클로저

컨스탄트·2021년 9월 8일

모던자바스크립트

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클로저는 자바스크립트 고유의 개념이 아니다. 함수를 일급 객체로 취급하는 함수형 플그래밍 언어에서 사용되는 중요한 특성이다.

MDN에서 클로저의 정의:
클로저는 함수와 그 함수가 선언된 렉시컬 환경과의 조합이다.
키워드는 함수가 선언된 렉시컬 환경이다.

렉시컬 스코프

자바스크립트 엔진은 함수를 어디서 호출했는지가 아니라 함수를 어디에 정의했는지에 따라 상위스코프를 결정한다. 이를 렉시컬 스코프라고 한다.

앞의 글 실행컨텍스트에서 살펴보았듯이 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.

렉시컬 환경의 " 외부 렉시컬 환경에 대한 참조"에 저장할 참조값, 즉 상위 스코프에 대한 참조는 함수 정의가 평가되는 시점에 함수가 정의된 위치에 의해 결정된다.
이것이 바로 렉시컬 스코프다.

함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]

렉시컬 스코프가 가능하려면 함수는 자신이 정의된 환경, 즉 상위스코프를 기억해야 한다. 이를 위해 함수는 자신의 내부 슬롯 [[Environment]]에 자신이 정의된 환경 즉 상위스코프의 참조를 저장한다.

이때 상위스코프의 참조는 현재 실행중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경을 가리킨다.
=> 왜냐하면 함수 정의가 평가되어 함수 객체를 생성하는 시점은 함수가 정의된 환경, 즉 상위 함수가 평가 또는 실행되고 있는 시점이며, 이때 현재 실행중인 실행 컨텍스트는 상위함수의 실행 컨텍스트이기 때문이다.

클로저와 렉시컬 환경

const x= 1;

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

// outer 함수를 호출하면 중첩함수 inner를 반환한다.
//그리고 outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 팝되어 제거된다.

const innerFunc = outer(); // 3
innerFunc(); //4 10

outer 함수를 호출하면 outer 함수는 중첩함수 inner를 반환하고 생명주기를 마감한다. 즉 outer함수의 실행 컨텍스트는 실행컨텍스트 스택에서 제거된다.
따라서 outer 함수의 지역변수 x는 더는 유효하지 않게 되어 x 변수에 접근할 수 있는 방법은 없어보인다.

그러나 위 4번 코드를 실행하면 outer함수의 지역변수인 x의 값인 10이 나온다.

이처럼 외부함수보다 중첩함수가 더 오래 유지되는 경우 중첩함수는 이미 생명 주기가 종료한 외부함수의 변수를 참조할 수 있다.이러한 중첩함수를 클로저라고 부른다.

outer 함수가 실행이 종료되면 실행 컨텍스트 스택에서 제거된다. 이때 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 않는다.
가비지 컬렉터는 누군가가 참조하고 있는 메모리의 공간을 함부로 해제하지 않는다.

모든 함수가 클로저일까?

자바스크립트의 모든 함수는 상위 스코프를 기억하므로 이론적으로 모든 함수는 클로저다. 하지만 일반적으로 모든 함수를 클로저라고 하지는 않는다.

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();

위의 예제 중첩함수 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 상위 스코프를 기억하지 않는다.

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();

중첩함수 bar는 클로저였지만 외부함수보다 일찍 소멸되기 때문에 일반적으로 클로저라고 하지 않는다.

즉 클로저의 조건은
1. 중첩함수가 상위스코프의 식별자를 참조하고 있는다.
2. 중첩함수가 외부 함수보다 더 오래 유지는 경우.

클로저의 활용

클로저는 상태를 안전하게 변경하고 유지하기 위해 사용한다. 즉 상태를 안전하게
은닉하고 특정 함수에게만 상태 변경을 허용하기 위해 사용한다.

let num = 0;

const increase = function (){
  return ++num;
}

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

위의 코드는 좋지 못한 코드이다.
1. 카운트 상태는 increase 함수가 호출되기 전까지 변경되 지 않고 유지되어야 한다.
2. 이를 위해 카운트 상태는 increase 함수만이 변경할 수 있어야 한다.
하지만 카운트 상태는 전역변수를 통해 관리하기 때문에 누그든 접근 가능하다.

const increase = (function(){
    let num =0;
    //클로저
    return function(){
        return ++num;
    }
}());

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

위 코드가 실행되면 즉시실행함수가 호출되고 즉시 실행함수가 반환한 함수가 increase 변수에 할당된다.
increase 변수에 할당된 함수는 자신이 정의된 위치에 의해 결정된 상위 스코프인 즉시 실행함수의 렉시컬환경을 기억하는 클로저다.

따라서 즉시 실행 함수가 반환한 클로저는 카운트 상태를 유지하기 위한 자유변수 num을 언제 어디서든 호출하든지 참조하고 변경할 수 있다.

즉시실행 함수는 한번만 실행되므로 increase가 호출될 때 마다 num변수가 재차 초기화 될 일은 없을 것이다.
또한 num 변수는 외부에서 직접 접근할 수 없는 은닉된 private 변수이므로 전역변수를 사용했을때 와 같이 의도되지 않은 변경을 걱정할 필요가 없다.

이처럼 클로저는 상태가 의도치 않게 변경되지 않도록 안전하게 은직하고 특정 함수에게만 상태 변경을 허용하여 상태를 안전하게 변경하고 유지하기 위해 사용한다.

캡슐화와 정보 은닉

대부분의 객체지향 프로그래밍 언어는 클래스를 정의하고 public, private, protected 같은 접근 제한자를 선언하여 공개범위를 한정할 수 있다.
자바스크립트는 public, private, protected 같은 접근 제한자를 제공하지 않는다. 따라서 자바스크립트의 객체의 모든 프로퍼티와 메서드는 기본적으로 외부에 공개 되어 있다.

function Person(name,age){

    this.name = name; // public
    let _age = age; // private

    //인스턴스 메서드
    this.sayHi = function(){
        console.log(`Hi! My name is ${this.name}.`);
    };

}

const me = new Person("Lee",20);
me.sayHi();
console.log(me.name); // Lee
console.log(me._age); // undefined

_age 변수는 Person 생성자 함수의 지역변수이므로 Person 생성자 함수 외부에서 참조하거나 변경할 수 없다. 즉 private 하다.

sayHi 메서드는 인스턴스 메서드이다. Person 객체가 생성될 때마다 중복생성된다.
SayHi 메서드를 프로토타입 메서드로 변경하여 SayHi 메서드의 중복 생성을 방지해 보자

function Person(name,age){
    this.name = name;
    let _age= age;

}

//프로토타입 메서드

Person.prototype.sayHi = function(){
    console.log(`HI My name is ${this.name} I am ${_age}`);
}

이때 sayHi 메서드 내에서 _age를 참조할 수 없는 문제가 발생한다.
즉시 실행함수를 사용하여 Person 생성자 함수와 Person.prototype.sayHI 메서드를 하나의 함수내에 모아보자.

const Person= (function(){
    let _age =0;

    //생성자 함수
    function Person(name,age){
        this.name = name;
        _age = age;
    }

    //프로토타입 메서드
    Person.prototype.sayHi = function(){
        console.log(`Hi! My name is ${this.name}. I am ${_age}`);
    };

}());

const me = new Person("Lee",20);
me.sayHi(); // Hi My name is Lee. i am 20;
console.log(me.name); // Lee
console.log(me._age); // undefined;