24장. 클로저
클로저는 자바스크립트 고유의 개념이 아니다. 함수를 일급 객체로 취급하는 함수형 프로그래밍 언어에서 사용되는 중요한 특성이다.
클로저는 자바스크립트 고유의 개념이 아니므로 클로저의 정의가 ECMAScript 사양에 등장하지 않는다. MDN에서는 클로저에 대해 다음과 같이 정의하고 있다.
"A closure is the combination of a function and the lexical environment wihin which that function was declared"
클로저는 함수와 그 함수가 선언된 렉시컬 환경과의 조합이다.예제를 통해 정의의 의미부터 살펴보자. 위 정의에서 먼저 이해해야 할 핵심 키워드는 "함수가 선언된 렉시컬 환경"이다.
const x = 1;
function outerFunc() {
const x = 10;
function innerFunc() {
console.log(x); // 10
}
innerFunc();
}
outerFunc();outerFunc 함수 내부에서 중첩 함수 innerFunc가 정의되고 호출되었다. 이때 중첩 함수 innerFunc의 상위 스코프는 외부 함수 outerFunc의 스코프다. 따라서 중첩 함수 innerFunc 내부에서 자신을 포함하고 있는 외부 함수 outerFunc의 x 변수에 접근할 수 있다.
만약 innerFunc 함수가 outerFunc 함수의 내부에서 정의된 중첩 함수가 아니라면 innerFunc 함수를 outerFunc 함수의 내부에서 호출한다 하더라도 outerFunc 함수의 변수에 접근할 수 없다.
const x = 1;
function outerFunc() {
const x = 10;
innerFunc();
}
function innerFunc() {
console.log(x); // 1
}
outerFunc();이 같은 현상이 발생하는 이유는 자바스크립트가 렉시컬 스코프를 따르는 프로그래밍 언어이기 때문이다.
렉시컬 스코프
자바스크립트 엔진은 함수를 어디서 호출했는지가 아니라 함수를 어디에 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정한다. 이를 렉시컬 스코프(정적 스코프)라 한다.
const x = 1;
function foo() {
const x = 10;
bar();
}
function bar() {
console.log(x);
}
foo(); // ?
bar(); // ?위 예제의 foo 함수와 bar 함수는 모두 전역에서 정의된 전역 함수다. 함수의 상위 스코프는 함수를 어디서 정의했느냐에 따라 결정되므로 foo 함수와 bar 함수의 상위 스코프는 전역이다. 함수를 어디서 호출하는지는 함수의 상위 스코프 결정에 어떠한 영향도 주지 못한다. 즉, 함수의 상위 스코프는 함수를 정의한 위치에 의해 정적으로 결정되고 변하지 않는다.
스코프의 실체는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경이다. 이 렉시컬 환경은 자신의 "외부 렉시컬 환경에 대한 참조"를 통해 상위 렉시컬 환경과 연결된다. 이것이 바로 스코프 체인이다.
따라서 "함수의 상위 스코프를 결정한다"는 것은 "렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 저장할 참조값을 결정한다"는 것과 같다. 렉시컬 환경의 "외부 렉시컬 환경에 대한 참조"에 저장할 참조값이 바로 상위 렉시컬 환경에 대한 참조이며, 이것이 상위 스코프이기 때문이다.
렉시컬 환경의 "외부 렉시컬 환경에 대한 참조"에 저장할 참조값, 즉 상위 스코프에 대한 참조는 함수 정의가 평가되는 시점에 함수가 정의된 환경(위치)에 의해 결정된다. 이것이 바로 렉시컬 스코프다.
함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]
함수가 정의된 환경(위치)과 호출되는 환경(위치)은 다를 수 있다. 따라서 렉시컬 스코프가 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.
다시 말해, 함수 정의가 평가되어 함수 객체를 생성할 때 자신의 정의된 환경(위치)에 의해 결정된 상위 스코프의 참조를 함수 객체 자신의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장한다. 이때 자신의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 상위 스코프의 참조는 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경을 가리킨다.
왜냐하면 함수 정의가 평가되어 함수 객체를 생성하는 시점은 함수가 정의된 환경, 즉 상위 함수(또는 전역 코드)가 평가 또는 실행되고 있는 시점이며, 이때 현재 실행 중인 실행 컨텍스트는 상위 함수의 실행 컨텍스트이기 때문이다.
예를 들어, 전역에서 정의된 함수 선언문은 전역 코드가 평가되는 시점에 평가되어 함수 객체를 생성한다. 이때 생성된 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에는 함수 정의가 평가되는 시점, 즉 전역 코드 평가 시점에 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경인 전역 렉시컬 환경의 참조가 저장된다.
따라서 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조가 바로 상위 스코프다. 또한 자신이 호출되었을 때 생성될 함수 렉시컬 환경의 "외부 렉시컬 환경에 대한 참조"에 저장될 참조값이다. 함수 객체는 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장한 렉시컬 환경의 참조, 즉 상위 스코프를 자신이 존재하는 한 기억한다.
const x = 1;
function foo() {
const x = 10;
// 상위 스코프는 함수 정의 환경(위치)에 따라 결정된다.
