[ 모던 자바스크립트 ] 24. 클로저

클로저 - JavaScript | MDN

 

"A closure is the combination of a function and the lexical environment within which that function was declared."
클로저는 함수와 그 함수가 선언된 렉시컬 환경과의 조합이다.

 

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1) 렉시컬 스코프 (정적 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.

 

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2) 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]

함수는 자신의 내부 슬롯 [[Environment]]에 자신이 정의된 환경, 즉 상위 스코프의 참조를 저장한다.

함수 객체는 상위 스코프를 자신이 존재하는 한 기억한다.

 

const x = 1;

function foo() {
	const x = 10;
	
	// 함수 호출 위치와 상위 스코프는 아무런 관계가 없다.
	bar();
}

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

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

 

함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에는 함수 정의가 평가된 시점(전역 코드 평가 시점)에 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경(전역 렉시컬 환경)의 참조가 저장된다.

함수 코드 평가 시점에 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에는 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 렉시컬 환경의 참조가 할당된다.

 

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3) 클로저와 렉시컬 환경

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.

 

😎 클로저 함수는 만들어진 환경을 기억하여 외부 함수의 실행이 끝나더라도 외부 함수 내 변수를 사용할 수 있다. 즉, 내부 함수에서 외부 함수의 지역변수에 접근 가능하다. 이러한 특성을 활용하여 캡슐화, 은닉화 등을 구현할 수 있다. 

 

자바스크립트의 모든 함수는 자신의 상위 스코프를 기억한다고 했다. 모든 함수가 기억하는 상위 스코프는 함수를 어디서 호출하든 상관없이 유지된다. 따라서 함수를 어디서 호출하든 상관없이 함수는 언제나 자신이 기억하는 상위 스코프의 식별자를 참조할 수 있으며 식별자에 바인딩된 값을 변경할 수도 있다.

 

const x = 1;

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

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

 

outer 함수의 실행이 종료하면 inner 함수를 반환하면서 outer 함수의 생명 주기가 종료된다. 이때 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.

 

😎 클로저를 통해 내부 변수를 참조하는 동안에는 가비지 컬렉터가 내부 변수가 차지하는 메모리를 회수하지 않기 때문에 클로저 사용이 끝나면 참조를 제거하는 것이 좋다. 

 

외부 함수보다 더 오래 생존한 중첩 함수는 외부 함수의 생존 여부와 상관없이 자신이 정의된 위치에 의해 결정된 상위 스코프를 기억한다.

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

 

※ 자유 변수 : 클로저에 의해 참조되는 상위 스코프의 변수

 

모던 자바스크립트 엔진은 상위 스코프의 식별자 중에서 기억해야 할 식별자만 기억한다. (클로저가 참조하고 있는 식별자)

 

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4) 클로저의 활용

클로저는 상태를 안전하게 변경하고 유지하기 위해 사용한다.

다시 말해, 상태가 의도치 않게 변경되지 않도록 상태를 안전하게 은닉하고 특정 함수에게만 상태 변경을 허용하기 위해 사용한다.

 

 

☑ 예시

함수 호출 시마다 호출된 횟수를 누적하여 출력하는 카운터

1. 카운트 상태(num 변수의 값)는 increase 함수가 호출되기 전까지 변경되지 않고 유지되어야 한다.
2. 이를 위해 카운트 상태는 increase 함수만이 변경할 수 있어야 한다.

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 increase가 호출될 때마다 num 변수가 재차 초기화될 일은 없다.
  • 함수가 처음 실행될 때 외부 함수의 스코프에 있는 변수들은 클로저에 의해 계속 유지되기 때문이다.
• num 변수는 외부에서 직접 접근할 수 없는 은닉된 private 변수이다.
• num 변수의 상태는 increase 함수만이 변경할 수 있다.

 

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

 

외부 상태 변경이나 가변 데이터를 피하고 불변성을 지향하는 함수형 프로그래밍에서 부수 효과를 최대한 억제하여 오류를 피하고 프로그램의 안정성을 높이기 위해 클로저는 적극적으로 사용된다.

