[JS] Closure

클로저 (Closure)

함수와 그 함수가 선언된 렉시컬 환경(상위 스코프)과의 조합. 또는 외부 함수보다 중첩 함수가 더 오래 유지되어, 이미 생명 주기가 종료한 외부 함수의 변수를 참조할 수 있는 중첩 함수를 뜻함. 함수를 일급 객체로 취급하는 함수형 프로그래밍 언어에서 사용되는 중요한 특성.

• 중첩 함수가 상위 스코프의 식별자를 참조하고 있어야 함.
• 중첩 함수가 외부 함수보다 더 오래 유지되어야 함.

const x = 1;

function outer() {
  const x = 10;
  // outer 함수 내부에서 중첩함수로 inner 함수가 정의됨
  function inner() {
    // inner 함수의 상위 스코프: 외부 함수 outer 함수의 스코프 (outer의 변수 x에 접근 가능)
    // inner 함수는 자신의 상위 스코프, 즉 outer 렉시컬 환경을 [[Environment]]에 저장하여 기억.
    console.log(x);  // 10
  }
  // outer 함수 내부에서 중첩함수로 inner 함수가 호출됨
  inner();
}

outer();

렉시컬 스코프 (Lexical Scope)

함수를 어디서 호출했는지가 아니라 함수를 어디에 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정하는 것. (=정적 스코프)

• 함수의 상위 스코프를 결정한다 = 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 저장할 참조값을 결정한다.

함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]

함수는 자신이 호출되는 환경과는 상관없이 자신이 정의된 환경, 즉 상위 스코프를 기억해야 한다.
이를 위해 함수는 자신의 내부 슬롯 [[Environment]]에 자신이 정의된 환경, 즉 상위 스코프의 참조를 저장한다.

• 함수 정의가 평가되어 함수 객체를 생성하는 시점은 함수가 정의된 환경, 즉 상위 함수(또는 전역코드)가 평가/실행되고 있는 시점.
• 현재 실행 중인 실행 컨텍스트는 상위 함수(또는 전역코드)의 실행 컨텍스트이기 때문.
• 함수 코드 평가 순서
  • 1) 함수 실행 컨텍스트 생성
  • 2) 함수 렉시컬 환경 생성
    • 1) 함수 환경 레코드 생성
    • 2) this 바인딩
    • 3) 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정 ([[Environment]]에 저장된 렉시컬 환경의 참조가 할당됨)

클로저와 렉시컬 환경

• 자바스크립트의 모든 함수는 자신의 상위 스코프를 기억.
• 함수를 어디서 호출하든 상관없이, 함수는 언제나 자신이 기억하는 상위 스코프의 식별자를 참조할 수 있으며, 식별자에 바인딩된 값을 변경할 수도 있다.
• 상위 스코프의 어떤 식별자도 참조하지 않는 경우, 최적화를 통해 상위 스코프를 기억하지 않는다. (= 즉, 외부함수의 외부로 반환되지 않아 외부함수보다 오래 살아남지 못하는 내부함수를 클로저라고 하지 않음)

const x = 1;
// outer 함수가 평가되어 함수 객체를 생성 -> 현재 실행 중인 전역 렉시컬 환경을 outer 함수 객체의 [[Environment]] 내부 슬롯에 상위 스코프로 저장
function outer() {
  const x = 10;
  // 중첩 함수 inner 평가 -> 자신의 [[Environment]] 내부 슬롯에 현재 실행 중인 outer 함수의 렉시컬 환경을 상위 스코프로 저장
  const inner = function () { console.log(x) }
  return inner;
  // outer 함수는 중첩함수 inner를 반환하고 생명 주기 마감. (= outer 함수의 실행 컨텍스트는 제거되고, 지역변수 x도 생명주기를 마감)
}

const innerFunc = outer();
// outer 함수가 반환한 inner 함수를 호출하면, inner 함수의 실행 컨텍스트가 생성됨 -> 
// 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 inner 함수 객체의 [[Environment]] 내부 슬롯에 저장된 참조값이 할당됨.
innerFunc();  // 10 (생명주기가 종료된 지역변수 x = free variable)
// inner는 외부함수 outer 보다 더 오래 생존.

클로저의 활용

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

// 1)
const counter = (function () {
  // 카운트 상태 변수
  let num = 0;  // 즉시 실행 함수에 의해 한번만 초기화됨.
  
  // 클로저인 메서드를 갖는 객체를 반환.
  // 객체 리터럴은 스코프를 만들지 않음. (= 아래 메서드들의 상위 스코프는 즉시 실행 함수의 렉시컬 환경)
  return {
    // num: 0  (프로퍼티는 public하므로 은닉되지 않는다.)
    increase() {
      return ++num;
    },
    decrease() {
      return num > 0 ? --num : 0;
    }
  };
}());
console.log(counter.increase());  // 1
console.log(counter.decrease());  // 0

// 2) 생성자 함수로 표현
const Counter = (function () {
  let num = 0;
  
  function Counter() {
    // this.num = 0;  // 여기에 프로퍼티 num을 추가하게 되면 public하므로 은닉되지 않음.
  }
  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.decrease());  // 0

// 3) 함수형 프로그래밍
function makeCounter(predicate) {
  // 카운트 상태를 유지하기 위한 자유 변수
  let counter = 0;
  
  // 클로저를 반환
  return function () {
    // 인수로 전달받은 보조 함수에 상태 변경을 위임.
    counter = predicate(counter);
    return counter;
  };
}
// 보조 함수
function increase(n) {
  return ++n;
}
function decrease(n) {
  return --n;
}
// 함수로 함수를 생성
// makeCounter 함수는 보조 함수를 인수로 전달받아 함수를 반환
const increaser = makeCounter(increase);
console.log(increaser());  // 1
// increaser 함수와는 별개의 독립된 렉시컬 환경을 갖기 때문에 카운터 상태가 연동하지 않음.
const decreaser = makeCounter(decrease);
console.log(decreaser());  // -1


// 상태를 공유하려면, makeCounter 함수를 두 번 호출하지 않기.
const counter = (function () {
  ...
}());

counter(increase);  // 1
counter(decrease);  // 0

캡슐화와 정보 은닉

• 캡슐화 - 객체의 상태를 나타내는 프로퍼티와 프로퍼티를 참조하고 조작할 수 있는 동작인 메서드를 하나로 묶는 것.
• 정보 은닉 - 객체의 특정 프로퍼티나 메서드를 감추는 것으로, 외부에 공개할 필요가 없는 구현의 일부를 외부에 공개되지 않도록 감추어 적절치 못한 접근으로부터 상태가 변경되는 것을 방지. 객체 간 상호 의존성을 낮추는 효과가 있다.

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(`I'm ${this.name}. I'm ${_age}`);
  };
  // 생성자 함수 반환
  return Person;
}());

const me = new Person('Lee', 20);
me.sayHi();  // I'm Lee. I'm 20
me.name;  // Lee
me._age;  // undefined
// 문제: 여러 개의 인스턴스를 생성할 경우, 은닉 변수의 상태가 유지되지 않음.
const you = new Person('Kim', 30);
me.sayHi();  // I'm Kim. I'm 30

자주하는 실수

• for문 안의 var 키워드로 선언된 변수는 함수레벨 스코프라서 전역변수가 된다.
  • => let 키워드로 쓰면 블록레벨 스코프의 지역변수가 되어 해결됨.