// 함수 호출 위치와 상위 스코프는 아무런 관계가 없다.
bar();
}
// 함수 bar는 자신의 상위 스코프, 즉 전역 렉시컬 환경을 [[Environment]]에 저장하여 기억한다.
function bar() {
console.log(x);
}
foo(); // ?
bar(); // ?위 예제의 foo 함수 내부에서 bar 함수가 호출되어 실행 중인 시점의 실행 컨텍스트는 다음과 같다.
foo 함수와 bar 함수는 모두 전역에서 함수 선언문으로 정의되었다. 따라서 foo 함수와 bar 함수는 모두 전역 코드가 평가되는 시점에 평가되어 함수 객체를 생성하고 전역 객체 window의 메서드가 된다. 이때 생성된 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에는 함수 정의가 평가된 시점, 즉 전역 코드 평가 시점에 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경인 전역 렉시컬 환경의 참조가 저장된다.
함수가 호출되면 함수 내부로 코드의 제어권이 이동한다. 그리고 함수 코드를 평가하기 시작한다. 함수 코드 평가는 아래 순서로 진행된다.
1. 함수 실행 컨텍스트 생성
2. 함수 렉시컬 환경 생성
2.1 함수 환경 레코드 생성
2.2 this 바인딩
2.3 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정이때 함수 렉시컬 환경의 구성 요소인 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에는 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 렉시컬 환경의 참조가 할당된다. 즉, 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 렉시컬 환경의 참조는 바로 함수의 상위 스코프를 의미한다. 이것이 바로 함수 정의 위치에 따라 상위 스코프를 결정하는 렉시컬 스코프의 실체다.
클로저와 렉시컬 환경
다음 예제를 살펴보자.
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) 10outer 함수를 호출(3)하면 outer 함수는 중첩 함수 inner를 반환하고 생명 주기를 마감한다. 즉, outer 함수의 실행이 종료되면 outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 제거된다. 이때 outer 함수의 지역 변수 x와 변수 값 10을 저장하고 있던 outer 함수의 실행 컨텍스트가 제거되었으므로 outer 함수의 지역 변수 x 또한 생명 주기를 마감한다. 따라서 outer 함수의 지역 변수 x는 더는 유효하지 않게 되어 x 변수에 접근할 수 있는 방법은 달리 없어 보인다.
그러나 위 코드의 실행 결과(4)는 outer 함수의 지역 변수 x의 값인 10이다. 이미 생명 주기가 종료되어 실행 컨텍스트 스택에서 제거된 outer 함수의 지역 변수 x가 다시 부활이라도 한 듯이 동작하고 있다.
이처럼 외부 함수보다 중첩 함수가 더 오래 유지되는 경우 중첩 함수는 이미 생명 주기가 종료한 외부 함수의 변수를 참조할 수 있다. 이러한 중첩 함수를 클로저라고 부른다.
클로저는 함수와 그 함수가 선언된 렉시컬 환경과의 조합이다
위 정의에서 "그 함수가 선언된 렉시컬 환경"이란 함수가 정의된 위치의 스코프, 즉 상위 스코프를 의미하는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경을 말한다.
자바스크립트의 모든 함수는 자신의 상위 스코프를 기억한다고 했다. 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 바인딩된 값을 변경할 수도 있다.
위 예제에서 inner 함수는 자신이 평가될 때 자신이 정의된 위치에 의해 결정된 상위 스코프를 [[Environment]] 내부 슬롯에 저장한다. 이때 저장된 상위 스코프는 함수가 존재하는 한 유지된다.
위 예제로 돌아가 보자. 위 예제에서 outer 함수가 평가되어 함수 객체를 생성할 때(1) 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경, 즉 전역 렉시컬 환경을 outer 함수 객체의 [[Environment]] 내부 슬롯에 상위 스코프로서 저장한다.
outer 함수를 호출하면 outer 함수의 렉시컬 환경이 생성되고 앞서 outer 함수 객체의 [[Environment]] 내부 슬롯에 저장된 전역 렉시컬 환경을 outer 함수 렉시컬 환경의 "외부 렉시컬 환경에 대한 참조"에 할당한다.
그리고 중첩 함수 inner가 평가된다(2 inner 함수는 표현식으로 정의했기 때문에 런타임에 평가된다). 이때 중첩 함수 inner는 자신의 [[Environment]] 내부 슬롯에 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경, 즉 outer 함수의 렉시컬 환경을 상위 스코프로서 저장한다.
outer 함수의 실행이 종료되면 inner 함수를 반환하면서 outer 함수의 생명 주기가 종료된다(3). 즉, outer 함수의 실행 컨텍스트가 실행 컨텍스트 스택에서 제거된다. 이때 outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 제거되지만 outer 함수의 렉시컬 환경까지 소멸하는 것은 아니다.
outer 함수의 렉시컬 환경은 inner 함수의 [[Environment]] 내부 슬롯에 의해 참조되고 있고 inner 함수는 전역 변수 innerFunc에 의해 참조되고 있으므로 가비지 컬렉션의 대상이 되지 않기 때문이다. 가비지 컬렉터는 누군가가 참조하고 있는 메모리 공간을 함부로 해제하지 않는다.
outer 함수가 반환한 inner 함수를 호출(4)하면 inner 함수의 실행 컨텍스트가 생성되고 실행 컨텍스트 스택에 푸시된다. 그리고 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에는 inner 함수 객체의 [[Environment]] 내부 슬롯에 저장되어 있는 참조값이 할당된다.
