[JavaScript] 클로저

Letmegooutside·2022년 1월 18일
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클로저(closure)

함수와 그 함수가 선언됐을 때의 렉시컬 환경(Lexical environment)과의 조합

클로저는 자바스크립트 고유의 개념이 아니라 함수를 일급 객체로 취급하는 함수형 프로그래밍 언어에서 사용되는 중요한 특성이다.
위 정의에서 중요한 키워드는 "'함수가 선언됐을 때의 렉시컬 환경(Lexical environment)”이다.

function outerFunc() {
  var x = 10;
  var innerFunc = function () { console.log(x); };
  innerFunc();
}

outerFunc(); // 10

함수 outerFunc 내에서 내부함수 innerFunc가 선언되고 호출되었다.
이 때 내부함수 innerFunc는 자신을 포함하고 있는 외부함수 outerFunc의 변수 x에 접근할 수 있다.

스코프는 함수를 호출할 때가 아니라 함수를 어디에 선언하였는지에 따라 결정된다.
위 예제의 함수 innerFunc는 함수 outerFunc의 내부에서 선언되었기 때문에 함수 innerFunc의 상위 스코프는 함수 outerFunc이다.
따라서 함수 innerFunc는 자신이 속한 렉시컬 스코프(전역, 함수 outerFunc, 자신의 스코프)를 참조할 수 있는 것이다.

이것을 실행 컨텍스트의 관점에서 설명해보자.
내부함수 innerFunc가 호출되면 자신의 실행 컨텍스트가 실행 컨텍스트 스택에 쌓이고 변수 객체와 스코프 체인, 그리고 this에 바인딩할 객체가 결정된다.
이 때 스코프 체인은

  • 전역 스코프를 가리키는 전역 객체
  • 함수 outerFunc의 스코프를 가리키는 함수 outerFunc의 활성 객체(Activation object)
  • 함수 자신의 스코프를 가리키는 활성 객체

위 3가지 객체를 순차적으로 바인딩하는데, 스코프 체인이 바인딩한 객체가 바로 렉시컬 스코프의 실체이다.
상위 스코프에 접근할 수 있는 것은 렉시컬 스코프의 레퍼런스를 차례대로 저장하고 있는 실행 컨텍스트의 스코프 체인을 자바스크립트 엔진이 검색하였기에 가능한 것이다.

이번에는 내부함수 innerFunc를 함수 outerFunc 내에서 호출하는 것이 아니라 반환하도록 변경해 보자.

function outerFunc() {
  var x = 10;
  var innerFunc = function () { console.log(x); };
  return innerFunc;
}

/**
 *  함수 outerFunc를 호출하면 내부 함수 innerFunc가 반환된다.
 *  그리고 함수 outerFunc의 실행 컨텍스트는 소멸한다.
 */
var inner = outerFunc();
inner(); // 10

함수 outerFunc는 내부함수 innerFunc를 반환하고 생을 마감했다.
함수 outerFunc는 실행된 이후 콜스택에서 제거되었으므로 함수 outerFunc의 변수 x 또한 더 이상 유효하지 않게 되어 변수 x에 접근할 수 있는 방법은 없어 보인다.

그러나 위 코드의 실행 결과는 변수 x의 값인 10이다.
이미 실행 컨텍스트 스택에서 제거된 함수 outerFunc의 지역변수 x가 다시 부활이라도 한 듯이 동작하고 있다.

이처럼 자신을 포함하고 있는 외부함수보다 내부함수가 더 오래 유지되는 경우, 외부 함수 밖에서 내부함수가 호출되더라도 외부함수의 지역 변수에 접근할 수 있는데 이러한 함수를 클로저(Closure)라고 부른다.

다시 MDN의 정의로 돌아가 보자.

“A closure is the combination of a function and the lexical environment within which that function was declared.”
클로저는 함수와 그 함수가 선언됐을 때의 렉시컬 환경(Lexical environment)과의 조합이다.

위 정의에서 말하는 “함수”란 반환된 내부함수를 의미하고 “그 함수가 선언될 때의 렉시컬 환경(Lexical environment)”란 내부 함수가 선언됐을 때의 스코프를 의미한다.
즉, 클로저는 반환된 내부함수가 자신이 선언됐을 때의 환경(Lexical environment)인 스코프를 기억하여 자신이 선언됐을 때의 환경(스코프) 밖에서 호출되어도 그 환경(스코프)에 접근할 수 있는 함수를 말한다.
이를 간단히 말하면 클로저는 자신이 생성될 때의 환경(Lexical environment)을 기억하는 함수라고 말할 수 있다.

