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2024.06.22
[딥다이브] - 24. 클로저
함수와 그 함수가 선언된 렉시컬 환경과의 조합
24.1. 렉시컬 스코프
자바스크립트 엔진은 렉시컬 스코프를 따르므로 함수의 호출 위치가 아닌 정의 위치에 따라 상위 스코프를 결정한다.
스코프는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경인데, 렉시컬 환경은 자신의 '외부 렉시컬 환경에 대한 참조'를 통해 상위 렉시컬 환경과 연결되며 이것이 스코프 체인이다. 즉, 렉시컬 환경의 '외부 렉시컬 환경에 대한 참조'에 저장할 상위 스코프에 대한 참조는 함수 정의가 평가되는 시점에 함수의 정의 위치에 의해 결정된다.
24.2. 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]
함수의 정의 위치와 호출 위치는 다를 수 있는데, 렉시컬 스코프가 가능하려면 호출 위치와 관계없이 정의 위치를 기억해야 한다. 이를 위해 함수는 내부 슬롯 [[Environment]]에 상위 스코프의 참조를 저장한다. 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조인 상위 스코프를 자신이 존재하는 한 기억하고 있다.
함수는 전역 코드가 평가되는 시전에 함수 객체를 생성하고 전역 객체 window의 메서드가 되는데, 이때 [[Environment]]에 전역 코드 평가 시점에 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경인 전역 렉시컬 환경의 참조가 저장된다. 이후 함수를 호출하며 함수 코드를 평가하고, 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정 단계에서 [[Environment]]에 담겨있던 렉시컬 환경의 참조(상위 스코프)를 할당하는데, 이것이 렉시컬 스코프이다.
24.3. 클로저와 렉시컬 환경
const x = 1
// ①
function outer() {
const x = 10
const inner = function () {
console.log(x)
} // ②
return inner
}
// outer 함수를 호출하면 중첩 함수 inner를 리턴한다.
// 그리고 outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 팝되어 제거된다.
const innerFunc = outer() // ③
innerFunc() // ④
outer를 호출(③)하면 중첩 함수 inner를 리턴하고 실행 컨텍스트가 콜 스택에서 제거되며 생명주기를 마감한다. 이때 outer 함수의 지역 변수 x와 변수 값 10을 저장하고 있던 outer 함수의 실행 컨텍스트가 제거되어 지역 변수 x에 접근할 수 없어 보이지만 코드의 실행 결과(④)는 outer 함수의 x의 값인 10이다. 이렇게 외부 함수보다 중첩 함수가 오래 유지되는 경우 중첩 함수는 생명 주기가 종료한 외부 함수의 변수를 참조할 수 있는데, 이러한 중첩 함수를 클로저라고 부른다.
위 예제에서 inner 함수는 자신이 평가될 때 위치에 의해 결정된 상위 스코프를 [[Environment]] 내부 슬롯에 저장한다. 이때 저장한 상위 스코프는 함수가 존재하는 한 유지된다. outer 함수가 평가되어 함수 객체를 생성(①)하는 시점에 전역 렉시컬 환경을 outer 함수 객체의 [[Environment]] 내부 슬롯에 상위 스코프로 저장한다. outer 함수를 호출하면 outer 함수의 렉시컬 환경이 생성되고 앞서 저장한 전역 렉시컬 환경을 outer 함수 렉시컬 환경의 '외부 렉시컬 환경에 대한 참조'에 할당한다. 그리고 중첩 함수 inner가 평가되며 중첩 함수 inner는 자신의 [[Environment]] 내부 슬롯에 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경, 즉 outer 함수의 렉시컬 환경을 상위 스코프로 저장한다.
outer 함수의 실행이 종료하면 inner 함수를 리턴하면서 outer 함수의 실행 컨텍스트가 실행 컨텍스트 스택에서 제거되며 생명 주기가 종료되지만, outer 함수의 렉시컬 환경까지 소멸하는 것은 아니다. 여전히 inner 함수의 [[Environment]] 내부 슬롯에 의해 참조되고 있고, inner 함수는 전역 변수 innerFunc에 의해 참조되고 있으므로 가비지 컬렉션의 대상이 되지 않는다.
외부 함수보다 오래 생존한 중첩 함수는 외부 함수의 생존 여부와 상관없이 상위 스코프를 참조할 수 있어 식별자를 참조하거나 값을 변경할 수 있다. 클로저에 의해 참조되는 상위 스코프의 변수를 자유 변수라고 부른다.
자바스크립트의 모든 함수는 상위 스코프를 기억하므로 이론적으로 모든 함수는 클로저라고 볼 수 있다. 그러나 상위 스코프의 어떤 식별자도 참조하지 않는 경우 최적화를 통해 상위 스코프를 기억하지 않으므로 이런 경우는 클로저라고 할 수 없다. 클로저는 중첩 함수가 상위 스코프의 식별자를 참조하고, 외부 함수보다 오래 유지되는 경우로 한정하는 것이 일반적이다.
24.4. 클로저의 활용
함수의 상태가 전역 변수를 통해 관리되고 있다면, 암묵적 결합을 통해 의도치 않게 상태가 변경될 수 있다. 이때 전역 변수를 지역 변수로 바꾸어 의도치 않은 상태 변경을 방지할 수 있다. 클로저는 상태가 의도치 않게 변경되지 않도록 안전하게 은닉하고 특정 함수에게만 상태 변경을 허용하여 상태를 안전하게 변경하고 유지하기 위해 사용한다.
let num = 0
const increase = function () {
return ++num
}
console.log(increase()) // 1
console.log(increase()) // 2
위 코드가 바르게 동작하려면 아래 조건이 지켜져야 한다.
