전역 변수의 문제점

전역 변수의 사용은 어느 프로그래밍 언어이든지 위험하다. 이번 편에서는 자바스크립트에서 발생하는 전역 변수의 문제점들을 살펴보도록 하자

1. 변수의 생명 주기

변수는 선언에 의해 생성되고, 할당을 통해 값을 갖는다. 그리고 소멸하게 된다.

그렇다면 언제 소멸하고 생겨날까??

지역 변수의 경우에는 함수가 실행되면 선언이 되고, 런타임에 값이 할당된다. 또한 함수가 종료되면 지역 변수가 사라지게 된다.

function foo(){
    var x = "local";
    console.log(x);
    return x;
}
foo();
console.log(x) // error

이전에 변수 선언의 실행 시점과 변수 호이스팅에 관해 말하였는데, 이때 변수 선언은 선언문이 어디에 있던지 상관없이 가장 먼저 실행된다고 하였다. 다시 말해, 변수 선언은 코드가 한 줄씩 순차적으로 실행되는 시점인 런타임에 실행되는 것이 아니라, 런타임 이전 단계에서 자바스크립트 엔진에 의해 먼저 실행된다.

그런데, 엄밀히 말하자면 위 설명은 전역 변수에 한정된 것이다. 지역 변수의 경우, 함수가 호출된 이후로 변수의 선언이 호이스팅된다. 즉, 함수가 호출된 직후에 함수의 코드가 한 줄씩 순차적으로 실행되기 직전, 자바스크립트 엔진에 의해 먼저 변수가 실행되는 것이다.

위의 예제를 두고 설명하자면, foo()함수가 호출되면 함수의 몸체 코드가 실행되기 이전에 지역 변수 x가 선언되고 undefined로 초기화 된다. 그 후, 함수 몸체를 구성하는 문들이 순차적으로 실행되기 시작하고 변수 할당문이 실행되면 x 변수에 값이 할당된다. 그리고 함수가 종료하면 x 변수도 소멸되어 생명 주기가 종료된다. 따라서 함수 내부에서 선언된 지역 변수 x는 foo함수가 호출되어 실행되는 동안에만 유효하다.

즉, 지역 변수의 생명 주기는 함수의 생명 주기와 일치한다.

함수의 소멸과 호이스팅

함수 내부에서 선언된 지역 변수는 함수가 생성한 스코프에 등록된다. 함수가 생성한 스코프는 렉시컬 환경이라 불리는 물리적 실체가 있다고 한다. 따라서 변수는 자신이 등록된 스코프가 소멸(메모리 해제)될 때까지 유효하다. 할당된 메모리 공간은 더 이상 그 누구도 참조하지 않을 때 가비지 콜렉터에 의해 해제되어 가용 메모리 풀에 반환된다. 즉, 누군가가 메모리 공간을 참조하고 있다면 메모리를 해제하지 않는 것이다.

이는 스코프 역시도 마찬가지이다. 누군가 스코프를 참조하고 있으면 스코프는 소멸하지 않고 생존하게 된다. 일반적으로 함수가 종료하면 함수가 생성한 스코프도 소멸한다. 하지만 누군가 스코프를 참조하고 있다면 스코프는 해제되지 않고 생존하게 된다. 이는 이후에 배울 '클로저'와 관계가 있다.

var x = "global";
function foo(){
    console.log(x); // undefined
    var x = "local"; 
}
foo();
console.log(x); // global

foo 함수 내부에서 선언된 지역 변수 x는 함수가 호출될 때 호이스팅에 의해 선언되어 undefined 값을 할당해준다. 따라서 값이 undefined가 나오는 것이다.

• foo() 호출 즉시

----------전역 스코프----------  
x : "global"              
foo : function  
------------------------------    
            ↑
-------foo 지역 스코프-------  
x : undefined
------------------------------ 

즉, foo함수 호출이 될 때 변수 foo()함수의 지역 스코프에서 변수 x는 호이스팅에 의해 undefined로 값이 들어가므로 undefined가 나온는 것이다.

그리고 함수가 실행되면 다음과 같이 된다.

• foo() 함수 코드 블럭 실행

----------전역 스코프----------  
x : "global"              
foo : function  
------------------------------    
            ↑
-------foo 지역 스코프-------  
x : "local"
------------------------------ 

따라서, 위의 예제를 통해 알 수 있는 것으로 호이스팅의 특징을 알 수 있다.

호이스팅은 스코프를 단위로 동작한다는 것이다.

전역 변수의 호이스팅은 전역 변수의 선언이 전역 스코프의 선두로 끌어 올려진 것처럼 동작한다. 따라서 전역 변수는 전역 전체에서 유효한 것이다.

지역 변수의 호이스팅은 지역 변수의 스코프의 선두로 끌어 올려진 것처럼 동작한다. 따라서 지역 변수는 함수 전체에서 유효한다. 즉

호이스팅은 변수 선언이 스코프의 선두로 끌어 올려진 것처럼 동작하는 자바스크립트 고유의 특정을 말한다.