클로저에 의해 참조되는 외부함수의 변수를 자유변수(Free variable)라고 부른다.
클로저라는 이름은 자유변수에 함수가 닫혀있다(closed)라는 의미로 의역하면 자유변수에 엮여있는 함수라는 뜻이다.

실행 컨텍스트의 관점에 설명하면, 내부함수가 유효한 상태에서 외부함수가 종료하여 외부함수의 실행 컨텍스트가 반환되어도, 외부함수 실행 컨텍스트 내에서 변수, 함수 선언 등의 정보를 가지고 있는 활성 객체는 내부함수에 의해 참조되는 한 유효하여 내부함수가 스코프 체인을 통해 참조할 수 있는 것을 의미한다.
이때 내부함수는 외부함수에 있는 변수의 복사본이 아니라 실제 변수에 접근한다.

클로저의 활용

클로저는 자신이 생성될 때의 환경(Lexical environment)을 기억해야 하므로 메모리 차원에서 손해를 볼 수 있다.
하지만 클로저는 자바스크립트의 강력한 기능으로 이를 적극적으로 사용해야 한다. 클로저가 유용하게 사용되는 상황에 대해 살펴보자.

상태 유지

클로저가 가장 유용하게 사용되는 상황은 현재 상태를 기억하고 변경된 최신 상태를 유지하는 것이다.

<!DOCTYPE html>
<html>
<body>
  <button class="toggle">toggle</button>
  <div class="box" style="width: 100px; height: 100px; background: red;"></div>

  <script>
    var box = document.querySelector('.box');
    var toggleBtn = document.querySelector('.toggle');

    var toggle = (function () {
      var isShow = false;

      // 1. 클로저를 반환
      return function () {
        box.style.display = isShow ? 'block' : 'none';
        // 3. 상태 변경
        isShow = !isShow;
      };
    })();

    // 2. 이벤트 프로퍼티에 클로저를 할당
    toggleBtn.onclick = toggle;
  </script>
</body>
</html>

  1. 즉시실행함수는 함수를 반환하고 즉시 소멸한다.
    즉시실행함수가 반환한 함수는 자신이 생성됐을 때의 렉시컬 환경(Lexical environment)에 속한 변수 isShow를 기억하는 클로저다.

  2. 클로저를 이벤트 핸들러로서 이벤트 프로퍼티에 할당한다.
    이벤트 프로퍼티에서 이벤트 핸들러인 클로저를 제거하지 않는 한 클로저가 기억하는 렉시컬 환경의 변수 isShow는 소멸하지 않는다. 다시 말해 현재 상태를 기억한다.

  3. 버튼을 클릭하면 이벤트 프로퍼티에 할당한 이벤트 핸들러인 클로저가 호출된다.
    이때 .box 요소의 표시 상태를 나타내는 변수 isShow의 값이 변경된다.
    변수 isShow는 클로저에 의해 참조되고 있기 때문에 유효하며 자신의 변경된 최신 상태를 게속해서 유지한다.

이처럼 클로저는 현재 상태를 기억하고 이 상태가 변경되어도 최신 상태를 유지해야 하는 상황에 매우 유용하다.

만약 자바스크립트에 클로저라는 기능이 없다면 상태를 유지하기 위해 전역 변수를 사용할 수 밖에 없다.
전역 변수는 언제든지 누구나 접근할 수 있고 변경할 수 있기 때문에 많은 부작용을 유발해 오류의 원인이 되므로 사용을 억제해야 한다.

전역 변수의 사용 억제

버튼이 클릭될 때마다 클릭한 횟수가 누적되어 화면에 표시되는 카운터를 만들어보자. 이 예제의 클릭된 횟수가 바로 유지해야할 상태이다.

<!DOCTYPE html>
<html>
<body>
  <p>전역 변수를 사용한 Counting</p>
  <button id="inclease">+</button>
  <p id="count">0</p>
  <script>
    var increaseBtn = document.getElementById('increase');
    var count = document.getElementById('count');

    // 카운트 상태를 유지하기 위한 전역 변수
    var counter = 0;

    function increase() {
      return ++counter;
    }

    increaseBtn.onclick = function () {
      count.innerHTML = increase();
    };
  </script>
</body>
</html>

위 코드는 잘 동작하지만 오류를 발생시킬 가능성을 내포하고 있는 좋지 않은 코드다.
increase 함수는 호출되기 직전에 전역변수 counter의 값이 반드시 0이여야 제대로 동작한다.
하지만 변수 counter는 전역 변수이기 때문에 언제든지 누구나 접근할 수 있고 변경할 수 있다.
만약 누군가에 의해 의도치 않게 전역 변수 counter의 값이 변경됐다면 이는 오류로 이어질 수 있으므로 변수 counter는 카운터를 관리하는 increase 함수가 관리하는 것이 바람직하다.

