모던 자바스크립트 Deep Dive - 12

24장 클로저

• 클로저(Closure)
  클로저는 함수와 그 함수가 선언된 렉시컬 환경과의 조합

위의 클로저의 정의에서 먼저 이해해야 할 핵심 키워드는 '함수가 선언된 렉시컬 환경'

const x = 1;

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

outerFunc();

outerFunc 함수 내부에서 중첩 함수 innerFunc가 정의되고 호출되었다. 이때 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.
(정적 스코프(lexical scope) : 함수를 어디서 정의했는지에 따라 함수의 상위 스코프를 결정하고 기억한다.)

const x = 1;

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

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

outerFunc();

자바스크립트는 정적 스코프(lexical scope)를 따르는 프로그래밍 언어이다.

24.1 렉시컬 스코프

const x = 1;

function foo() { // foo 함수의 상위스코프 : 전역객체
  const x = 10;
  bar();
}

function bar() { // bar 함수의 상위스코프 : 전역객체
  console.log(x);
}

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

스코프의 실체는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경이다. 이 렉시컬 환경은 자신의 '외부 렉시컬 환경에 대한 참조'를 통해 상위 렉시컬 환경과 연결된다. 이것이 바로 스코프 체인이다.
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.

24.2 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]

함수는 자신의 내부 슬롯 [[Environment]]에 자신이 정의된 환경, 즉 상위 스코프의 참조를 저장한다.
이때, 자신의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 상위 스코프의 참조는 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경을 가리킨다.
왜냐하면 함수 정의가 평가되어 함수 객체를 생성하는 시점은 함수가 정의된 환경, 즉 상위 함수(또는 전역 코드)가 평가 또는 실행되고 있는 시점이며, 이때 현재 실행 중인 실행 컨텍스트는 상위 함수(또는 전역 코드)의 실행 컨텍스트이기 때문이다.

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

foo 함수와 bar 함수 모두 전역에서 함수 선언문으로 정의되었으므로 두 함수 모두 전역 코드가 평가되는 시점에 평가되어 함수 객체를 생성하고 전역 객체 window의 메서드가 된다. 이때 생성된 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에는 함수 정의가 평가된 시점, 즉 전역 코드 평가 시점에 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경인 전역 렉시컬 환경의 참조가 저장된다.

24.3 클로저와 렉시컬 환경

const x = 1;

// 1번
function outer() {
  const x = 10;
  const inner = function () { console.log(x); }; // 2번
  return inner;
}

// outer 함수를 호출하면 중첩 함수 inner를 반환한다.
// 그리고 outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 pop되어 제거된다.
const innerFunc = outer(); // 3번
innerFunc(); // 4번 , 10

outer 함수를 호출(3번)하면 outer 함수는 중첩 함수 inner를 반환하고 생명 주기를 마감한다.
즉, outer 함수의 실행이 종료되면 outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 제거된다. 이때 outer 함수의 지역 변수 x와 변수 값 10을 저장하고 있던 outer함수의 실행 컨텍스트가 제거되었으므로 outer 함수의 지역 변수 x 또한 생명 주기를 마감한다. 따라서 outer 함수의 지역 변수 x는 더는 유효하지 않게 되어 x 변수에 접근할 방법은 달리 없어 보인다.

그러나 위 코드의 실행 결과(4번)는 outer 함수의 지역 변수 x의 값인 10이다. 이미 생명 주기가 종료되어 실행 컨텍스트 스택에서 제거된 outer 함수의 지역 변수 x에 접근할 수 있는 것처럼 동작하는 것이다.
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.

위의 예제에서 outer 함수가 호출(3번)되고 inner 함수를 반환하면서 실행이 종료되면 outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 제거되지만 inner 함수의 [[Environment]] 내부 슬롯에 의해 상위 스코프로 참조되고(2번) 있고, inner 함수는 전역 변수 innerFunc에 의해 참조되고 있으므로 가비지 컬렉션의 대상이 되지 않기 때문에 outer 함수의 렉시컬 환경은 유지된다.(가비지 컬렉터는 누군가가 참조하고 있는 메모리 공간을 함부로 해제하지 않는다)

클로저는 중첩 함수가 상위 스코프의 식별자를 참조하고 있고 중첩 함수가 외부 함수보다 더 오래 유지되는 경우를 한정하는 것이 일반적이다.

24.4 클로저의 활용

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

// 카운트 상태 변수
let num = 0;

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

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

위 코드는 잘 동작하지만 오류를 발생시킬 가능성을 내포하고 있다.
카운트 상태는 전역 변수를 통해 관리되고 있기 때문에 의도치 않게 변경될 여지가 있다.
따라서 카운트 상태 안전하게 유지하기 위해서는 아래의 전제 조건이 요구된다.
1. 카운트 상태(num 변수의 값)는 increase 함수가 호출되기 전까지 변경되지 않고 유지되어야 한다
2. 이를 위해 카운트 상태(num 변수의 값)는 increase 함수만이 변경할 수 있어야 한다

// 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

즉시 실행 함수는 호출된 이후 소멸되지만 즉시 실행 함수가 반환한 클로저는 increase 변수에 할당되어 호출된다. 이때 즉시 실행 함수가 반환한 클로저는 자신이 정의된 위치에 의해 결정된 상위 스코프인 즉시 실행 함수의 렉시컬 환경을 기억하고 있다. 따라서 즉시 실행 함수가 반환한 클로저는 카운트 상태를 유지하기 위한 자유 변수 num을 언제 어디서 호출하든지 참조하고 변경할 수 있다.

즉시 실행 함수는 한 번만 실행되므로 increase가 호출될 때마다 num 변수가 재차 초기화될 일은 없을 것이다. 또한 num 변수는 외부에서 직접 접근할 수 없는 은닉된 private 변수이므로 전역 변수를 사용했을 때와 같이 의도되지 않은 변경을 걱정할 필요도 없기 때문에 안정적이다.
이처럼 클로저는 상태가 의도치 않게 변경되지 않도록 안전하게 은닉하고 특정 함수에게만 상태 변경을 허용하여 상태를 안전하게 변경하고 유지하기 위해 사용한다.

아래 예제는 카운트 상태를 증가 뿐만아니라 감소까지 할 수 있도록 구현하였다.

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 {
    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. 이때 객체의 메서드도 함수 객체로 생성된다. 객체 리터럴의 중괄호는 코드 블록이 아니므로 별도의 스코프를 생성하지 않는다.

위 예제의 increase, decrease 메서드의 상위 스코프는 increase, decrease 메서드가 평가되는 시점에 실행 중인 실행 컨텍스트인 즉시 실행 함수 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경이다. 따라서 increase, decrease 메서드가 언제 어디서 호출되든 상관없이 increase, decrease 함수는 즉시 실행 함수의 스코프의 식별자를 참조할 수 있다.