모던 자바스크립트 Deep Dive | 클로저

April·2022년 6월 3일
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24 클로저(closure)

클로저closure는

  • 난해하기로 유명한 자바스크립트의 개념 중 하나이지만, 자바스크립트 고유의 개념은 아니다.
  • 함수를 일급 객체로 취급하는 함수형 프로그래밍 언어(예) 하스켈, 리스프, 얼랭, 스칼라 등)에서 사용하는 중요한 특성이다.
  • 클로저가 자바스크립트 고유의 개념이 아니라서 ECMAScript 사양에 등장하지는 않지만, MDN에서는 클로저를 이렇게 정의하고 있다.
    • 클로저는 함수와 그 함수가 선언된 렉시컬 환경과의 조합이다.
    • 여기서 핵심 키워드는 "함수가 선언된 렉시컬 환경이다"라는 말을 기억하자.

24.1 렉시컬 스코프

자바스크립트 엔진은

  • 함수를 어디서 호출했는지가 아니라, 함수를 어디에 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정한다.
    • 이를 렉시컬 스코프(정적 스코프)라 한다.
  • 즉, 함수의 상위 스코프는 함수를 정의한 위치에 의해 정적으로 결정되고 변하지 않는다.
    • 스코프의 실체는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경이고,
    • 이 렉시컬 환경은 자신의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조를 통해 상위 렉시컬 환경과 연결된다.
      • 이것이 스코프 체인이다.
    • 따라서 함수의 상위 스코프를 결정한다는 것은 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 저장할 참조값을 결정한다는 것과 같다.
      • 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 저장할 참조값이 바로 상위 렉시컬 환경에 대한 참조이며, 이 것이 상위 스코프이기 때문이다
  • 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 저장할 참조값, 즉 상위 스코프에 대한 참조는
    • 함수 정의가 평가되는 시점에 함수가 정의된 환경(위치)에 의해 결정.
      • 이것이 렉시컬 스코프다.

24.2 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]

렉시컬 스코프 개념이 가능하려면

  • 함수는 자신이 호출되는 환경과는 상관없이 자신이 정의된 환경, 즉 상위 스코프(함수 정의가 위치하는 스코프가 바로 상위 스코프다)를 기억해야 한다.
  • 이를 위해 함수는 자신의 내부 슬롯 [[Environment]]에 자신이 정의된 환경, 즉 상위 스코프의 참조를 저장한다.
    • 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조가 바로 상위 스코프다.
    • 또한 자신이 호출 되었을 때 생성될 함수 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 저장될 참조값이다.
  • 함수 객체는 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장한 렉시컬 환경의 참조, 즉 상위 스코프를 자신이 존재하는 한 기억한다.

24.3 클로저와 렉시컬 환경

const x = 1;

// ①
function outer() {
  const x = 10;
  const inner = function () { console.log(x); }; // ②
  return inner;
}

// outer 함수를 호출하면 중첩 함수 inner를 반환한다.
// 그리고 outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 팝되어 제거된다.
const innerFunc = outer(); // ③
innerFunc(); // ④ 10

outer 함수를 호출하면

  • outer함수는 inner 함수를 반환하고 생명 주기를 마감하는데
  • 이 때 outer 함수의 지역 변수 x 또한 생명 주기를 마감한다.
    • outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 제거되지만 outer 함수의 렉시컬 환경까지 소멸되는 것은 아니다.
    • outer 함수의 렉시컬 환경은
      • inner 함수의 [[Environment]] 내부 슬롯에 의해 참조되고 있고
      • inner 함수는 전역변수 innerFunc에 의해 참조되고 있으므로
      • 가비지 컬렉션 대상이 되지 않기 때문이다.
      • 가비지 컬렉터는 누군가가 참조하고 있는 메모리 공간을 함부로 해제하지 않는다.
  • 그러나 위 코드를 실행하면 outer 함수의 지역변수 x값인 10이 동작하는데
  • 이를 클로저라고 한다.

클로저는

외부 함수보다 중첩 함수가 더 오래 유지되는 경우 중첩 함수는 이미 생명 주기가 종료한 외부 함수의 변수를 참조할 수 있다. 이러한 중첩 함수를 클로저(closure) 라고 부른다.

자바스크립트의 모든 함수는 자신의 상위 스코프를 기억한다.

  • 모든 함수가 기억하는 상위 스코프는 함수를 어디서 호출하든 상관없이 유지된다.
  • 따라서 함수를 어디서 호출하든 상관없이 함수는 언제나 자신이 기억하는 상위 스코프의 식별자를 참조할 수 있으며
  • 식별자에 바인딩 된 값을 변경할 수도 있다.

자바스크립트의 모든 함수는

  • 상위 스코프를 기억하므로 이론적으로 모든 함수는 클로저이지만
  • 일반적으로 모든 함수를 클로저라고 하지는 않는다.
    ➔ 클로저는 중첩 하수가 상위 스코프의 식별자를 참조하고 있고 중첩 함수가 외부 함수보다 더 오래 유지되는 경우에 한정하는 것이 일반적이다.
    • 클로저에 의해 참조되는 상위 스코프의 변수를 자유 변수라고 부르고
    • 클로저는 자유 변수에 묶여있는 함수라고 할 수 있다.

