟悉 JavaScript 这门语言的时候，接触闭包很可能会让你产生一些挫败感，因为你很难通过理解背后的原理来彻底理解闭包，从而导致学习过程中似乎总是似懂非懂。最要命的是，JavaScript 代码中还总是充斥着大量的闭包代码。
但理解了变量环境、词法环境和作用域链等概念，那接下来你再理解什么是 JavaScript 中的闭包就容易多了。这里你可以结合下面这段代码来理解什么是闭包：

function foo() {
    var myName = "极客时间"
    let test1 = 1
    const test2 = 2
    var innerBar = {
        getName:function(){
            console.log(test1)
            return myName
        },
        setName:function(newName){
            myName = newName
        }
    }
    return innerBar
}
var bar = foo()
bar.setName("极客邦")
bar.getName()
console.log(bar.getName())

首先我们看看当执行到 foo 函数内部的return innerBar这行代码时调用栈的情况，你可以参考下图：

JavaScript 执行机制 - 图25
从上面的代码可以看出，innerBar 是一个对象，包含了 getName 和 setName 的两个方法（通常我们把对象内部的函数称为方法）。你可以看到，这两个方法都是在 foo 函数内部定义的，并且这两个方法内部都使用了 myName 和 test1 两个变量。
根据词法作用域的规则，内部函数 getName 和 setName 总是可以访问它们的外部函数 foo 中的变量，所以当 innerBar 对象返回给全局变量 bar 时，虽然 foo 函数已经执行结束，但是 getName 和 setName 函数依然可以使用 foo 函数中的变量 myName 和 test1。所以当 foo 函数执行完成之后，其整个调用栈的状态如下图所示：

JavaScript 执行机制 - 图26
从上图可以看出，foo 函数执行完成之后，其执行上下文从栈顶弹出了，但是由于返回的 setName 和 getName 方法中使用了 foo 函数内部的变量 myName 和 test1，所以这两个变量依然保存在内存中。这像极了 setName 和 getName 方法背的一个专属背包，无论在哪里调用了 setName 和 getName 方法，它们都会背着这个 foo 函数的专属背包。
之所以是专属背包，是因为除了 setName 和 getName 函数之外，其他任何地方都是无法访问该背包的，我们就可以把这个背包称为 foo 函数的闭包。
好了，现在我们终于可以给闭包一个正式的定义了。在 JavaScript 中，根据词法作用域的规则，内部函数总是可以访问其外部函数中声明的变量，当通过调用一个外部函数返回一个内部函数后，即使该外部函数已经执行结束了，但是内部函数引用外部函数的变量依然保存在内存中，我们就把这些变量的集合称为闭包。比如外部函数是 foo，那么这些变量的集合就称为 foo 函数的闭包。
那这些闭包是如何使用的呢？当执行到 bar.setName 方法中的myName = “极客邦”这句代码时，JavaScript 引擎会沿着“当前执行上下文–>foo 函数闭包–> 全局执行上下文”的顺序来查找 myName 变量，你可以参考下面的调用栈状态图：

JavaScript 执行机制 - 图27
从图中可以看出，setName 的执行上下文中没有 myName 变量，foo 函数的闭包中包含了变量 myName，所以调用 setName 时，会修改 foo 闭包中的 myName 变量的值。同样的流程，当调用 bar.getName 的时候，所访问的变量 myName 也是位于 foo 函数闭包中的。

闭包是怎么回收的

理解什么是闭包之后，接下来我们再来简单聊聊闭包是什么时候销毁的。因为如果闭包使用不正确，会很容易造成内存泄漏的，关注闭包是如何回收的能让你正确地使用闭包。
通常，如果引用闭包的函数是一个全局变量，那么闭包会一直存在直到页面关闭；但如果这个闭包以后不再使用的话，就会造成内存泄漏。
如果引用闭包的函数是个局部变量，等函数销毁后，在下次 JavaScript 引擎执行垃圾回收时，判断闭包这块内容如果已经不再被使用了，那么 JavaScript 引擎的垃圾回收器就会回收这块内存。
所以在使用闭包的时候，你要尽量注意一个原则：如果该闭包会一直使用，那么它可以作为全局变量而存在；但如果使用频率不高，而且占用内存又比较大的话，那就尽量让它成为一个局部变量。