24장 클로저

이로그·2024년 1월 16일
js모던 자바스크립트 Deep Dive
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24장 클로저

  • 클로저는 자바스크립트 고유의 개념이 아니므로 클로저의 정의가 ECMAScript 사양에 등장하지 않는다.

24.1 렉시컬 스코프

  • 렉시컬 스코프 : 함수를 어디서 호출했는지가 아니라 함수를 어디에 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정함.
  • 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.

24.2 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]

  • 함수가 정의되는 위치와 호출되는 위치는 다를수 있기 때문에, 함수는 자신이 정의된 위치, 즉 상위 스코프를 기억해야 한다.
  • 함수는 자신의 내부 슬롯 [[Environment]]에 자신이 정의된 환경, 즉 상위 스코프의 참조를 저장한다.
  • 이때 상위 스코프의 참조는 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경을 가리킨다.
  • 전역에 정의된 함수의 경우, 전역 코드가 평가되는 시점에 평가되어 함수 객체를 생성하고 전역 렉시컬 환경의 참조가 저장된다.
  • 함수 내부에 정의된 함수의 경우, 외부 함수 코드가 실행되는 시점에 평가되어 함수 객체를 생성하고 외부 함수 렉시컬 환경의 참조가 저장된다.
  • 따라서 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 것은 상위 스코프다.
const x = 1;

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

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

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

24.3 클로저와 렉시컬 환경

  • 클로저 : 외부 함수보다 중첩 함수가 더 오래 유지되는 경우 중첩 함수는 이미 생명 주기가 종료한 외부 함수의 변수를 참조할 수 있다.
const x = 1;

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

const innerFunc = outer();
innerFunc(); //  10
  • 위의 코드를 보면 중첩함수의 생명주기가 모두 끝났지만, innerFunc를 호출 했을때 여전히 outer 함수의 x의 값인 10을 출력한다. outer 함수의 생명주기가 종료되었지만, outer 함수의 x 변수에 접근할 수 있다. 이런 현상을 클로저라고 한다.
  • outer 함수의 생명주기가 종료되어, outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 제거되지만 outer 함수의 렉시컬 환경까지 소멸하는 것은 아니다.
  • outer 함수의 렉시컬 환경은 inner 함수의 [[Environment]] 내부 슬롯에 의해 참조되고 있고 inner 함수는 전역 변수 innerFunc에 의해 참조되고 있으므로 가비지 컬렉션의 대상이 되지 않기 때문이다.
  • 자바스크립트의 모든 함수는 상위 스코프를 기억하므로 이론적으로 모든 함수는 클로저다. 하지만 일반적으로 모든 함수를 클로저라고 하지는 않는다.
function foo() {
    const x = 1;
    const y = 2;

    function bar() {
        const z = 3;

        console.log(z);
    }

    return bar;
}

const bar = foo();
bar();
  • 위의 코드에서 중첩 함수 bar는 외부 함수 foo 보다 더 오래 유지되지만, 상위 스코프의 어떠한 식별자도 참조하지 않기 때문에 클로저라고 할 수 없다.
function foo() {
    const x = 1;

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

foo();
  • 위의 코드에서 중첩 함수 bar는 상위 스코프의 식별자를 참조하지만, 외부 함수 foo의 외부로 중첩 함수 bar가 반환되지 않는다. 이러한 경우 클로저라고 할 수 없다.
function foo() {
    const x = 1;
    const y = 2;

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

    return bar;
}

const bar = foo();
bar();
  • 위의 코드에서 중첩 함수 bar는 상위 스코프의 식별자를 참조하고 있으며, 외부 함수의 외부로 반환되어 외부함수보다 생명주기가 더 길다. 그러므로 클로저다.
  • 클로저는 중첩 함수가 상위 스코프의 식별자를 참조하고 있고, 중첩 함수가 외부 함수보다 더 오래 유지되는 경우에 한정하는 것이 일반적이다.
  • 클로저에 의해 참조되는 상위 스코프의 변수를 자유 변수라고 부른다.
  • 모던 자바스크립트 엔진은 상위 스코프의 식별자 중에서 기억해야 할 식별자만 기억한다. 즉 클로저의 메모리 점유는 걱정할 대상이 아니다.

24.4 클로저의 활용

  • 클로저는 상태를 안전하게 변경하고 유지하기 위해 사용한다.
  • 상태가 의도치 않게 변경되지 않도록 상태를 안전하게 은닉 하고 특정 함수에게만 상태 변경을 허용하기 위해 사용한다.
  • 함수가 호출될 때마다 호출된 횟수를 누적하여 출력하는 카운터를 만든다고 할때.
let num = 0;

const increase = function() {
    return ++num;
};

console.log(increase()); // 1
console.log(increase()); // 2
console.log(increase()); // 3
  • 위의 코드는 잘 동작하지만 오류를 발생 시킬 가능성이 있어 좋지 않은 코드다. 전역 변수인 num의 값이 변경되면 이는 오류로 이어지기 때문이다.

const increase = function() {
    let num = 0;
    return ++num;
};

console.log(increase()); // 1
console.log(increase()); // 1
console.log(increase()); // 1
  • 위의 코드는 전역 변수를 지역 변수로 변경해 의도치 않은 상태 변경은 방지 했지만, 함수를 호출 할 때마다 변수가 0으로 초기화되기 때문에 이전 상태를 유지하지 못한다.
const increase = (function(){
    // 카운트 상태 변수
    let num = 0;

