[모던자바스크립트] 24장 - 클로저

렉시컬 스코프

자바스크립트 엔진은 함수를 어디서 호출했는지가 아니라 함수를 어디에 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정한다. 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.

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.

클로저와 렉시컬 환경

외부 함수 보다 중첩 함수가 더 오래 유지되는 경우 중첩 함수는 이미 생명 주기가 종료한 외부 함수의 변수를 참조할 수 있다. 이러한 중첩 함수를 클로저라고 부른다.

const x = 1;

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

const innerFunc = outer();
innerFunc(); // 10

❓ outer함수가 호출된 이후 outer 함수의 지역 변수 x는 생명주기를 마감하여 더는 유효하지 않게 되어 x 변수에 접근할 수 없어야 하는데 innerFunc()값이 10이 나오는 이유는?
👉 outer 함수의 실행이 종료하면 inner 함수를 반환하면서 outer 함수의 생명 주기가 종료된다. 즉, outer 함수의 실행 컨텍스트가 스택에서 제거된다. 이때 outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 제거되지만 outer 함수의 렉시컬 환경까지 소멸하는 것은 아니다. inner 함수는 전역 변수 innerFunc에 의해 참조되고 있으므로 가비지 컬렉션의 대상이 되지 않는다. 따라서 x 변수에 접근이 가능하여 10이 출력된다.

❗ 상위 스코프의 어떤 식별자도 참조하지 않는 함수는 클로저가 아니다. 또한 참조하고 있더라도 외부 함수보다 일찍 소멸되면 클로저라고 하지 않는다.

✔ 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.

클로저의 활용

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

🤷‍♂️ 함수가 호출될 때마다 호출된 횟수를 누적하여 출력하는 카운터

👎 좋지 않은 코드

let num = 0;
const increase = function () {
  return ++num;
};
console.log(increase()); // 1
console.log(increase()); // 2
console.log(increase()); // 3

❗ 전역 변수(num)로 카운트 상태를 관리하고 있기 때문에 누구든 접근하고 변경이 가능하다

👍 좋은 코드

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

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

✔ 즉시 실행 함수는 한 번만 실행되므로 num 변수가 초기화될 일은 없다.

✔ num 변수는 외부에서 직접 접근할 수 없는 은닉된 private 변수이므로 변경을 걱정할 필요가 없다.

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.

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

🤷‍♀️ 위 예제를 생성자 함수로 표현한 코드

const Counter = (function () {
  let num = 0;
  function Counter() {
  }
  
  Counter.prototype.increase = function() {
    return ++num;
  };
  Counter.prototype.decrease = function() {
    return num > 0 ? --num : 0;
  };
  
  return Counter;
}());

const counter = new Counter();

✔ 즉시 실행 함수 내에서 선언된 num 변수는 인스턴스를 통해 접근할 수 없으며, 즉시 실행 함수 외부에서도 접근할 수 없는 은닉된 변수다.

✔ increase, decrease는 프로토타입을 통해 상속되는 프로토타입 메서드이지만 즉시 실행 함수의 자유 변수 num을 참조할 수 있다. 즉, num 변수의 값은 increase,decrease 메서드만이 변경할 수 있다.

🤷‍♂️ 함수형 프로그래밍에서 클로저를 활용하는 예제

const counter = (function() {
  let counter = 0; // 자유 변수
  
  // 함수를 인수로 전달받는 클로저 반환
  return function (predicate) {
    // 인수로 전달받은 보조 함수에 상태 변경 위임
    counter = predicate(counter);
    return counter;
  };
}());

// 보조함수
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

✔ 일반 함수로 만들어서 함수를 전달받고 함수를 반환하는 고차 함수로 만들게 되면 보조 함수에 따라 여러번 호출할 수 있어서 함수를 반환할 때 반환된 함수는 자신만의 독립된 렉시컬 환경을 갖는다.

❗ 카운터 증감이 연동이 되지 않을 수 있다.

👉 따라서 독립된 카운터가 아닌 연동하여 증감이 가능한 카운터를 만들려면 렉시컬 환경을 공유하는 클로저를 만들어야 한다.

캡슐화와 정보 은닉

캡슐화(encapsulation)는 객체의 상태를 나타내는 프로퍼티와 프로퍼티를 참조하고 조작할 수 있는 동작인 메서드를 하나로 묶는 것을 말한다. 캡슐화는 객체의 특정 프로퍼티나 메서드를 감출 목적으로 사용하기도 하는데 이를 정보 은닉이라 한다.

✔ 정보은닉은 외부에 공개할 필요가 없는 구현의 일부를 외부에 공개되지 않도록 감추어 적절치 못한 접근으로부터 객체의 상태가 변경되는 것을 방지해 정보를 보호하고, 객체 간의 상호 의존성, 즉 결합도를 낮추는 효과가 있다.

fuction Person(name, age) {
  this.name  = name; // public
  let _age = age; // private
}
// Person 생성자 함수의 지역 변수 _age를 참조할 수 없다.
Person.prototype.sayHi = function () {
  console.log(`${this.name} , ${_age}.`);
};

❓ 어떻게 해야 _age를 참조할 수 있을까?
👉 즉시 실행 함수를 사용

const Person = (function () {
  let _age = 0; // private
  
  function Person(name, age) {
    this.name = name; // public
    _age = age;
  }
  Person.prototype.sayHi = function () {
    console.log(`${this.name} , ${_age}.`);
  };
  return Person;
}());

Person 생성자 함수와 sayHi 메서드는 이미 종료되어 소멸한 즉시 실행 함수의 지역 변수 _age를 참조할 수 있는 클로저다.

자주 발생하는 실수

👎 바르게 동작하지 않는 코드

var funcs = [];

for (var i = 0; i<3; i++) {
  funcs[i] = function () {return i; };
}

for (var j = 0; j<funcs.length; j++) {
  console.log(funcs[j]());
}

원했던 결과 : 0, 1, 2
실제 결과 : 3, 3, 3

❗ for문의 변수 선언문에서 선언한 var 키워드 i 변수는 함수 레벨 스코프를 갖기 때문에 전역변수 이므로 전역 변수 i를 참조하여 i의 값 3이 출력된다.

👍 클로저를 활용하여 바르게 동작하는 코드

var funcs = [];

for (var i = 0; i< 3; i++) {
  funcs[i] = (function id) {
    return function () {
      return id;
    };
  }(i));
}

for (var j = 0; j < funcs.length; j++) {
  console.log(funcs[j]());
}

i를 인수로 받아 매개변수 id에 할당한 후 중첩 함수를 반환하고 종료된다. 매개 변수 id는 즉시 실행 함수가 반환한 중첩 함수의 상위 스코프에 존재하기 때문에 자유 변수가 되어 그 값이 유지된다.

👍 let을 사용하여 해결한 코드

const funcs = [];

for(let i = 0; i < 3; i++) {
  func[i] = function () { return i; };
}

for(let i = 0; i < funcs.length; i++) {
  console.log(funcs[i]()); // 0 1 2
}

✔ for문이 반복될 때마다 독립적인 렉시컬 환경을 생성하여 식별자의 값을 유지한다.
✔ let이나 const 키워드를 사용하는 반복문은 코드 블록을 반복 실행할 때마다 새로운 렉시컬 환경을 생성하여 반복할 당시의 상태를 저장한다.

👍 함수형 프로그래밍 기법인 고차 함수를 사용하여 해결한 코드

// 배열의 요소로 추가된 함수들은 모두 클로저다
const funcs = Array.from(new Array(3), (_, i) => () => i);

funcs.forEach(f => console.log(f())); // 0 1 2