2. 전역 변수의 생명 주기

함수와 달리 전역 코드는 바로 호출되기 때문에 코드가 로드되자마자 곧바로 해석되고 실행된다. 따라서 var 키워드로 선언한 전역 변수는 전역 객체의 프로퍼티가 된다. 이는 전역 변수의 생명 주기가 전역 객체의 생명 주기와 일치하는 것이다.

전역 객체

전역 객체는 코드가 실행되기 이전 단계에서 자바스크립트 엔진에 의해 어떤 객체보다도 먼저 생성되는 특수한 객체이다. 전역 객체는 클라이언트 사이드에서는 window, nodejs에서는 global객체를 의미한다. 환경에 따라 전역 객체를 가리키는 다양한 식별자(window, self, this, global)이 존재했으나 ES11에는 globalThis로 통일되었다.
전역 객체는 표준 빌트인 객체(Object, String, Number ... )와 환경에 따른 호스트 객체(web에서의 api, nodejs의 api) 그리고 var 키워드로 선언된 전역 변수와 전역 함수를 프로퍼티로 갖는다. 이는 추후에 더 알아보도록 하자

3. 전역 변수의 문제점

1. 암묵적 결합
   암묵적 결합은 모든 코드가 전역 변수를 참조하고 변경할 수 있다는 것을 말한다. 이는 코드의 가독성을 해치고 의도와 다른 프로그램 흐름을 만들 수 있다는 것이다.

2. 긴 생명 주기
   전역 변수는 생명 주기가 길다. 따라서 메모리 리소스도 오랜 기간 소비한다. 또한 전역 변수의 상태를 변경할 수 있는 시간도 길고 기회도 많다. 더욱이 var 키워드는 변수의 중복 선언을 허용하므로 생명 주기가 긴 전역 변수는 변숭 이름이 중복될 가능성이 있다. 변수 이름이 중복되면 의도치 않은 재할당이 이루어진다.

3. 스코프 체인 상에서 종점에 존재
   전역 변수는 스코프 체인 상에서 종점에 존재한다. 이는 변수를 검색할 때 전역 변수가 가장 마지막에 검색된다는 것을 말한다. 즉, 전역 변수의 검색 속도가 가장 느리다는 것이다.

4. 네임스페이스 오염
   자바스크립트의 가장 큰 문제점 중 하나는 파일이 분리되어있다해도 하나의 전역 스코프를 공유한다는 것이다. 따라서 다른 파일 내에서 동일한 이름으로 명명된 전역 변수나 전역 함수가 같은 스코프 내에서 존재할 경우 예상치 못한 결과를 가져올 수 있다.

4. 전역 변수의 사용을 억제하는 방법

1. 네임스페이스 객체
   전역에 네임스페이스 역할을 담당할 객체를 생성하고 전역 변수처럼 사용하고 싶은 변수를 프로퍼티로 추가하는 방법이다.

   var MYAPP = {};
   MYAPP.name = "lee";
   console.log(MYAPP.name); // lee

   네임스페이스 객체에 또 다른 네임스페이스 객체를 프로퍼티로 추가해서 계층적으로 나눌 수도 있다.

   var MYAPP = {}
   MYAPP.person = {
       name : 'lee',
       address: 'seoul'
   };
   console.log(MYAPP.person); // lee

   이는 네임스페이스를 분리해서 충돌을 방지하는 테크닉을 적용할 수는 있지만 네임스페이스 객체 자체가 전역 변수에 할당되므로 그다지 유용하진 않는다.

2. 모듈 패턴
   모듈 패턴은 클래스를 모방해서 관련이 있는 변수와 함수를 모아 즉시 실행 함수로 감싸 하나의 모듈을 만든다. 모듈 패턴은 자바스크립트의 강력한 기능인 클로저를 기반으로 동작한다. 모듈 패턴의 특징은 전역 변수의 억제는 물론 캡슐화까지 구현할 수 있다는 것이다.

   var Counter = (function(){
       //공개 안할 값
       var num = 0;
       //공개될 함수
       return {
           increase(){
               return ++num;
           },
           decrease(){
               return --nul;
           }
       }
   }());
   console.log(Counter.num) // undefined
   console.log(Counter.increase()) // 1

   Counter라는 모듈에 함수를 실행하여 객체리터럴을 주입하는 것이다. 이를 통해 public, private 개념이 있는 모듈을 할 수 있다는 장점이 있다.
   재밌는 것은 num 이라는 변수는 function안에 있으므로 함수가 종료되면 사라져야 하지만 increase()실행시 num이 계속 존재하는 것을 확인할 수 있다.

   이는 클로저와 관련되어 있으니 추후에 더 알아보도록 하자

3. ES6 모듈
   ES6모듈을 사용하면 더 이상 전역 변수를 사용할 수 없다. es6모듈은 파일 자체에 독자적인 모듈 스코프를 제공한다. 따라서 모듈 내에서 var 키워드로 선언한 변수는 더 이상 전역 변수가 아니며 window 객체의 프로퍼티도 아니다.

   이는 html에서 script태그에 type으로 module 속성을 추가해주면 된다.

   <script type="module" src="lib.mjs"></script>

   mjs확장자를 권장한다. 그러나 ie나 예전 브라우저에서는 호환되지 않으므로 브라우저가 지원하는 es6모듈 기능보다는 webpack 등의 모듈 번들러를 사용하는 것이 좋다.