    // 클로저
    return function() {
        return ++num;
    };
}());

console.log(increase()); // 1
console.log(increase()); // 2
console.log(increase()); // 3
  • 위의 코드는 클로저를 활용 했다. 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 함수는 한 번만 실행되므로 increase가 호출될 때마다 num 변수가 재차 초기화 될 일은 없을 것이다.
  • 이처럼 클로저는 상태가 의도치 않게 변경되지 않도록 안전하게 은닉하고 특정 함수에게만 상태 변경을 허용하여 상태를 안전하게 변경하고 유지하기 위해 사용한다.
const counter = (function(){
    let num = 0;

    return {
        increase() {
            return ++num;
        },
        decrease() {
            return --num;
        }
    };
}());

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

console.log(counter.decrease()); // 1
console.log(counter.decrease()); // 0
  • 위의 코드는 카운트 상태를 증가/감소 시키기 위한 코드다.
  • 객체 리터럴의 중괄호는 코드 블록이 아니므로 별도의 스코프를 생성하지 않는다. increase, decrease 메서드의 상위 스코프는 즉시 실행 함수 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경이다.
  • 생성자 함수로 표현시 아래와 같다.
const Counter = (function(){
    let num = 0;

    function Counter() {

    }

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

    Counter.prototype.decrease = function() {
        return --num;
    };

    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
  • 상태 변경이나 가변 데이터를 피하고 불변성을 지향하는 함수프로그래밍에서 부수 효과를 최대한 억제하여 오류를 피하고 프로그램의 안정성을 높이기 위해 클로저는 적극적으로 사용된다.
// 함수를 인수로 전달받고 함수를 반환하는 고차 함수
function makeCounter(predicate) {
    let counter = 0;

    // 클로저
    return function () {
        // 인수로 전달 받은 보조 함수에 상태 변경을 위임한다.
        counter = predicate(counter);
        return counter;
    };
}

// 보조 함수
function increase(n) {
    return ++n;
}

function decrease(n) {
    return --n;
}

const increaser = makeCounter(increase);
console.log(increaser()); // 1
console.log(increaser()); // 2

const decreaser = makeCounter(decrease);
console.log(decreaser()); // -1
console.log(decreaser()); // -2
  • 위의 코드는 함수형 프로그래밍에서 클로저를 활용하는 간단한 예제다.
  • 위의 코드의 문제점은 카운터 상태가 연동되지 않는다. 이는 makeCounter 함수를 호출해 함수를 반환할 때 반환된 함수는 자신만의 독립된 렉시컬 환경을 갖기 때문이다.
  • 따라서 독립된 카운터가 아니라 연동하여 증감이 가능한 카운터를 만들려면 렉시컬 환경을 공유하는 클로저를 만들어야 한다.
const counter = (function(){
    let counter = 0;

    return function(predicate) {
        counter = predicate(counter);
        return counter;
    };
}());

function increase(n) {
    return ++n;
}

function decrease(n) {
    return --n;
}

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

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

24.5 캡슐화와 정보 은닉

  • 캡슐화 : 객체의 상태를 나타내는 프로퍼티와 프로퍼티를 참조하고 조작할 수 있는 동작인 메서드를 하나로 묶는 것
  • 캡슐화는 객체의 특정 프로퍼티나 메서드를 감출 목적으로 사용하기도 하는데 이를 정보 은닉이라고 한다.
  • 대부분의 객체지향 프로그래밍은 접근 제한자 키워드를 제공하지만, 자바스크립트는 제공하지 않는다. 객체의 모든 프로퍼티와 메서드를 기본적으로 public 하다.
function Person(name, age) {
    this.name = name; // public
    let _age = age; // private

    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
  • 위의 코드에서 name 프로퍼티는 public하지만, _age 변수는 Person 생성자 함수의 지역 변수이므로 Person 생성자 함수 외부에서 참조하거나 변경할 수 없다. _age 변수는 private하다.
  • 하지만, sayHi가 인스턴스 메서드이므로 Person 객체가 생성될 때마다 중복 생성된다.
function Person(name, age) {
    this.name = name; // public
    let _age = age; // private
}

Person.prototype.sayHi = function(){
    console.log(`Hi! My name is ${this.name}. I am ${_age}.`);
};
  • 중복 생성을 방지하기 위해 프로토타입 메서드로 변경 하면 Person 생성자 함수의 지역 변수 _age를 참조할 수 없는 문제가 발생한다.
const Person = (function(){
    let _age = 0; // private

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

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

    // 생성자 함수 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
  • 위의 코드처럼 활용하면 접근 제한자 키워드를 제공하지 않는 자바스크립트에서도 정보 은닉이 가능한 것처럼 보인다.
  • 하지만 위의 코드에도 문제점은 있다. 여러개의 인스터스를 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.

me.sayHi(); // Hi! My name is Lee. I am 30.
  • 즉시 실행 함수가 호출될 때 Person.prototype.sayHi 메서드가 생성이 되는데, 즉시 실행 함수는 단 한번 생성되기 때문이다.

24.6 자주 발생하는 실수

  • let 키워드가 나오기 전에, var 키워드를 이용하여 for문을 사용할때 함수 레벨 스코프 특성으로 인해 var 키워드로 선언한 변수가 전역 변수가 되기 때문에 발생하는 현상이 있었지만, 지금은 let을 보편적으로 사용하기 때문에 일단 넘어간다.
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