 

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5) 캡슐화와 정보 은닉

캡슐화는 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.

 

정보 은닉은 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.

 

자바스크립트는 public, private, protected 같은 접근 제한자를 제공하지 않는다. 따라서 자바스크립트 객체의 모든 프로퍼티와 메서드는 기본적으로 외부에 공개되어 있다.

 

자바스크립트는 정보 은닉을 완전하게 지원하지 않는다. → 클래스에 private 필드를 정의할 수 있는 새로운 표준 사양이 제안되어 있다.

 

📌 ES2019에서 #를 prefix를 추가해 private class 필드를 선언할 수 있게 되었다. ◾ #은 이름 자체의 일부이기 때문에 선언과 접근 시 모두 붙여줘야 한다. ◾ 또한 캡슐화는 언어로부터 강제되기 때문에, 스코프 밖에서 #이 붙은 변수(private)를 참조하려 하면 SyntaxError가 발생한다. Private class fields - JavaScript | MDN

 

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6) 자주 발생하는 실수

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]());   // 3 3 3
}

 

for 문의 변수 선언문에서 var 키워드로 선언한 i 변수는 블록 레벨 스코프가 아닌 함수 레벨 스코프를 갖기 때문에 전역 변수다.

※ 함수 레벨 스코프는 if, for, while 등의 코드 블록은 인정하지 않는다.

 

전역 변수 i에는 0, 1, 2가 순차적으로 할당된다. 따라서 funcs 배열의 요소로 추가한 함수를 호출하면 전역 변수 i를 참조하여 i의 값 3이 출력된다.

※ funcs[j]() 는 funcs 배열의 각 요소가 반환하는 함수를 호출하는 것 → 즉, 전역 변수인 i를 계속해서 반환하기 때문에 3이 세 번 출력된다.

 

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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]());    // 0 1 2
}

 

즉시 실행 함수는 전역 변수 i에 현재 할당되어 있는 값을 인수로 전달받아 매개변수 id에 할당한 후 중첩 함수를 반환하고 종료된다. 즉시 실행 함수가 반환한 함수는 funcs 배열에 순차적으로 저장된다.

※ 즉시 실행 함수는 현재 반복에서의 i 값을 캡처한다. → 각 함수가 생성될 때 고유한 i 값을 가질 수 있다.

 

즉시 실행 함수가 반환한 중첩 함수는 클로저이고, 매개변수 id는 자유 변수가 되어 그 값이 유지된다.

 

⬇

 

ES6의 let 키워드를 사용하면 이 같은 번거로움이 깔끔하게 해결된다.

※ let은 블록 레벨 스코프이므로 if, for, while 문 등의 코드 블록 또한 스코프로 인정한다.

const funcs = [];

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

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

 

for 문의 코드 블록이 반복 실행될 때마다 for 문 코드 블록의 새로운 렉시컬 환경이 생성된다.

함수의 상위 스코프는 for 문의 코드 블록이 반복 실행될 때마다 식별자의 값을 유지해야 한다. 이를 위해 for 문이 반복될 때마다 독립적인 렉시컬 환경을 생성하여 식별자의 값을 유지한다.

 

let이나 const 키워드를 사용하는 반복문(for 문, for…in 문, for…of 문, while 문 등)은 코드 블록을 반복 실행할 때마다 새로운 렉시컬 환경을 생성하여 반복할 당시의 상태를 마치 스냅숏을 찍는 것처럼 저장한다. 단, 이는 반복문의 코드 블록 내부에서 함수를 정의할 때 의미가 있다.

 

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또 다른 방법으로 고차 함수를 사용하는 방법이 있다. 이 방법은 변수와 반복문의 사용을 억제할 수 있기 때문에 오류를 줄이고 가독성을 좋게 만든다.

const funcs = Array.from(new Array(3), (_, i) => () => i);   // (3) [f, f, f]

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

 

 

 

 

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출처: 이웅모, 『모던 자바스크립트 Deep Dive』 - 위키북스