클로저는 자바스크립트의 고유 개념이 아니다
함수를 일급 객체로 취급하는 함수형 프로그래밍 언어에서 사용되는 중요한 특성이다
클로저는 자바스크립트 고유 개념이 아니므로 ECMAScript 사양에 등장하지 않는다
MDN 에서는 클로저를 다음과 같이 정의한다
클로저는 함수와 그 함수가 선언된 렉시컬 환경과의 조합이다
여기서의 핵심 키워드는 함수가 선언된 렉시컬 환경이다
const x = 1;
function outer() {
const x = 10;
function inner() {
console.log(x) // 10
}
inner()
}
outer();outer 함수 내에서 inner 함수가 정의, 호출되었다
이 때 중첩 함수 inner 의 상위 스코프는 외부 함수 outer 의 스코프다
따라서 inner 함수 내부에서 자신을 포함하고 있는 상위 스코프인 outer 의 변수 x 에 접근 할 수 있다
만약 inner 함수가 outer 내부에서 정의된 함수가 아니라면
outer 내부에서 호출 하더라도 inner 함수 내부에서는 outer 함수의 변수에
접근할 수 없다
이는 자바스크립트가 렉시컬 스코프 (정적 스코프) 를 따르는 언어이기 때문이다
렉시컬 스코프
자바스크립트는 함수를 어디에서 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정한다
이를 렉시컬(정적) 스코프라고 한다
스코프의 실체는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경이다
렉시컬 환경은 자신의 외부 렉시컬 환경 참조를 통해 상위 렉시컬과 연결된다
이러한 연결을 스코프 체인이라고 부른다
함수의 상위 스코프 결정은 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 저장할 참조 값을 결정하는 것과 같다
렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경 참조에 저장할 참조 값이 상위 렉시컬 환경에 대한 참조다
렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경 참조에 저장할 참조 값 즉 상위 스코프 참조는
함수 정의가 평가되는 시점에 함수가 정의된 환경 (정의된 위치) 에 의해 결정된다
이게 렉시컬 스코프
함수 객체의 내부 슬롯 [[Enviroment]]
함수가 정의된 환경(정의된 위치) 과 호출되는 환경은 다를 수 있다
따라서 렉시컬 스코프는 호출되는 환경과 상관 없이 자신이 정의된 환경인 상위 스코프를 기억해야 한다
이르 ㄹ위해 함수는 자신의 내부 슬롯 [[Enviroment]] 에 자신이 정의된 환경인
상위 스코프 참조르 저장한다
정의된 환경에 의해 결정된 상위 스코프 참조를 함수 객체 자신의 내부 슬롯 [[Enviroment]] 에 저장한다
이때 자신의 내부 슬롯 [[Enviroment]] 에 저장된 상위 스코프 참조는
현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경을 가리킨다
함수 정의가 평가되어 함수 객체를 생성하는 시점이 함수가 정의된 환경인 상위 함수가 평가 또는 실행되고 있는 시점이며, 이때 현재 실행중인 실행 컨텍스트는
상위 함수의 실행 컨텍스트이기 때문이다
전역에서 정의된 함수 선언문은 전역 코드가 평가되는 시점에 평가되어 함수 객체를 생성한다
이 때 생성된 함수 객체의 내부 슬로 [[Enviroment]] 에는 함수 정의가 평가되는 시점인 전역 코드 평가 시점에 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경인 전역 렉시컬 환경에 대한 참조가 저장된다
따라서 함수 객체의 내부 슬롯 [[Enviroment]] 에 저장된 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경 참조가 바로 상위 스코프다
또한 자신이 호출되었을 때 생성될 함수 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경 참조에 저장될 참조값이다
함수 객체는 내부 슬롯 [[Enviroment]] 에 저장한 렉시컬 환경의 참조
즉 상위 스코프를 자신이 존재하는 한 기억한다
const x = 1;
function foo() {
const x = 10;
bar();
