[JavaScript] 전역 변수의 문제점

🤓 모던 자바스크립트 Deep Dive 책을 통해서 자바스크립트를 공부중입니다.

1.1 변수의 생명 주기

1.1.1 지역 변수의 생명 주기

변수는 선언에 의해 생성되고 할당을 통해 값을 갖습니다. 그리고 언젠가 소멸합니다. 즉, 변수에는 생성되고 소멸되는 생명 주기가 있습니다. 변수에 생명 주기가 없다면 한번 선언된 변수는 프로그램을 종료하지 않는 한 영원히 메모리 공간을 점유하게 됩니다.

변수는 자신이 선언된 위치에서 생성되고 소멸합니다. 전역 변수의 생명 주기는 애플리케이션의 생명 주기와 같습니다. 하지만 함수 내부에서 선언된 지역 변수는 함수가 호출되면 생성되고 함수가 종료하면 소멸합니다.

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

foo();
console.log(x); // ReferenceError: x is not defined

지역 변수 x는 foo함수가 호출되기 이전까지는 생성되지 않습니다. foo함수를 호출하지 않으면 함수 내부의 변수 선언문이 실행되지 않기 때문입니다.
변수 선언은 선언문이 어디에 있든 상관없이 가장 먼저 실행됩니다(변수, 표현식, 문 - 1.4 변수 선언의 실행 시점과 변수 호이스팅). 변수 선언은 코드가 한 줄씩 순차적으로 실행되는 시점인 런타임에 실행되는 것이 아니라 런타임 이전 단계에서 자바스크립트 엔진에 의해서 먼저 실행되기 때문입니다

위 예제의 foo함수를 호출하면 함수 몸체의 다른 문들이 순차적으로 실행되기 이전에 x변수의 선언문이 자바스크립트 엔진에 의해 가장 먼저 실행되어 x변수가 선언되고 undefined로 초기화됩니다. 그 후 함수 몸체를 구성하는 문들이 순차적으로 실행되기 시작하고 변수 할당문이 실행되면 x변수에 값이 할당됩니다. 그리고 함수가 종료하면 x변수도 소멸되어 생명 주기가 종료됩니다. 따라서 함수 내부에서 선언된 지역 변수 x는 foo함수가 호출되어 실행되는 동안에만 유효합니다. 즉, 지역 변수의 생명 주기는 함수의 생명 주기와 일치합니다.

var x = 'global';

function foo() {
  console.log(x); // ①
  var x = 'local';
}

foo();
console.log(x); // global

foo함수 내부에서 선언된 지역 변수 x는 ①의 시점에 이미 선언되었고 undefined로 초기화 되어있습니다. 따라서 전역 변수 x를 참조하는 것이 아니라 지역 변수 x를 참조해 값을 출력합니다. 지역 변수는 변수 할당문이 실행되기 이전까지는 undefined값을 갖습니다.

이처럼 호이스팅은 스코프를 단위로 동작합니다. 전역 변수의 호이스팅은 전역 변수의 선언이 전역 스코프의 선두로 끌어 올려진 것처럼 동작합니다. 따라서 전역 변수는 전역 전체에서 유효합니다. 지역 변수의 호이스팅은 지역 변수의 선언이 지역 스코프의 선두로 끌어올려진 것처럼 동작합니다. 따라서 지역 변수는 함수 전체에서 유효합니다. 즉, 호이스팅은 변수 선언이 스코프의 선두로 끌어 올려진 것처럼 동작하는 자바스크립트 고유의 특징을 말합니다.

1.1.4 전역 변수의 생명 주기

함수와 달리 전역 코드는 명시적인 호출 없이 실행됩니다. 함수는 함수 몸체의 마지막 문 또는 반환문이 실행되면 종료됩니다. 하지만 전역 코드에는 반환문을 사용할 수 없으므로 마지막 문이 실행되어 더 이상 실행할 문이 없을 때 종료합니다.

var키워드로 선언한 전역 변수는 전역 객체의 프로퍼티가 됩니다. 이는 전역 변수의 생명 주기가 전역 객체의 생명 주기와 일치한다는 것을 말합니다.

전역 객체
전역 객체는 코드가 실행되기 이전 단계에 자바스크립트 엔젠에 의해 어떤 객체보다도 먼저 생성되는 특수한 객체다. 전역 객체는 클라이언트 사이드 환경에서는 window, 서버 사이드 환경에서는 global 객체를 의미한다. 환경에 따라 전역 객체를 가리키는 다양한 식별자(window, self, this, frames, global)가 존재했으나 ES11에서 globalThis로 통일되었다.
전역 객체는 표준 빌트인 객체(Object, String, Number, Function, Array 등)와 환경에 따른 호스트 객체(클라이언트 Web API 또는 Node.js의 호스트 API), 그리고 var키워드로 선언한 전역 변수와 전역 함수 프로퍼티를 갖는다.

브라우저 환경에서 전역 객체는 window이므로 브라우저 환경에서 var키워드로 선언한 전역 변수는 전역 객체 window의 프로퍼티입니다. 전역 객체 window는 웹페이지를 닫기 전까지 유효합니다. 따라서 브라우저 환경에서 var키워드로 선언한 전역 변수는 웹페이지를 닫을 때까지 유효합니다. 즉, var키워드로 선언한 전역 변수의 생명 주기는 전역 객체의 생명 주기와 일치합니다.

1.2 전역 변수의 문제점

1.2.1 암묵적 결합

전역 변수를 선언한 의도는 코드 어디서든 참조하고 할당할 수 있는 변수를 사용하겠다는 것입니다. 이는 모든 코드가 전역 변수를 참조하고 변경할 수 있는 암묵적 결합을 허용하는 것입니다. 변수의 유효 범위가 크면 클수록 코드의 가독성은 나빠지고 의도치 않게 상태가 변경될 수 있는 위험성도 높아집니다.

