클로저 - 24

늘보·2021년 8월 4일

closure javascript deep dive

Javascript Deep Dive

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19/30

이 내용은 '모던 Javascript Deep Dive'(이웅모 님) 책의 내용을 제 생각과 함께 정리한 글입니다.
틀린 내용 혹은 수정이 필요한 내용이 있다면 말씀해주시면 감사하겠습니다.

오늘 내용도 매우 중요하다!

클로저는 난해하기로 유명한 JS의 개념 중 하나로 JS에 관심이 있다면 한 번 쯤은 들어봤을 것이다. 그러나 앞 장에서 본 실행 컨텍스트에 대한 지식이 있다면 이해하기 어려운 개념은 아니다.

클로저는 JS 고유의 개념이 아니다. 함수를 일급 객체로 취급하는 함수형 프로그래밍 언어(ex: Haskell, Lisp, Erlang, Scala 등)에서 사용되는 중요한 특성이다.

MDN에서는 클로저에 대해 다음과 같이 정의한다.

클로저는 함수와 그 함수가 선언된 렉시컬 환경과의 조합이다.

무슨 소린지 살펴보자. 위 정의에서 먼저 이해해야 할 부분은 "함수가 선언된 렉시컬 환경"이다.

const x = 1;

function outerFunc() { // 외부 함수
  const x = 10;

  function innerFunc() { // 중첩된 함수
    console.log(x); // 10
  }

  innerFunc();
}

outerFunc();

OuterFunc 함수 내부에서 중첩 함수 innerFunc가 정의되고 호출되었다. 이 때 중첩 함수 innerFunc의 상위 스코프는 외부 함수 OuterFunc의 스코프다.
따라서 중첩 함수 innerFunc 내부에서 자신을 포함하고 있는 외부 함수 outerFunc의 x 변수에 접근할 수 있다.
만약 innerFunc 함수가 outerFunc 함수의 내부에서 정의된 중첩 함수가 아니라면 innerFunc 함수를 outerFunc 함수의 내부에서 호출한다 하더라도 outerFunc 함수의 변수에 접근할 수 없다.

const x = 1;

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

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

outerFunc();

이 같은 현상이 발생하는 이유는 JS가 렉시컬 스코프를 따르는 프로그래밍 언어이기 때문이다.

렉시컬 스코프

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

const x = 1;

function foo() {
  const x = 10;
  bar();
}

function bar() {
  console.log(x);
}

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

위 예제의 foo 함수와 bar 함수는 모두 전역에서 정의된 전역 함수다. 함수를 어디서 호출하는지는 함수의 상위 스코프 결정에 어떠한 영향도 주지 못한다.
스코프의 실체는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경이다. 이 렉시컬 환경은 자신의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조(Outer Lexical Environment Reference)를 통해 상위 렉시컬 환경과 연결된다.
이 개념을 반영해서 다시 렉시컬 스코프를 정의해보면 다음과 같다.

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

함수 객체의 내부 슬롯 `[[Environment]]`

함수가 정의된 위치와 호출되는 위치는 다를 수 있다. 따라서 렉시컬 스코프가 가능하려면 함수는 자신이 호출되는 위치와는 상관없이 자신이 정의된 위치, 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.
그 이유는 함수 정의가 평가되어 함수 객체를 생성하는 시점은 함수가 정의된 위치(환경) 즉, 상위 함수(또는 전역 코드)가 평가 또는 실행되고 있는 시점이며, 이 때 현재 실행 중인 실행 컨텍스트는 상위 함수(또는 전역 코드)의 실행 컨텍스트이기 때문이다.

따라서 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조가 바로 상위 스코프다. 또한 자신이 호출 되었을 때 생성될 함수 렉시컬 환경의 "외부 렉시컬 환경에 대한 참조" 에 저장될 참조값이다. 함수 객체는 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장한 렉시컬 환경의 참조, 즉 상위 스코프를 자신이 존재하는 한 기억한다.

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(); // ?
bar(); // ?

foo 함수와 bar 함수는 모두 전역에서 함수 선언문으로 정의되었다. 따라서 foo 함수와 bar 함수는 모두 전역 코드가 평가되는 시점에 평가되어 함수 객체를 생성하고 전역 객체 window의 메서드가 된다.
이 때 생성된 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에는 함수 정의가 평가된 시점, 즉 전역 코드 평가 시점에 실행중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경인 전역 렉시컬 환경의 참조가 저장된다.
이 때 함수 렉시컬 환경의 구성 요소인 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에는 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 렉시컬 환경의 참조가 할당된다. 즉, 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 렉시컬 환경의 참조는 바로 함수의 상위 스코프를 의미한다.