전역 변수 counter를 increase 함수의 지역 변수로 바꾸어 의도치 않은 상태 변경을 방지해보자.

<!DOCTYPE html>
<html>
<body>
  <p>지역 변수를 사용한 Counting</p>
  <button id="increase">+</button>
  <p id="count">0</p>
  <script>
    var increaseBtn = document.getElementById('increase');
    var count = document.getElementById('count');

    function increase() {
      // 카운트 상태를 유지하기 위한 지역 변수
      var counter = 0;
      return ++counter;
    }

    increaseBtn.onclick = function () {
      count.innerHTML = increase();
    };
  </script>
</body>
</html>

전역변수를 지역변수로 변경하여 의도치 않은 상태 변경은 방지했다.
하지만 increase 함수가 호출될 때마다 지역변수 counter를 0으로 초기화하기 때문에 언제나 1이 표시된다.

다시 말해 변경된 이전 상태를 기억하지 못한다. 이전 상태를 기억하도록 클로저를 사용하여 이 문제를 해결해보자.

<!DOCTYPE html>
<html>
  <body>
  <p>클로저를 사용한 Counting</p>
  <button id="increase">+</button>
  <p id="count">0</p>
  <script>
    var incleaseBtn = document.getElementById('increase');
    var count = document.getElementById('count');

    var increase = (function () {
      // 카운트 상태를 유지하기 위한 자유 변수
      var counter = 0;
      // 클로저를 반환
      return function () {
        return ++counter;
      };
    }());

    increaseBtn.onclick = function () {
      count.innerHTML = increase();
    };
  </script>
</body>
</html>

스크립트가 실행되면 즉시실행함수(immediately-invoked function expression)가 호출되고 변수 increase에는 함수 function () { return ++counter; }가 할당된다.
이 함수는 자신이 생성됐을 때의 렉시컬 환경을 기억하는 클로저다.
즉시실행함수는 호출된 이후 소멸되지만 즉시실행함수가 반환한 함수는 변수 increase에 할당되어 increase 버튼을 클릭하면 클릭 이벤트 핸들러 내부에서 호출된다.

이 때 클로저인 이 함수는 자신이 선언됐을 때의 렉시컬 환경인 즉시실행함수의 스코프에 속한 지역변수 counter를 기억한다.
따라서 즉시실행함수의 변수 counter에 접근할 수 있고 변수 counter는 자신을 참조하는 함수가 소멸될 때가지 유지된다.

즉시실행함수는 한번만 실행되므로 increase가 호출될 때마다 변수 counter가 재차 초기화될 일은 없을 것이다.
변수 counter는 외부에서 직접 접근할 수 없는 private 변수이므로 전역 변수를 사용했을 때와 같이 의도되지 않은 변경을 걱정할 필요도 없기 때문이 보다 안정적인 프로그래밍이 가능하다.

정보의 은닉

이번에는 생성자 함수 Counter를 생성하고 이를 통해 counter 객체를 만들어보자.

function Counter() {
  // 카운트를 유지하기 위한 자유 변수
  var counter = 0;

  // 클로저
  this.increase = function () {
    return ++counter;
  };

  // 클로저
  this.decrease = function () {
    return --counter;
  };
}

const counter = new Counter();

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

생성자 함수 Counter는 increase, decrease 메소드를 갖는 인스턴스를 생성한다.

이 메소드들은 모두 자신이 생성됐을 때의 렉시컬 환경인 생성자 함수 Counter의 스코프에 속한 변수 counter를 기억하는 클로저이며 렉시컬 환경을 공유한다.
생성자 함수가 생성한 객체의 메소드는 객체의 프로퍼티에만 접근할 수 있는 것이 아니며 자신이 기억하는 렉시컬 환경의 변수에도 접근할 수 있다.

이 때 생성자 함수 Counter의 변수 counter는 this에 바인딩된 프로퍼티가 아니라 변수다.
counter가 this에 바인딩된 프로퍼티라면 생성자 함수 Counter가 생성한 인스턴스를 통해 외부에서 접근이 가능한 public 프로퍼티가 되지만 생성자 함수 Counter 내에서 선언된 변수 counter는 생성자 함수 Counter 외부에서 접근할 수 없다.

하지만 생성자 함수 Counter가 생성한 인스턴스의 메소드인 increase, decrease는 클로저이기 때문에 자신이 생성됐을 때의 렉시컬 환경인 생성자 함수 Counter의 변수 counter에 접근할 수 있다.
이러한 클로저의 특징을 사용해 클래스 기반 언어의 private 키워드를 흉내낼 수 있다.




Reference
https://poiemaweb.com/js-closure 를 정리한 내용

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