모던 자바스크립트 Deep Dive - 24장 클로저

클로저는 '함수와 그 함수가 선언된 렉시컬 환경과의 조합이다.' 라고 정의할 수 있습니다. 클로저는 자바스크립트 고유의 개념이 아닌 함수를 일급 객체로 취급하는 함수형 프로그래밍 언어에서 사용되는 중요한 특성입니다.

아래의 예제를 통해 클로저 정의의 의미를 조금 더 정확히 살펴보겠습니다.

const x = 1;

function outerFunc() {
  const x = 10;
  function innerFunc() {
    //innerFunc의 상위 스코프는 outerFunc의 스코프 이므로 변수 x에 접근할 수 있다.
    console.log(x); // 10
  }
  innerFunc();
}
outerFunc();

만약 중첩 함수가 아니라면 innerFunc 함수를 outerFunc 함수 내부에서 호출한다 하더라도 outerFunc 함수의 변수에 접근할 수 없습니다.

const x = 1;

function outerFunc() {
  const x = 10;
  innerFunc();
}

function innerFunc() {
  console.log(x); // 1
}

outerFunc();

위 같은 현상이 발생하는 이유는 자바스크립트가 렉시컬 스코프를 따르는 프로그래밍 언어이기 때문입니다.

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

📚 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]

함수는 자신의 내부 슬롯 [[Environment]]에 자신이 정의된 환경, 즉 상위 스코프의 참조를 저장합니다.

함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조가 바로 상위 스코프입니다.

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(); // 1
bar(); // 1

📚 클로저와 렉시컬 환경

const x = 1;

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

// outer 함수를 호출하면 중첩 함수 inner를 반환한다.
// 그리고 outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 팝되어 제거된다.
// 이때 outer 함수의 렉시컬 환경까지 소멸하는 것은 아니다.
const innerFunc = outer();
innerFunc(); // 10

위의 예제에서 outer 함수를 호출하면 중첩 함수 inner를 반환하고 생명 주기를 마감합니다. 이때 outer함수의 지역 변수 x 또한 생명 주기를 마감합니다.

그러나 innerFunc 함수의 실행 결과 outer 함수의 지역 변수 x의 값인 10이 출력됩니다.

📌 이처럼 외부 함수보다 중첩 함수가 더 오래 유지되는 경우 중첩 함수는 이미 생명 주기가 종료한 외부 함수의 변수를 참조할 수 있습니다. 이러한 중첩 함수를 클로저라고 부릅니다.

자바스크립트의 모든 함수는 상위 스코프를 기억하므로 이론적으로 모든 함수는 클로저입니다. 하지만 아래 목록과 같은 경우 일반적으로 모든 함수를 클로저라고 하지 않습니다.

• 상위 스코프의 어떤 식별자도 참조하지 않는 경우
• 외부 함수보다 중첩 함수가 일찍 소멸되는 경우

클로저는 중첩 함수가 상위 스코프의 식별자를 참조하고 있고, 중첩 함수가 외부 함수보다 더 오래 유지되는 경우애 한정하는 것이 일반적입니다. 이때 상위 스코프의 변수를 자유 변수라고 부릅니다.

📚 클로저의 활용

클로저는 상태를 안전하게 변경하고 유지하기 위해 즉, 상태가 의도치 않게 변경되지 않도록 상태를 안전하게 은닉하고 특정 함수에게만 상태 변경을 허용하기 위해 사용합니다.

// 카운트 상태 변경 함수
const increase = (function () {
  // 카운트 상태 변수
  let num = 0;
  // 클로저
  return function () {
    // 카운트 상태를 1만큼 증가시킨다.
    return ++num;
  };
}());

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

위의 예제는 즉시실행 함수로 한 번만 실행되므로 increase가 호출될 때마다 num 변수가 초기화될 일이 없고, 외부에서 num 변수에 접근할 수 없기에 의도되지 않은 변경을 걱정하지 않아도 되는 안정적인 프로그래밍이 가능합니다.

// 함수를 반환하는 고차 함수
// 이 함수는 카운트 상태를 유지하기 위한 자유 변수 counter를 기억하는 클로저를 반환
const counter = (function() {
  // 카운트 상태를 유지하기 위한 자유 변수
  let counter = 0;
  
  //함수를 인수로 전달받는 클로저를 반환
  return function (aux) {
    // 인수로 전달받은 보조 함수에 상태 변경을 위임
    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 공유
console.log(counter(decrease)); // 1
console.log(counter(decrease)); // 0

위의 예제는 함수형 프로그래밍에서 클로저를 활용하는 간단한 예시입니다.

외부 상태 변경이나 가변 데이터를 피하고 불변성을 지향하는 함수형 프로그래밍에서 부수 효과를 최대한 억제하여 오류를 피하고 프로그램의 안정성을 높이기 위해 클로저는 적극적으로 사용됩니다.

📚 캡슐화와 정보 은닉

캡슐화는 객체의 상태를 나타내는 프로퍼티와 프로퍼티를 참조하고 조작할 수 있는 동작인 메서드를 하나로 묶는 것을 말합니다. 캡슐화는 객체의 특정 프로퍼티나 메서드를 감출 목적으로 사용하기도 하는데 이를 정보 은닉이라 합니다.

정보 은닉은 외부에 공개할 필요가 없는 구현의 일부를 외부에 공개되지 않도록 감추어 적절치 못한 접근으로부터 객체의 상태가 변경되는 것을 방지해 정보를 보호하고,
객체 간의 상호 의존성, 즉 결합도를 낮추는 효과가 있습니다.

대부분의 객체지향 프로그래밍 언어는 클래스를 정의하고 그 클래스를 구성하는 멤버(프로퍼티와 메서드)에 대하여 public, private, protected 같은 접근 제한자를 성언하여 공개범위를 한정할 수 있지만 자바스크립트는 정보 은닉을 아직은 완전하게 지원하지 않습니다.