이것이 바로 함수 정의 위치에 따라 상위 스코프를 결정하는 렉시컬 스코프의 실체다.

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

outer 함수르 호출하면 outer 함수는 중첩 함수 inner을 반환하고 생명 주기(life cyle)를 마감한다. 즉, outer 함수의 실행이 종료되면 outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 제거된다.

이 말은, outer 함수의 지역 변수 x 또한 생명 주기를 마감한다는 뜻이다. 따라서 이 변수가 더는 유효하지 않게 되어 x 변수에 접근할 방법은 달리 없어 보인다.

그러나 위 코드의 실행 결과는 outer 함수의 지역 변수 x의 값인 10이다. 이미 생명 주기가 종료되어 실행 컨텍스트 스택에서 제거된 x가 다시 부활이라도 한 듯이 동작하고 있다.

이처럼 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.

다시 위 예제로 돌아가보자. outer 함수의 실행이 종료하면 inner 함수를 반환하면서 outer 함수의 생명 주기가 종료된다. 이 때, outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 제거되지만 outer 함수의 렉시컬 환경까지 소멸하는 것은 아니다.
이게 무슨 말이냐면, outer 함수의 렉시컬 환경은 inner 함수의 [[Environment]] 내부 슬롯에 의해 참조되고 있고, inner 함수는 전역 변수 innerFunc에 의해 참조 되고 있으므로 가비지 컬렉션의 대상이 되지 않는다는 뜻이다. 가비지 컬렉터는 누군가가 참조하고 있는 메모리 공간을 함부로 해제하지 않는다.
중첩 함수 inner는 외부 함수 outer보다 더 오래 생존했다. 이 때 중첩 함수는 외부 함수의 실행 컨텍스트의 생존 여부와는 상관 없이 상위 스코프를 기억한다. 이처럼 inner의 내부에서는 상위 스코프를 참조할 수 있으므로 상위 스코프의 식별자를 참조할 수 있고 식별자의 값을 변경할 수도 있다.

JS의 모든 함수는 상위 스코프를 기억하므로 이론적으로 모든 함수는 클로저다. 하지만 일반적으로 모든 함수를 클로저라고 하지는 않는다. 다음 예제를 브라우저에서 디버깅 모드로 실행해보자.

<!DOCTYPE html>
<html>
<body>
  <script>
    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();
  </script>
</body>
</html>

위 예제의 중첩 함수 bar은 외부 함수 foo 보다 더 오래 유지되지만 상위 스코프의 어떤 식별자도 참조하지 않는다. 이처럼 상위 스코프의 어떤 식별자도 참조하지 않는 경우 대부분의 모던 브라우저는 최적화를 통해 다음 그림과 같이 상위 스코프를 기억하지 않는다. 참조하지도 않는 식별자를 기억하는 것은 메모리 낭비다!

따라서 bar 함수는 클로저라고 할 수 없다.

또 다른 예제를 확인해보자.

<!DOCTYPE html>
<html>
<body>
  <script>
    function foo() {
      const x = 1;

      // 일반적으로 클로저라고 하지 않는다.
      // bar 함수는 클로저였지만 곧바로 소멸한다.
      function bar() {
        debugger;
        // 상위 스코프의 식별자를 참조한다.
        console.log(x);
      }
      bar();
    }

    foo();
  </script>
</body>
</html>

위 예제의 중첩 함수 bar은 상위 스코프의 식별자를 참조하고 있으므로 클로저다.
그러나 외부 함수 foo의 외부로 중첩 함수 bar가 반환되지 않는다. return이 없다!
이 경우 중첩 함수 bar은 클로저였지만 외부 함수보다 일찍 소멸하기 때문에 생명 주기가 종료된 외부 함수의 식별자를 참조할 수 있다는 클로저의 본질에 부합하지 않는다. 따라서 bar은 일반적으로 클로저라고 하지 않는다.
다른 예제를 보자.