}
function bar () {
console.log(x); // 1
}
foo(); // 1
bar(); // 1foo 와 bar 함수 모두 전역에서 함수 선언문으로 선언되었기 때문에
전역 코드가 평가되는 시점에 함수가 평가되어 함수 객체를 생성하고
전역 객체 window 의 메서드가 된다
이 때 생성된 함수 객체의 내부 슬롯 [[Enviroment]] 에는
함수 정의가 평가된 시점인 전역 코드 평가 시점에 실행 중인 실행 컨텍스트의
렉시컬 환경인 전역 렉시컬 환경에 대한 참조가 저장된다
함수가 호출되면 함수 내부로 제어권이 이동하고 함수 코드를 평가한다
함수 코드에 대한 평가는 아래의 순서로 진행된다
- 함수 실행 컨텍스트 생성
- 함수 렉시컬 환경 생성
2-1. 함수 환경 레코드 생성
2-2. this 바인딩
2-3. 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정
이 때 함수 렉시컬 환경의 구성 요소인 외부 렉시컬 환경 참조에는
함수 객체의 내부 슬롯 [[Enviroment]] 에 저장된 렉시컬 환경의 참조가 할당된다
클로저와 렉시컬 환경
const x = 1;
function outer () {
const x = 10;
const inner = function () { console.log(x)}
return inner
}
const innerFunc = outer()
innerFunc() // 10outer 를 호출하면 outer 함수는 중첩 함수인 inner를 반환하고 생명주기를 마친다
ouet 함수 호출이 종료되면 outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서
제거된다
이 때 outer 함수가 갖는 지역 변수 x 는 inner 함수에서 참조되고 있으므로
가비지 컬렉터에 의해 제거되지 않고 계속 사용할 수 있게 된다
이처럼 외부 함수보다 중첩 함수가 더 오래 유지되는 경우 중첩 함수는 외부 함수의 변수를 자신의 생명주기 동안 참조할 수 있다
이러한 중첩 함수를 클로저라고 부른다
함수가 선언된 렉시컬 환경이란
함수가 정의된 위치의 스코프인 상위 스코프를 의미하는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경을 말한다
자바스크립트의 모든 함수는 자신의 상위 스코프를 기억한다
상위 스코프는 함수를 어디에서 호출하는지에 상관없이 유지된다
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 자신의 내부 슬롯 [[Enviroment]] 에 저장한다
outer 함수가 평가되어 함수 객체를 생성할 때 현재 실행중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경인 전역 렉시컬 환경을 outer 함수 객체의 [[Enviroment]] 내부 슬롯에 상위 스코프로서 저장한다
outer 함수를 호출하면 outer 함수의 렉시컬 환경이 생성되고
[[Enviroment]] 내부 슬롯에 저장된 전역 렉시컬 환경을 outer 함수 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경 참조에 할당한다
그리고 중첩 함수 inner 가 평가되고 inner 함수는 함수 표현식으로 정의했기 때문에
런타임에 평가된다
이때 중첩 함수 inner 는 자신의 [[Enviroment]] 내부 슬롯에 현재 실행중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경인 outer 함수의 렉시컬 환경을 상위 스코프로서 저장한다
outer 함수의 실행이 종료되면 inner 함수를 반환하면서 outer 함수의 생명 주기가 종료되고 실행 컨텍스트 스택에서 제거된다
outer 함수의 실행 컨텍스트가 제거되어도 outer 함수의 렉시컬 환경까지 소멸하는 것은 아니다
outer 함수의 렉시컬 환경은 inner 함수의 [[Enviroment]] 내부 슬롯에 의해 참조되고 있고
inner 함수는 전역 변수 innerFunc에 의해 참조되고 있으므로 가비지 컬렉션의 대상이 아니다
outer 함수가 반환한 inner 함수를 호출하면 inner 함수의 실행 컨텍스트가 생성되고 실행 컨텍스트 스택에 push 된다
렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경 참조에는 inner 함수 객체의 [[Enviroment]] 내부 슬롯에 저장되어 있는 참조 값이 할당된다
중첩 함수 inner 는 외부 함수 outer 보다 더 오래 생존했다
이때 함수는 외부 함수의 생존 여부(실행 컨텍스트의 생존 여부)에 상관없이
자신이 정의된 위치에 의해 결정된 상위 스코프를 기억한다
중첩함수 inner 의 내부에서는 상위 스코프를 참조할 수 있으므로 상위 스코프의
식별자를 참조할 수 있고 식별자의 값을 변경할 수도 있다
자바스크립트의 모든 함수는 이론적으로 클로저다
하지만 일반적으로 모든 함수를 클로저라고 하지는 않는다
상위 스코프의 식별자 참조 여부에 따라 참조하면 클로저 아니면 일반 함수
상위 스코프의 식별자를 참조하지 않으면 모던 자바스크립트에서는 최적화를 통해
상위 스코프를 기억하지 않는다
참조하지 않는 식별자를 기억하는 것은 메모리 낭비이기 때문이다
일반 중첩 함수의 경우에 식별자를 참조하더라도 중첩 함수가 외부 함수보다
일찍 종료되기 때문에 클로저라고 부르지 않는다
중첩 함수 내에서 상위 스코프의 식별자를 참조하여 외부 함수보다 긴 생명주기를 가지는 경우를 클로저라고 부르는 것이 일반적이다
모던 자바스크립트에서는 최적화를 통해 클로저가 참조하고 있는 식별자만을 선별하여 기억한다
클로저에 의해 참조되는 상위 스코프의 변수를 자유 변수 라고 부른다
클로저란 함수가 자유 변수에 대해 닫혀있다는 의미다
의역하면 자유 변수에 묶여있는 함수라고 할 수 있다
클로저는 상위 스코프를 기억하는 것이기 때문에 메모리 낭비가 있다고 하지만
모던 자바스크립트 엔진은 최적화를 통해 참조중인 식별자만을 기억한다
기억해야할 것을 기억하는 것은 메모리 낭비라고 보기는 어렵다
클로저는 강력한 기능으로 필요하다면 적극 활용하는 편이 좋다
클로저의 활용
클로저는 상태를 안전하게 변경하고 유지하기 위해 사용한다
상태를 은닉하고 특정 함수에게만 상태 변경을 허용하는 용도
let num = 0;
const increase = function () {
return ++num;
}
console.log(increase()) // 1
console.log(increase()) // 2
console.log(increase()) // 3위 코드는 잘 작동하지만 오류를 발생시킬 가능성을 내포하고 있다
안전하게 작동하려면 다음과 같은 조건을 만족해야 한다
1. 카운트 상태는 increase 함수 호출 전까지 변경되지 않고 유지되어야 한다
2. 카운트 상태는 increase 만이 변경할 수 있어야 한다
하지만 카운트 상태는 전역 변수이기 때문에 누구든지 접근하고 변경할 수 있다 (암묵적 결합)
이는 의도치 않게 상태 변경을 일으킬 수 있다는 것을 의미한다
그렇다고 지역 변수로 num 변수를 선언한다면 변수의 변화하는 값을 기억하지 못한다
const increase = (function () {
let num = 0;
return function () {
return ++num;
};
}())
console.log(increase()) // 1
console.log(increase()) // 2
console.log(increase()) // 3위 코드가 실행되면 즉시 실행 함수가 호출되고 반환한 함수가 increase 변수에 할당된다
반환되는 함수는 클로저로 상위 스코프에서 참조하고 있는 식별자를 기억한다
이처럼 클로저는 상태가 의도치 않게 변경되지 않도록 안전하게 은닉하고
특정 함수에게만 함수 변경을 허용하여 상태를 안전하게 변경되고 유지하기 위해 사용된다
const counter = (
function () {
let num = 0
return {
increase () {
return ++num;
}
decrease () {
return num > 0 ? --num : 0;
}
}
}())위 예제에서 즉시 실행 함수가 반환하는 객체 리터럴은 즉시 실행 함수의 실행 단계에서 평가되어 객체가 된다
이때 객체의 메서드도 함수 객체로 생성된다
객체 리터럴의 중괄호는 코드 블록이 아니므로 별도의 스코프를 생성하지 않는다
increase, decrease 메서드의 상위 스코프는 메서드가 평가되는 시점에 실행중인 실행 컨텍스트인 즉시 실행 함수 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경이다