중첩 함수 inner는 외부 함수 outer보다 더 오래 생존했다. 이때 외부 함수보다 더 오래 생존한 중첩 함수는 외부 함수의 생존 여부와 상관없이 자신이 정의된 위치에 의해 결정된 상위 스코프를 기억한다. 이처럼 중첩 함수 inner의 내부에서는 상위 스코프를 참조할 수 있으므로 상위 스코프의 식별자를 참조할 수 있고 식별자의 값을 변경할 수도 있다.
자바스크립트의 모든 함수는 상위 스코프를 기억하므로 이론적으로 모든 함수는 클로저다. 하지만 일반적으로 모든 함수를 클로저라고 하지는 않는다.
<!DOCTYPE html>
<html>
<body>
<script>
function foo() {
const x = 1;
const y = 2;
// 일반적으로 클로저라고 하지 않는다.
function bar() {
const z = 3;
debugger;
// 상위 스코프의 식별자를 참조하지 않는다.
console.log(z);
}
return bar;
}
const bar = foo();
bar();
</script>
</body>
</html>
위 예제의 중첩 함수 bar는 외부 함수 foo보다 더 오래 유지되지만 상위 스코프의 어떤 식별자도 참조하지 않는다. 이처럼 상위 스코프의 어떤 식별자도 참조하지 않는 경우 대부분의 모던 브라우저는 최적화를 통해 다음 그림과 같이 상위 스코프를 기억하지 않는다. 참조하지도 않는 식별자를 기억하는 것은 메모리 낭비이기 때문이다. 따라서 bar 함수는 클로저라고 할 수 없다.
<!DOCTYPE html>
<html>
<body>
<script>
function foo() {
const x = 1;
// bar 함수는 클로저였지만 곧바로 소멸한다.
// 이러한 함수는 일반적으로 클로저라고 하지 않는다.
function bar() {
debugger;
// 상위 스코프의 식별자를 참조한다.
console.log(x);
}
bar();
}
foo();
</script>
</body>
</html>
위 예제의 중첩 함수 bar는 상위 스코프의 식별자를 참조하고 있으므로 클로저다. 하지만 외부 함수 foo의 외부로 중첩 함수 bar가 반환되지 않는다. 즉, 외부 함수 foo보다 중첩 함수 bar의 생명 주기가 짧다. 이런 경우 중첩 함수 bar는 클로저였지만 외부 함수보다 일찍 소멸되기 때문에 생명 주기가 종료된 외부 함수의 식별자를 참조할 수 있다는 클로저의 본질에 부합하지 않는다. 따라서 중첩 함수 bar는 일반적으로 클로저라고 하지 않는다.
<!DOCTYPE html>
<html>
<body>
<script>
function foo() {
const x = 1;
const y = 2;
// 클로저
// 중첩 함수 bar는 외부 함수보다 더 오래 유지되며 상위 스코프의 식별자를 참조한다.
function bar() {
debugger;
console.log(x);
}
return bar;
}
const bar = foo();
bar();
</script>
</body>
</html>
위 예제의 중첩 함수 bar는 상위 스코프의 식별자를 참조하고 있으므로 클로저다. 그리고 외부 함수의 외부로 반환되어 외부 함수보다 더 오래 살아 남는다.
이처럼 외부 함수보다 중첩 함수가 더 오래 유지되는 경우 중첩 함수는 이미 생명 주기가 종료한 외부 함수의 변수를 참조할 수 있다. 이러한 중첩 함수를 클로저라고 부른다. 클로저는 중첩 함수가 상위 스코프의 식별자를 참조하고 있고 중첩 함수가 외부 함수보다 더 오래 유지되는 경우에 한정하는 것이 일반적이다.
다만 클로저인 중첩 함수 bar는 상위 스코프의 x, y 식별자 중에서 x만 참조하고 있다. 이런 경우 대부분의 모던 브라우저는 최적화를 통해 상위 스코프의 식별자 중에서 클로저가 참조하록 잇는 식별자만을 기억한다.
클로저에 의해 참조되는 상위 스코프의 변수(위 예제의 경우 foo 함수의 x 변수)를 자유 변수라고 부른다. 클로저란 "함수가 자유 변수에 대해 닫혀있다"라는 의미다. 이를 좀 더 알기 쉽게 의역하자면 "자유 변수에 묶여있는 함수"라고 할 수 있다.