<!DOCTYPE html>
<html>
<body>
  <script>
    function foo() {
      const x = 1;
      const y = 2;

      // 클로저
      // 중첩 함수 bar는 외부 함수보다 더 오래 유지되며 상위 스코프의 식별자를 참조한다.
      function bar() {
        debugger;
        console.log(x);
      }
      return bar;
    }

    const bar = foo();
    bar();
  </script>
</body>
</html>

위 예제의 중첩함수를 비로소 클로저라고 부를 수 있다. 클로저는 중첩 함수가 상위 스코프의 식별자를 참조하고 있고 외부 함수보다 더 오래 유지되는 경우에 한정하는 것이 일반적이다.
다만 클로저인 중첩 함수 bar은 x,y 식별자 중에서 x만 참조하고 있다. 이런 경우 대부분의 모던 브라우저는 최적화를 통해 상위 스코프의 식별자 중에서 클로저가 참조하고 있는 식별자만 기억한다. (여기선 x 식별자)
클로저에 의해 참조되는 상위 스코프의 변수를 자유 변수(free variable)라고 부른다.
클로저란 '함수가 자유 변수에 대해 닫혀있다'라는 의미다. 좀 더 쉽게 설명하면 "자유 변수에 묶여있는 함수"라고 할 수 있다

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.
함수가 호출될 때마다 호출된 횟수를 누적하여 출력하는 카운터를 만드어보자. 이 예제의 호출된 횟수 변수(num)가 바로 안전하게 변경하고 유지해야 할 상태다.

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

위 코드는 잘 동작하지만 오류를 발생시킬 수 있는 가능성이 있는 코드다. 위 코드가 바르게 동작하려면 다음과 같은 조건이 필요하다.

카운트 상태(num 변수의 값)는 increase 함수가 호출되기 전까지 변경되지 않고 유지되어야 한다.
이를 위해 카운트 상태(num 변수의 값)는 increase 함수만이 변경할 수 있어야 한다.

현재 카운트 상태는 전역 변수를 통해 관리되고 있기 때문에 num을 increase 함수의 지역변수로 바꾸어 의도치 않는 상태 변경을 방지해보자.

// 카운트 상태 변경 함수
const increase = function () {
  // 카운트 상태 변수
  let num = 0;

  // 카운트 상태를 1만큼 증가 시킨다.
  return ++num;
};

// 이전 상태를 유지하지 못한다.
console.log(increase()); // 1
console.log(increase()); // 1
console.log(increase()); // 1

하지만 increase 함수가 호출될 때마다 num은 다시 선언되고 0으로 초기화되기 때문에 출력 결과는 언제나 1이다. 이전 상태를 유지하지 못한다는 것이다. 이를 해결하기 위해 클로저를 사용해보자.

// 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

위 코드가 실행되면 즉시 실행 함수가 호출되고, 즉시 실행 함수가 반환한 함수가 increase 변수에 할당된다. increase 변수에 할당된 함수는 자신이 정의된 위치에 의해 결정된 상위 스코프인 즉시 실행 함수의 렉시컬 환경을 기억하는 클로저다.
즉시 실행 함수가 반환한 클로저는 자신이 정의된 위치에 의해 결정된 상위 스코프인 즉시 실행 함수의 렉시컬 환경을 기억하고 있다.
앞의 예제는 카운트 상태를 증가시킬 수만 있다. 카운트 상태를 감소시킬 수도 있도록 좀 더 발전시켜보자.

const counter = (function () {
  // 카운트 상태 변수
  let num = 0;

  // 클로저인 메서드를 갖는 객체를 반환한다.
  // 객체 리터럴은 스코프를 만들지 않는다.
  // 따라서 아래 메서드들의 상위 스코프는 즉시 실행 함수의 렉시컬 환경이다.
  return {
    // num: 0, // 프로퍼티는 public하므로 은닉되지 않는다.
    increase() {
      return ++num;
    },
    decrease() {
      return num > 0 ? --num : 0;
    }
  };
}());

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

console.log(counter.decrease()); // 1
console.log(counter.decrease()); // 0

위 예제에서 즉시 실행 함수가 반환하는 객체 리터럴은 즉시 실행 함수의 실행 단계에서 평가되어 객체가 된다. 이 때 객체의 메서드도 함수 객체로 생성된다. 객체 리터럴의 중괄호는 코드 블록이 아니므로 별도의 스코프를 생성하지 않는다.
위 예제를 생성자 함수로 표현하면 다음과 같다.

const Counter = (function () {
  // ① 카운트 상태 변수
  let num = 0;

  function Counter() {
    // this.num = 0; // ② 프로퍼티는 public하므로 은닉되지 않는다.
  }

  Counter.prototype.increase = function () {
    return ++num;
  };

  Counter.prototype.decrease = function () {
    return num > 0 ? --num : 0;
  };

  return Counter;
}());

const counter = new Counter();

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

console.log(counter.decrease()); // 1
console.log(counter.decrease()); // 0

위 예제의 num은 생성자 함수 Counter가 생성할 인스턴스의 프로퍼티가 아니라 즉시 실행 함수 내에서 선언된 변수다. 만약 num이 생성자 함수 Counter가 생성할 인스턴스의 프로퍼티가 된다면 그 변수는 외부에서 참조가 가능해지기 때문에 클로저가 되지 못한다.
increase, decrease 메서드는 모두 자신의 함수 정의가 평가되어 함수 객체가 될 때 실행 중인 실행 컨텍스트(즉시 실행 함수)의 렉시컬 환경을 기억하는 클로저다.
다음은 함수형 프로그래밍에서 클로저를 활용하는 예제다.