생성자 함수로도 위 함수를 구현할 수 있다
const Counter = (
function () {
let num = 0;
function Counter () {
// 프로퍼티는 public 이므로 은닉되지 않음
}
Counter.prototype.increase = function () {
return ++num;
}
Counter.prototype.decrease = function () {
return num > 0 ? --num : 0
}
return Counter
}())
const counter = new Counter()위 예제의 num 은 생성자 함수 Counter 가 생성할 인스턴스 프로퍼티가 아니라
즉시 실행 함수에서 선언된 변수로 외부에서 접근할 수 없는 은닉된 변수다
프로퍼티는 외부에서 참조가 가능하다 (자바스크립트에는 private 가 없음)
생성자 함수 Counter 는 프로토타입을 통해 increase, decrease 메서드를 상속받는 인스턴스를 생성한다
메서드는 모두 자신의 함수 정의가 평가되어 함수 객체가 될 때 실행중인 실행 컨텍스트인
즉시 실행 함수 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경을 기억하는 클로저다
따라서 프로토타입으로 상속되는 메서드라도 자유변수 num 을 참조할 수 있다
변수 값은 누군가에 의해 언제든지 변경될 수 있다
상태 변경이나 가변 데이터를 피하고 불변성을 지향하는 함수형 프로그래밍에서
부수 효과를 최대한 억제하여 오류를 피하고 프로그램의 안정성을 높이기 위해
클로저는 적극적으로 사용된다
함수형 프로그래밍에서 클로저를 활용하는 예제
function makeCounter = (predicate) {
let counter = 0
// 클로저 반환
return function () {
// 전달 받은 보조 함수에 상태 변경 위임
counter = predicate(counter)
return counter
}
}
function increase(n) {
return ++n
}
function decrease(n) {
return --n
}
const increaser = makeCounter(increase)
console.log(increaser) // 1
console.log(increaser) // 2
const increaser = makeCounter(decrease)
console.log(decreaser) // -1
console.log(decreaser) // -2makeCounter 함수를 호출해 반환받는 함수는 자신만의 독립된 렉시컬 환경을 갖는다
함수를 호출하면 그때마다 새로운 makeCounter 함수 실행 컨텍스트의
렉시컬 환경이 생성되기 때문이다
makeCounter 함수를 호출하면 makeCounter 함수의 실행 컨텍스트가 생성된다
makeCounter 함수는 함수 객체를 생성하여 반환 후 소멸된다
반환한 함수는 makeCounter 함수의 렉시컬 환경을 상위 스코프로서 기억하는 클로저로
지역 변수인 increaser 에 할당된다
이때 makeCounter 함수의 실행 컨텍스트는 소멸되지만 렉시컬 환경은
makeCounter 함수가 반환한 함수의 [[Enviroment]] 내부 슬롯에 의해 참조되고 있기 때문에 소멸되지 않는다
만약 increaser 와 decreaser 가 같은 변수를 증감하도록 하려면
같은 렉시컬 환경을 공유하는 클로저로 만들어야 한다
const counter = (
function () {
let counter = 0
// 클로저 반환
return function (predicate) {
// 전달 받은 보조 함수에 상태 변경 위임
counter = predicate(counter)
return counter
}
}()
)
function increase(n) {
return ++n
}
function decrease(n) {
return --n
}
console.log(counter(increase)) // 1
console.log(counter(decrease)) // 0캡슐화와 정보 은닉
캡슐화는 객체의 상태를 나타내는 프로퍼티와 프로퍼티를 참조하고 조작할 수 있는 동적인 메서드를 하나로 묶는 것을 말한다
