📌 24장 클로저

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클로저(closure)는 난해하기로 유명한 자바스크립트의 개념 중 하나로 MDN 에서는 다음과 같이 정의한다.

“ A closure is the combination of a function and the lexical environment within which that function was declared.”

클로저는 함수와 그 함수가 선언된 렉시컬 환경과의 조합이다.

위 정의의 핵심 키워드는 “함수가 선언된 렉시컬 환경” 이다.

⭐ 24.1 렉시컬 스코프

자바스크립트 엔진은 함수를 어디서 호출했는지가 아니라 함수를 어디에 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정한다. 이를 렉시컬 스코프(정적 스코프)라 한다.

⭐ 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.

이 때 자신의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 상위 스코프의 참조는 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경을 가리킨다. 또한 자신이 호출 되었을 때 생성될 함수 렉시컬 환경의 “외부 렉시컬 환경에 대한 참조”에 저장될 값이다.

⭐ 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

위 코드에서 outer 함수를 호출하면 outer함수는 inner를 반환하고 생명 주기를 마감하는데 이 때 outer 함수의 지역 변수 x 또한 생명 주기를 마감한다. 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 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 바인딩 된 값을 변경할 수도 있다.

위 코드에서 outer 함수의 실행이 종료하면 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 전역변수 innerFunc에 의해 참조되고 있으므로 가비지 컬렉션 대상이 되지 않기 때문이다. 가비지 컬렉터는 누군가가 참조하고 있는 메모리 공간을 함부로 해제하지 않는다.

중첩 함수 inner 는 외부 함수 outer 보다 더 오래 생존했고, 이 때 외부 함수보다 더 오래 생존한 중첩 함수는 외부 함수의 생존 여부(실행 컨텍스트의 생존 여부)와 상관 없이 자신이 정의된 위치에 의해 결정된 상위 스코프의 식별자를 참조할 수 있고 식별자의 값을 변경할 수도 있다.

function foo() {
	const x = 1;
	const y = 2;
  const z = 10;
  // 일반적으로 클로저라고 하지 않는다.
  function bar() {
	  const z = 3;
    debugger;
	   // 상위 스코프의 식별자를 참조하지 않는다.
     console.log(z);
  }
	return bar;
}

const bar = foo();
bar();

자바스크립트의 모든 함수는 상위 스코프를 기억하므로 이론적으로 모든 함수는 클로저이지만 일반적으로 모든 함수를 클로저라고 하지는 않는다. 위의 코드에서 중첩함수 bar()는 외부함수 foo() 보다 더 오래 유지되지만 상위 스코프의 어떠한 식별자도 참조하지 않기 때문에 브라우저는 최적화를 통해 상위 스코프를 기억하지 않는다. 따라서 bar() 함수는 클로저라고 할 수 없다.

클로저는 중첩함수가 상위 스코프의 식별자를 참조하고 있고 중첩 함수가 외부 함수보다 더 오래 유지되는 경우에 한정하는 것이 일반적이다. 클로저에 의해 참조되는 상위 스코프의 변수를 자유 변수라고 부른다.

클로자는 자바스크립트의 강력한 기능으로, 필요하다면 적극적으로 활용해야 한다. 클로저가 유용하게 사용되는 상황을 살펴보자.

⭐ 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

다음은 함수형 프로그래밍에서 클로저를 활용하는 간단한 예제다.

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

  // 클로저를 반환
  return function () {
    // 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;
}

// 함수로 함수를 생성한다.
// makeCounter 함수는 보조 함수를 인수로 전달받아 함수를 반환한다
const increaser = makeCounter(increase); // ①
console.log(increaser()); // 1
console.log(increaser()); // 2

// increaser 함수와는 별개의 독립된 렉시컬 환경을 갖기 때문에 카운터 상태가 연동하지 않는다.
const decreaser = makeCounter(decrease); // ②
console.log(decreaser()); // -1
console.log(decreaser()); // -2

makerCounter 함수를 호출해 함수를 반환할때 반환된 함수는 자신만의 독립된 렉시컬 환경을 갖기 때문에 다음과 같이 코드를 수정해주어야 한다.

// 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

⭐ 24.5 정보화와 정보은닉

캡슐화는 객체의 상태를 나타내는 프로퍼티와 프로퍼티를 참조하고 조작할 수 있는 동작인 메서드를 하나로 묶는것을 말한다.

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
}

위 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.

var funcs = [];

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

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

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.

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
}

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 스냅숏을 찍는 것 처럼 저장한다.