1.2.2 긴 생명 주기

전역 변수는 생명 주기가 길기 때문에 메모리 리소스도 오랜 기간 소비합니다. 더욱이 var키워드는 변수의 중복 선언을 허용하므로 생명 주기가 긴 변수는 변수 이름이 중복될 가능성이 있으며, 변수 이름이 중복되면 의도치 않은 재할당이 이루어집니다.

지역 변수는 전역 변수보다 생명 주기가 훨씬 짧으며, 메모리 리소스도 짧은 기간만 소비합니다. 따라서 지역 변수의 상태를 변경할 수 있는 시간도 짧고 기회도 적습니다. 이는 전역 변수보다 상태 변경에 의한 오류가 발생할 확률이 작다는 것을 의미합니다.

1.2.3 스코프 체인 상에서 종점에 존재

전역 변수는 스코프 체인 상에서 종점에 존재합니다. 이는 변수를 검색할 때 전역 변수가 가장 마지막에 검색된다는 것을 말합니다. 즉, 전역 변수의 검색 속도가 가장 느립니다.

1.2.4 네임스페이스 오염

자바스크립트는 파일이 분리되어 있다 해도 하나의 전역 스코프를 공유합니다. 따라서 다른 파일 내에서 동일한 이름으로 명명된 전역 변수나 전역 함수가 같은 스코프 내에 존재할 경우 예상치 못한 결과를 가져올 수 있습니다.

1.3 전역 변수의 사용을 억제하는 방법

전역 변수를 반드시 사용해야 할 이유를 찾지 못한다면 지역 변수를 사용해야합니다. 전역 변수의 무분별한 사용은 위험하기 때문입니다. 변수의 스코프는 좁을 수록 좋습니다.

1.3.1 즉시 실행 함수

함수 정의와 동시에 호출되는 즉시 실행 함수는 단 한 번만 호출됩니다. 모든 코드를 즉시 실행 함수로 감싸면 모든 변수는 즉시 실행 함수의 지역 변수가 됩니다.

(function () {
  var foo = 10;
  // ...
}());

console.log(foo); // ReferenceError: foo is not defined

1.3.2 네임스페이스 객체

전역에 네임스페이스 역할을 담당할 객체를 생성하고 전역 변수처럼 사용하고 싶은 변수를 프로퍼티로 추가하는 방법입니다.

var MYAPP = {}; // 전역 네임스페이스 객체

MYAPP.name = 'Lee';

console.log(MYAPP.name); // Lee

네임스페이스 객체에 또 다른 네임스페이스 객체를 프로퍼티로 추가해서 네임스페이스를 계층적으로 구성할 수도 있습니다.

var MYAPP = {};

MYAPP.person = {
  name: 'Lee',
  address: 'Seoul'
};

console.log(MYAPP.person.name); // Lee

이 경우 네임 스페이스를 분리해서 식별자 충동를 방지하는 효과는 있으나 네임스페이스 객체 자체가 전역 변수에 할당됩니다.

1.3.3 모듈 패턴

모듈 패턴은 클래스를 모방해서 관련이 있는 변수와 함수를 모아 즉시 실행 함수로 감싸 하나의 모듈을 만듭니다. 모듈 패턴은 클로저를 기반으로 동작합니다. 모듈 패턴의 특징은 전역 변수의 억제는 물론 캡슐화까지 구현할 수 있다는 점입니다.

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 은닉이라고 합니다.

자바스크립트는 public, private, protected 등의 접근 제한자를 제공하지 않습니다. 모듈 패턴은 네임스페이스의 오염을 막는 기능과 정보 은닉을 구현하기 위해 사용합니다.

var Counter = (function () {
  // private 변수
  var num = 0;
  
  // 외부로 공개할 데이터나 메서드를 프로퍼티로 추가한 객체를 반환
  return {
    increase() {
      return ++num;
    },
    decrease() {
      return --num;
    }
  };
}());

// private 변수는 외부로 노출되지 않음
console.log(Counter.num); // undefined

console.log(Counter.increase()); // 1
console.log(Counter.increase()); // 2
console.log(Counter.decrease()); // 1
console.log(Counter.decrease()); // 0

위 예제의 즉시 실행 함수는 객체를 반환합니다. 이 객체에는 외부에 노출하고 싶은 변수나 함수를 담아 반환합니다. 이때 반환되는 객체의 프로퍼티는 외부에 노출되는 퍼블릭 멤버입니다. 외부로 노출하고 싶지 않은 변수나 함수는 반환하는 객체에 추가하지 않으면 외부에서 접근할 수 없는 프라이빗 멤버가 됩니다.

1.3.4 ES6 모듈

ES6 모듈은 파일 자체의 독자적인 모듈 스코프를 제공합니다. 따라서 모듈 내에서 var키워드로 선언한 변수는 더는 전역 변수가 아니며 window 객체의 프로퍼티도 아닙니다.

script태그에 type="module" 어트리뷰트를 추가하면 로드된 자바스크립트 파일은 모듈로서 동작합니다. 모듈의 파일 확장자는 mjs를 권장합니다.

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

하지만 ES6의 모듈은 IE를 포함한 구형 브라우저에서는 동작하지 않으며, 브라우저의 ES6 모듈 기능을 사용하더라도 트랜스파일링이나 번들링이 필요하기 때문에 아직까지는 브라우저가 지원하는 ES6 모듈 기능보다는 Webpack 등의 모듈 번들러를 사용하는 것이 일반적입니다.