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

  // 클로저를 반환
  return function () {
    // 인수로 전달 받은 보조 함수에 상태 변경을 위임한다.
    counter = predicate(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

makeCounter 함수는 보조 함수를 인자로 전달 받고 함수를 반환하는 고차 함수다. makeCounter 함수가 반환하는 함수는 자신이 생성됐을 때의 렉시컬 환경인 makeCounter 함수의 스코프에 속한 counter을 기억하는 클로저다.

이 때, makeCounter 함수를 호출해 함수를 반환할 때 반한된 함수는 자신만의 독립된 렉시컬 환경을 가진다. 즉, increaser, decreaser에 할당된 각각의 함수는 카운터 상태가 연동하지 않는다.

따라서 연동이 가능한 카운터를 만들기 위해서는 렉시컬 환경을 공유하는 클로저를 만들어야 한다. 이를 위해서는 makeCounter 함수를 두 번 호출하지 말아야 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 (predicate) {
    // 인수로 전달 받은 보조 함수에 상태 변경을 위임한다.
    counter = predicate(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

캡슐화와 정보 은닉

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

캡슐화는 객체의 특정 프로퍼티나 메서드를 감출 목적으로 사용하기도 하는데 이를 정보 은닉이라 한다. 정보 은닉은 결합도를 낮추고, 정보를 보호하는 효과가 있다.
대부분의 객체지향 프로그래밍 언어는 클래스를 정의하고 그 클래스를 구성하는 멤버(프로퍼티와 메서드)에 대하여 public, private, protected 같은 접근 제한자를 선언하여 공개 범위를 한정할 수 있다.
그러나 JS는 접근 제한자가 없기 때문에, 기본적으로 모든 프로퍼티와 메서드는 외부에 공개 되어 있다.(public 하다는 의미)

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}. 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

const you = new Person('Kim', 30);
you.sayHi(); // Hi! My name is Kim. I am 30.
console.log(you.name); // Kim
console.log(you._age); // undefined

위 예제에서 name 프로퍼티는 자유롭게 참조, 변경이 가능하다.(외부로 공개되어 있음)
그에 반해 _age 프로퍼티는 Person 함수에서 지역 변수로 선언되었기 때문에 외부에서 참조가 불가능하다. 즉, private 하다.
위 예제의 sayHi 메서드는 인스턴스 메서드이므로 Person 객체가 생성될 때마다 중복 생성된다. sayHi 메서드를 프로토타입 메서드로 변경하여 sayHi 메서드의 중복 생성을 방지해 보자.

function Person(name, age) {
  this.name = name; // public
  let _age = age;   // private
}

// 프로토타입 메서드
Person.prototype.sayHi = function () {
  // Person 생성자 함수의 지역 변수 _age를 참조할 수 없다
  console.log(`Hi! My name is ${this.name}. I am ${_age}.`);
};

이 때, Person.prototype.sayHi 메서드 내에서 Person 생성자 함수의 지역 변수 _age를 참조할 수 없는 문제가 발생한다. 따라서 다음과 같이 즉시 실행 함수를 사용하여 Person 생성자 함수와 Person.prototype.sayHi 메서드를 하나의 함수 내에 모아 보자.

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

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

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

  // 생성자 함수를 반환
  return Person;
}());

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

const you = new Person('Kim', 30);
you.sayHi(); // Hi! My name is Kim. I am 30.
console.log(you.name); // Kim
console.log(you._age); // undefined

위 패턴을 사용하면 public, private 같은 접근 제한자를 제공하지 않는 JS에서도 정보 은닉이 가능한 것처럼 보인다. 즉시 실행 함수가 반환하는 Person 생성자 함수와 Person 생성자 함수의 인스턴스가 상속 받아 호출할 Person.prototype.sayHi 메서드는 즉시 실행 함수가 종료된 이후 호출된다.
하지만 Person 생성자 함수와 sayHi 메서드는 이미 종료되어 소멸한 즉시 실행 함수의 지역 변수 _age를 참조 할 수 있는 클로저다.
하지만 위 코드도 문제가 있다. Person 생성자 함수가 여러 개의 인스턴스를 생성할 경우 다음과 같이 _age 변수의 상태가 유지되지 않는다는 것이다.

const me = new Person('Lee', 20);
me.sayHi(); // Hi! My name is Lee. I am 20.

const you = new Person('Kim', 30);
you.sayHi(); // Hi! My name is Kim. I am 30.