- 카운트의 상태(num 값)은 increase 함수가 호출되기 전까지 변경되지 않고 유지되어야 함.
- 카운트 상태는 increase 함수만이 변경할 수 있어야 함.
하지만 카운트 상태는 전역 변수를 통해 관리되고 있어 누구나 접근하고 변경할 수 있다(암묵적 결합). 전역 변수를 지역 변수로 바꾸어 상태 변경을 방지할 수 있다.
const increase = function () {
let num = 0
return ++num
}
console.log(increase()) // 1
console.log(increase()) // 1
의도치 않은 상태 변경은 방지할 수 있지만, 지역 변수가 초기화되므로 상태 변경 이전 상태를 유지하지 못한다. 클로저를 사용해 이전 상태를 유지할 수 있다.
const increase = (function () {
let num = 0
return function () {
return ++num
}
})()
console.log(increase()) // 1
console.log(increase()) // 2
즉시 실행 함수를 호출해 리턴한 클로저 함수가 increase 변수에 할당된다. 즉시 실행 함수는 소멸되었지만, 리턴한 클로저가 increase 변수에 할당되어 호출되고 클로저는 카운트 상태를 유지하기 위한 자유 변수 num을 언제 어디서든 참조하고 변경할 수 있다. 즉시 실행 함수는 한 번만 호출되므로 increase가 호출되어도 num 변수가 초기화되지 않으며, 외부에서 num 변수에 접근할 수 없는 은닉된 private이므로 안전한 프로그래밍이 가능하다.
24.5. 캡슐화와 정보 은닉
캡슐화: 객체의 상태를 나타내는 프로퍼티와 프로퍼티를 참조하고 조작할 수 있는 동작인 메서드를 하나로 묶는 것
정보 은닉: 외부에 공개할 필요가 없는 코드를 공개되지 않도록 감추어 객체의 상태가 의도치 않게 변경되는 것을 방지하고, 객체 간의 상호 의존성, 즉 결합도를 낮추는 것
캡슐화는 객체의 특정 프로퍼티나 메서드를 감출 목적으로 사용하며, 이를 정보 은닉이라 한다. 대부분의 객체지향 프로그래밍 언어는 클래스의 프로퍼티와 메서드 등에 대해 접근 제한자(public,private,protected)를 선언해 공개 범위를 한정할 수 있다. 자바스크립트는 접근 제한자를 제공하지 않아 기본적으로 public하다.
function Person(name, age) {
this.name = name // public
let _age = age // private
// 인스턴스 메서드
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
위 예제의 name 프로퍼티는 public하지만 _age 변수는 Person 생성자 함수의 지역 변수이므로 외부에서 참조하거나 변경할 수 없어 private하다. 그러나 sayHi 메서드는 인스턴스 메서드로 Person 객체가 생성될 때마다 중복 생성된다. 프로토타입 메서드로 변경해 중복 생성을 방지할 수 있다.
// 프로토타입 메서드
Person.prototype.sayHi = function () {
// Person 생성자 함수의 지역 변수 _age를 참조할 수 없다.
console.log(`Hi! My name is ${this.name}. I am ${_age}.`)
}
그러나 Person.prototype.sayHi 메서드 내에서 _age 변수를 참조할 수 없는 문제가 있다. 즉시 실행 함수를 통해 Person과 Person.prototype.sayHi를 하나의 함수 내에 모을 수 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(`Hi! My name is ${this.name}. I am ${_age}.`)
}
// 생성자 함수를 리턴
return Person
})()
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.
위처럼 수정하면 정보 은닉이 가능하며, Person 생성자 함수와 sayHi 메서드는 이미 종료된 즉시 실행 함수의 지역 변수인 _age를 참조할 수 있는 클로저다. 그러나 Person 생성자 함수가 여러 인스턴스를 생성할 경우 _age변수의 상태가 유지되지 않는데, 이는 Person.prototype.sayHi 메서드가 단 한 번 생성되는 클로저라 그렇다. Person.prototype.sayHi 메서드의 상위 스코프는 어떤 인스턴스로 호출해도 동일한 상위 스코프를 사용하므로 _age 변수의 상태가 유지되지 않는다.
이렇게 자바스크립트의 정보 은닉은 완전하게 지원되지 않지만, 클래스에 private 필드를 정의할 수 있는 표준 사양이 있다. 이는 25.7.4절 'private 필드 정의 제안'에서 다룬다.
24.6. 자주 발생하는 실수
for 문의 변수 선언문에서 var 를 사용할 경우(for(var i = 0; i< 3; i++)), 함수 레벨 스코프를 갖는 전역 변수이므로 공통된 렉시컬 환경을 가져 문제가 발생하는 경우가 있다. let이나 const를 사용할 경우 코드 블록마다 독립적인 새로운 렉시컬 환경을 생성하여 함수의 상위 스코프가 식별자의 값을 유지할 수 있다. 단, 반복문의 코드 블록 내부에서 함수 정의가 없어 아무도 참조하지 않는 렉시컬 환경은 클로저가 아니므로 가비지 컬렉션의 대상이 된다.