캡슐화는 객체의 특정 프로퍼티나 메서드를 감출 목적으로 사용하기도 하는데
이를 정보 은닉이라고 한다
정보 은닉은 외부에 공개할 필요가 없는 구현의 일부를 공개되지 않도록 감추어
적절치 못한 접근을 차단, 정보를 보호하고 객체 간의 상호 의존성 (결합도)를
낮추는 효과가 있다
대부분 객체지향 프로그래밍 언어는 클래스를 정의하고
클래스를 구성하는 멤버에 대해 public, private, protected 같은 접근 제한자를 사용하여
공개 범위를 한정할 수 있다
자바스크립트는 접근 제한자를 제공하지 않는다
기본적으로 public
function Person(name, age) {
this.name = name; // public
let _age = age; // private
this.sayHi = function () {
console.log(`hi im ${this.name} i'm ${_age}`)
}
}
const me = new Person('Lee', 20)
me.sayHi() // hi ~
console.log(me.name) // Lee
console.log(me._age) // undefeind위 예제에서 name 프로퍼티는 외부로 공개되어 있다
하지만 _age 변수는 private 하다
위 예제의 sayHi 메서드는 인스턴스 메서드이므로 Person 객체가 생성되 ㄹ때마다
중복 생성된다
sayHi 메서드를 프로토타입 메서드로 변경하여 중복 생성을 방지하자
function Person(name, age) {
this.name = name
let _age = age
}
Person.prototype.sayHi = function () {
console.log(`hi im ${this.name} i'm ${_age}`)
}이때 Person.prototype.sayHi 메서드 내에서 Person 생성자 함수의
지역 변수 _age 를 참조할 수 없다
다음과 같이 즉시 실행 함수를 사용하여 Person 생성자 함수와
Person.prototype.sayHi 메서드를 하나의 함수 내에 정의한다
const Person = (
function () {
let _age = 0
function Person(name, age) {
this.name = name
_age = age
}
Person.prototype.sayHi = function () {
console.log(`hi im ${this.name} i'm ${_age}`)
}
return Person
}()
)
const me = new Person('Lee', 20);
me.sayHi(); // hi ~
console.log(me.name) // Lee
console.log(me._age) // undefined위 패턴을 사용하면 접근 제한자를 제공하지 않는 자바스크립트에서도 정보 은닉이 가능한 것 처럼 보인다
즉시 실행 함수가 반환하는 Person 생성자 함수와 Person 생성자 함수의 인스턴스가 상속받아 호출할 Person.prototype.sayHi 메서드는
즉시 실행 함수가 종료된 이후 호출된다
하지만 Person 생성자 함수와 sayHi 메서드는 이미 종료되어 소멸한
즉시 실행 함수의 지역변수 _age 를 참조할 수 있는 클로저다
하지만 위 코드도 문제가 있다
Person 생성자 함수가 여러 개의 인스턴스를 생성할 경우 _age 의 상태가 유지되지 않는 것이다
이는 Person.prototype.sayHi 메서드가 단 한 번 생성되는 클로저이기 때문이다
이는 Person.prototype.sayHi 메서드는 즉시 실행 함수가 호출될 때 생성된다
이때 이는 Person.prototype.sayHi 메서드는 자신의 상위 스코프인
즉시 실행 함수의 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경 참조를 [[Enviroment]] 에 저장하여 기억한다
따라서 Person 생성자 함수의 모든 인스턴스가 상속을 통해 호출할 수 있는
이는 Person.prototype.sayHi 메서드의 상위 스코프는
어떤 인스턴스로 호출하더라도 하나의 동일한 상위 스코프를 사용하게 된다
이러한 이유로 _age 변수의 상태가 유지되지 않는다
이처럼 자바스크립트는 정보 은닉을 완전하게 지원하지 않는다
인스턴스 메서드를 사용하면 private 를 흉내 낼 수는 있지만 프로토타입 메서드를 사용하면 불가능하다