24.4 클로저의 활용

클로저는

  • 상태(state)를 안전하게 변경하고 유지하기 위해 사용한다.
  • 다시 말해, 상태가 의도치 않게 변경되지 않도록 상태를 안전하게 은닉(information hiding)하고
  • 특정 함수에게만 상태 변경을 허용하기 위해 사용한다.
// 카운트 상태 변수
let num = 0;

// 카운트 상태 변경 함수
const increase = function () {
  // 카운트 상태를 1만큼 증가 시킨다.
  return ++num;
};

console.log(increase()); // 1
console.log(increase()); // 2
console.log(increase()); // 3

위의 코드는 다음과 같은 이유로 오류를 발생시킬 가능성을 내포하고 있는 좋지 않은 코드이다.

  1. 카운트 상태는 increase 함수가 호출되기 전까지 변경되지 않고 유지되어야 한다.
  2. 이를 위해 카운트 상태는 increase 함수만이 변경 할 수 있어야한다.

하지만 카운트 상태는 전역 변수를 통해 관리 되고 있기 때문에 의도치 않게 상태가 변경될 수 있다.

  • 따라서 increase 함수만이 num 변수를 참조하고 변경할 수 있도록
  • 전역변수 num을 increase 함수의 지역변수로 바꾸고 클로저를 사용해 주는것이 바람직하다.
// 카운트 상태 변경 함수
const increase = (function () {
  // 카운트 상태 변수
  let num = 0;

  // 클로저
  return function () {
    // 카운트 상태를 1만큼 증가 시킨다.
    return ++num;
  };
}());

console.log(increase()); // 1
console.log(increase()); // 2
console.log(increase()); // 3

외부 상태 변경이나 가변 데이터를 피하고 불변성을 지향하는 함수형 프로그래밍에서 부수 효과를 최대한 억제하여 오류를 피하고 프로그램의 안정성을 높이기 위해 클로저는 적극적으로 사용된다.

다음은 함수형 프로그래밍에서 클로저를 활용하는 간단한 예제다.

// 함수를 반환하는 고차 함수
// 이 함수는 카운트 상태를 유지하기 위한 자유 변수 counter를 기억하는 클로저를 반환한다.
const counter = (function () {
  // 카운트 상태를 유지하기 위한 자유 변수
  let counter = 0;

  // 함수를 인수로 전달받는 클로저를 반환
  return function (aux) {
    // 인수로 전달 받은 보조 함수에 상태 변경을 위임한다.
    counter = aux(counter);
    return counter;
  };
}());

// 보조 함수
function increase(n) {
  return ++n;
}

// 보조 함수
function decrease(n) {
  return --n;
}

// 보조 함수를 전달하여 호출
console.log(counter(increase)); // 1
console.log(counter(increase)); // 2

// 자유 변수를 공유한다.
console.log(counter(decrease)); // 1
console.log(counter(decrease)); // 0

makerCounter 함수를 호출해 함수를 반환할 때
반환된 함수는 자신만의 독립된 렉시컬 환경을 갖기 때문에 주의해야 한다.


24.5 캡슐화와 정보 은닉

캡슐화는

  • 객체의 상태를 나타내는 프로퍼티와
  • 프로퍼티를 참조하고 조작할 수 있는 동작인 메서드를 하나로 묶는것을 말한다.
  • 객체의 특정 프로퍼티와 메서드를 감출 목적으로 사용하기도 하는데 이를 정보 은닉이라 한다.
    • 정보 은닉은 외부에 공개할 필요가 없는 구현의 일부를 감추어 적절치 못한 접근으로부터 객체의 상태가 변경되는 것을 방지해 정보를 보호하고,
    • 객체 간의 상호 의존성, 즉 결합도를 낮추는 효과가 있다.
  • 대부분의 객체지향 프로그래밍 언어는 클래스를 정의하고
    • 클래스를 구성하는 멤버에 대하여 public, private, protected 같은 접근 제한자를 선언하여 공개 볌위를 한정할 수 있다.

자바스크립트는 정보 은닉을 완전하게 지원하지 않는다. 인스턴스 메서드를 사용한다면 자유 변수를 통해 private을 흉내 낼 수는 있지만 프로토타입 메서드를 사용하면 이마저도 불가능해진다


24.6 자주 발생하는 실수

var funcs = [];

for (var i = 0; i < 3; i++) {
  funcs[i] = function () { return i; }; // ①
}

for (var j = 0; j < funcs.length; j++) {
  console.log(funcs[j]()); // ②
}

for 문의 코드블록 내에서

  • var 키워드로 선언한 변수 i 는 블록 레벨 스코프가 아닌 함수 레벨 스코프를 갖기 때문에 전역변수이다.
  • 따라서 배열의 요소로 추가한 함수를 호출하면 전역 변수 i를 참조하여 i의 값 3을 출력한다.
const funcs = [];

for (let i = 0; i < 3; i++) {
  funcs[i] = function () { return i; };
}

for (let i = 0; i < funcs.length; i++) {
  console.log(funcs[i]()); // 0 1 2
}

위 예제는 자바스크립트의 함수 레벨 스코프 특성으로 인해

  • for 문의 변수 선언문에서 var 키워드로 선언한 변수가 전역 변수가 되기 때문에 발생하는 현상이다.
  • ES6의 let 키워드를 사용하면 이 같은 번거로움이 깔끔하게 해결된다.

const나 let 키워드를 사용하는 반복문(for문, for ... in 문, for ... of 문, while 문 등)은 코드 블록을 반복 실행할 때마다 새로운 렉시컬 환경을 생성하여 반복할 당시의 마지막 상태를 마치 스냅샷을 찍는 것 처럼 저장한다.


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