// _age 변수 값이 변경된다!
me.sayHi(); // Hi! My name is Lee. I am 30.

이는 Person.prototype.sayHi 메서드가 단 한 번 생성되는 클로저이기 때문에 발생하는 현상이다. Person.prototype.sayHi 메서드는 즉시 실행 함수가 호출될 때 생성된다. 이 때 Person.prototype.sayHi 메서드는 자신의 상위 스코프인 즉시 실행 함수의 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조를 [[Environment]]에 저장하여 기억한다.
따라서 Person 생성자 함수의 모든 인스턴스가 상속을 통해 호출할 수 있는 Person.prototype.sayHi 메서드의 상위 스코프는 어떤 인스턴스로 호출하더라도 하나의 동일한 상위 스코프를 사용하게 된다. 이러한 이유로 Person 생성자 함수가 여러 개의 인스턴스를 생성할 경우 위와 같이 _age 변수의 상태가 유지되지 않는다.
이처럼 JS는 정보 은닉을 완전하게 지원하지 않는다. 하지만 2021년 1월, 클래스에 private 필드를 정의할 수 있는 새로운 표준 사양이 제안되어 있다. 표준 사양으로 승급이 확실시되는 이 제안은 현재 최신 브라우저와 최신 Node.js에 이미 구현되어 있다. 이에 대해서는 25장에서 다시 보도록 하자.

자주 발생하는 실수

아래는 클로저를 사용할 때 자주 발생할 수 있는 실수를 보여주는 예제다.

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
}

첫 번째 for 문의 코드 블록 내에서 함수가 funcs 배열이 요소로 추가된다. 그리고 두 번째 for문의 코드 블록 내에서 funcs 배열의 요소로 추가된 함수를 순차적으로 호출한다. 이 때 funcs 배열의 요소로 추가된 3개의 함수가 0, 1, 2를 반환할 것으로 기대했다면 아쉽지만 결과는 그렇지 않다.
for문의 변수 선언문에서 var 키워드로 선언한 i 변수는 블록 레벨 스코프가 아닌 함수 레벨 스코프를 가지기 때문에 전역 변수다. 전역 변수 i에는 0, 1, 2가 순차적으로 할당된다. 따라서 funcs 배열의 요소로 추가한 함수를 호출하면 전역 변수 i를 참조하여 i의 값 3이 출력된다.
클로저를 사용해 위 예제를 바르게 동작하는 코드로 만들어보자.

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]());
}

1에서 즉시 실행 함수는 전역 변수 i에 현재 할당되어 있는 값을 인수로 전달받아 매개변수 id에 할당한 후 중첩 함수를 반환하고 종료된다. 즉시 실행 함수가 반환한 함수는 funcs 배열에 순차적으로 저장된다.
이 때 즉시 실행 함수의 매개변수 id는 즉시 실행 함수가 반환한 중첩 함수의 상위 스코프에 존재한다. 즉시 실행 함수가 반환한 중첩 함수는 자신의 상위 스코프(즉시 실행 함수의 렉시컬 환경)를 기억하는 클로저이고, 매개변수 id는 즉시 실행 함수가 반환한 중첩 함수에 묶여있는 자유 변수가 되어 그 값이 유지된다.
위 코드는 JS의 함수 레벨 스코프 특성으로 인해 for문의 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
}

for문의 변수 선언문에서 let 키워드로 선언한 변수를 사용하면 for문의 코드 블록이 반복 실행될 때마다 for문 코드 블록의 새로운 렉시컬 환경이 생성된다. 만약 for문의 코드 블록 내에서 정의한 함수가 있다면 이 함수의 상위 스코프는 for 문의 코드 블록이 반복 실행 될 때마다 생성된 for 문 코드 블록의 새로운 렉시컬 환경이다.
이 때 함수의 상위 스코프는 for 문의 코드 블록이 반복 실행될 때마다 식별자(for문의 변수 선언문에서 선언한 초기화 변수 및 for 문의 코드 블록 내에서 선언한 지역 변수) 값을 유지해야 한다. 이를 위해 for 문이 반복될 때마다 독립적인 렉시컬 환경을 생성하여 식별자의 값을 유지한다.
이처럼 let, const 키워드를 사용하는 반복문은 코드 블록을 반복 실행할 때마다 새로운 렉시컬 환경을 생성하여 반복할 당시의 상태를 마치 스냅샷을 찍는 것처럼 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.

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자주 발생하는 실수

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