ES6 의 Symbol 또는 WeakMap 을 사용하여 흉내 내기도 했으나 근본적인 해결책은 아니다
다행히도 private 필드를 정의할 수 있는 새로운 표준 사양이 제안되어 있다
최신 브라우저와 최신 node.js 에 이미 구현되어 있다
자주 발생하는 실수
아래는 클로저를 사용할 떄 자주 발생할 수 있는 실수
var funcs = [];
for (var i = 0; i < 3; i++) {
funcs[i] = function () {return i}
}
for (var j = 0; j < funcs.length; j++) {
console.log(funcs[j]());
}위 코드의 실행 결과는 3 3 3
for 문의 변수 선언문에서 var 키워드로 선언한 i 변수는 함수 레벨 스코프를 갖기 떄문에 전역 변수다
전역 변수 i 에는 순차적으로 0, 1, 2 가 할당되지만
funcs 배열의 요소로 추가한 함수의 i 에는 for 문이 모두 실행되고
마지막 증감 연산자 i++ 까지 실행된 이후의 전역 변수 i 를 참조하고 있기 떄문에
3을 return 하는 함수 3개가 funcs 배열에 담기게 된다
아래는 클로저를 이용하여 문제 해결
var funcs = [];
for (var i = 0; i < 3; i++) {
funcs[i] = (
function (id) {
return function () {
return id
}
}(i)
)
}
for (var i = 0; i < funcs.length; j++) {
console.log(funcs[j]());
}위 코드에서 즉시 실행 함수는 전역 변수 i 에 현재 할당되어있는 값을
인수로 전달 받아 매개변수 id 에 할당 후 중첩 함수를 반환하고 종료된다
이때 즉시 실행 함수의 매개변수 id 는 즉시 실행 함수가 반환한 중첩 함수의 상위 스코프에 존재한다
즉시 실행 함수가 반환한 중첩 함수는 자신의 상위 스코프(즉시 실행 함수의 렉시컬 환경) 을 기억하는 클로저이고
매개변수 id 는 즉시 실행 함수가 반환한 중첩 함수에 묶여있는 자유 변수가 되어
그 값이 유지된다
var 키워드를 let 으로 변경하면 블록 레벨 스코프를 갖기 때문에
이러한 이슈가 사라진다
let 키워드로 선언한 변수를 사용하면 for 문의 코드 블록이 반복 실행될 때마다
새로운 렉시컬 환경이 생성된다
for 문의 코드 블록 내에서 정의한 함수가 있다면 이 함수의 상위 스코프는
매번 새로 생성되는 새로운 렉시컬 환경이다
이때 함수의 상위 스코프는 for 문의 코드 블록이 반복 실행될 때마다
식별자의 값을 유지해야 한다
이를 위해 for 문이 반복될 떄마다 독립적인 렉시컬 환경을 생성하여 식별자의 값을 유지한다
for 문의 변수 선언문에서 let 키워드로 선언한 초기화 변수를 사용한 for 문이 평가되면 먼저 새로운 렉시컬 환경을 생성하고 초기화 변수 식별자와 값을 등록한다
그리고 새롭게 생성된 렉시컬 환경을 현재 실행중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경으로 교체한다
for 문 코드 블록이 반복 실행되기 시작하면 새로운 렉시컬 환경을 생성하고
for 문 코드 블록 내의 식별자와 값(증감문 반영 이전)을 등록한다
그리고 새롭게 생성된 렉시컬 환경을 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의
렉시컬 환경으로 교체한다
for 문 코드 블록의 반복 실행이 모두 종료되면 for 문이 실행되기 이전 렉시컬 환경을
실행중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경으로 되돌린다
이처럼 var 키워드를 사용하지 않은 ES6 의 반복문은 코드블록을 반복 실행할 떄마다
새로운 렉시컬 환경을 생성하여 반복할 당시의 상태를 스냅숏을 찍는 것 처럼 저장한다
단, 이는 반복문의 코드 블록 내부에서 함수를 정의할 때 의미가 있다
반복문의 코드 블록 내부에 함수 정의가 없는 반복문이 생성하는 새로운 렉시컬 환경은
반복 직후 아무도 참조하지 않기 때문에 가비지 컬렉션의 대상이 된다
또 다른 방법으로는 함수형 프로그래밍 기법인 고차 함수를 사용하는 방법이 있다
이 방법은 변수와 반복문의 사용을 억제하여 가독성을 좋게하고 오류를 줄일 수 있다
