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nhyunzi

[모던 자바스크립트 Deep Dive] 24 클로저 본문

카테고리 없음

[모던 자바스크립트 Deep Dive] 24 클로저

nhyunzi 2024. 12. 23. 03:41

클로저는 난해하기로 유명한 개념 중 하나로 앞서 살펴본 실행 컨텍스트에 대한 사전 지식이 있으면 이해하기 어려운 개념은 아니다.

클로저는 자바스크립트 고유 개념은 아니기 때문에 ECMAScript 사양에 등장하지 않는다.
MDN에서는 클로저를 다음과 같이 정의하고 있다. '' 클로저는 함수와 그 함수가 선언된 렉시컬 환경과의 조합이다"

 

24.1 렉시컬 스코프

렉시컬 스코프를 실행 컨텍스트의 관점에서 살펴본다. 자바스크립트 엔진은 함수를 어디서 호출했는지가 아니라 함수를 어디에 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정한다. 이를 렉시컬 스코프(정적 스코프)라 한다.

const x = 1;
function foo(){
	const x = 10;
    bar();
}
 
function bar(){
	console.log(x);
}
 
foo(); // 1
bar(); // 1

위 예제의 foo(), bar() 함수는 모두 전역에서 정의된 전역 함수이다. 함수의 상위 스코프는 함수를 어디서 정의했느냐에 따라 결정되므로 foo와 bar의 상위 스코프는 전역이다. 함수를 어디서 호출하는지는 함수의 상위 스코프 결정에 어떠한 영향도 주지 못한다. 스코프의 실체는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경이다. 이 렉시컬 환경은 자신의 "외부 렉시컬 환경에 대한 참조"를 통해 상위 렉시컬 환경과 연결된다. 이것이 바로 스코프 체인이다.

 

따라서 "함수의 상위 스코프를 결정한다"는 것은 "렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 저장할 참조값을 결정한다"는 것과 같다. 렉시컬 환경의 "외부 렉시컬 환경에 대한 참조"에 저장할 참조값이 바로 상위 렉시컬 환경에 대한 참조이며, 이것이 상위 스코프이기 때문이다. 따라서 렉시컬 스코프를 다시 정의하면 렉시컬 스코프는 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 정의된 위치와 호출되는 위치는 다를 수 있다. 따라서 렉시컬 스코프가 가능하려면 함수는 자신이 호출되는 환경과는 상관없이 자신이 정의된 환경, 즉 상위 스코프를 기억해야한다. 이를 위해 함수는 자신의 내부 슬롯 [[Environment]]에 자신이 정의된 환경, 즉 상위 스코프의 참조를 저장한다.

 

함수 정의가 평가되어 함수 객체를 생성할 때 자신이 정의된 위치에 의해 결정된 상위 스코프의 참조를 자신의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장한다. 이때, 상위 스코프의 참조는 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경을 가리킨다.

왜냐하면 함수 정의가 평가되어 함수 객체를 생성하는 시점은 함수가 정의된 환경의 코드가 평가 또는 실행되고 있는 시점이며, 이때 현재 실행중인 실행 컨텍스트는 상위함수 또는 전역 코드의 실행 컨텍스트이기 때문이다.

24.3 클로저와 렉시컬 환경

const x = 1;
 
function outer(){
	const x = 10;
    const inner = function () {console.log(x);};
    return inner;
}
const innerFunc = outer();
innerFunc(); // 10

 

outer 함수를 호출하면 outer 함수는 중첩 함수 inner를 반환하고 생명 주기를 마감한다. 즉, outer 함수의 실행이 종료되면 outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 제거된다. 이때 outer 함수의 지역 변수 x와 변수 값 10을 저장하고 있던 outer 함수의 실행 컨텍스트가 제거되었으므로 outer 함수의 지역변수 x 또한 생명 주기를 마감한다. 따라서 outer 함수의 지역 변수 x는 더는 유효하지 않게 되어 x 변수에 접근할 수 있는 방법은 달리 없어보인다.

그러나 위 코드의 실행결과는 outer 함수의 지역 변수 x의 값인 10이다. 이미 생명 주기가 종료되어 실행 컨텍스트 스택에서 제거된 outer 함수의 지역 변수 x가 다시 부활이라도 한 듯이 동작하고 있다.

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

 

자바스크립트의 모든 함수는 자신의 상위 스코프를 기억한다. 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.

위 예제의 inner 함수는 자신이 평가될 때 자신이 정의된 위치에 의해 결정된 상위 스코프를 [[Environment]] 내부 슬롯에 저장한다. 이때 저장된 상위 스코프는 함수가 존재하는 한 유지된다.

이는 outer 함수의 실행이 종료하면 inner 함수를 반환하면서 outer 함수의 생명 주기가 종료되어 실행 컨텍스트 스택에서 제거되었어도 렉시컬 환경까지 소멸하는 것은 아니기 때문이다. 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. 가비지 컬렉터는 누군가 참조하고 있는 메모리 공간을 함부로 해제하지 않는다.

 

클로저라 할 수 없는 경우는 2가지가 있다.

  • 상위 스코프의 어떤 식별자도 참조하지 않는 경우는 클로저라 할 수 없다.
  • 중첩 함수에서 상위 스코프의 식별자를 참조하지만 외부 함수보다 일찍 소멸되는 경우 클로저가 맞긴하지만 일반적으로 클로저라 하지 않는다.

클로저는 중첩 함수가 상위 스코프의 식별자를 참조하고 있고 중첩 함수가 외부 함수보다 더 오래 유지되는 경우에 한정하는 것이 일반적이다. 상위 스코프의 x,y 중 x만 참조하고 있는 경우 대부분의 모든 브라우저는 최적화를 통해 상위 스코프의 식별자 중 클로저가 참조하고 있는 식별자만을 기억한다. 클로저에 의해 참조되는 상위 스코프의 변수(위의 경우 foo()의 x 변수)를 자유 변수라고 부른다. 

 

24.4 클로저의 활용

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

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

increase가 잘 동작하긴 하지만

  1. 카운트 상태(num의 값)는 increase 함수가 호출되기 전까지 변경되지 않고 유지되어야한다.
  2. 이를 위해 카운트 상태(num의 값)는 increase 함수만이 변경할 수 있어야 한다.
    이 두 조건을 지키지 못하기 때문에 오류가 발생할 수 있는 코드이다.

전역변수 num을 increase 함수의 지역 변수로 바꾸어 의도치 않은 상태 변경을 방지해본다.

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

num 변수의 상태는 increase 함수만이 변경할 수 있도록 변경했다.
하지만 increase 함수가 호출될 때 마다 num은 다시 선언되고 0으로 초기화 되기 때문에 출력 결과는 언제나 1이다. 상태가 변경되기 이전 상태를 유지하지 못한다. 클로저를 한번 사용해본다.

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

 

코드가 실행되면 즉시 실행 함수가 호출되고 즉시 실행 함수가 반환한 함수가 increase 변수에 할당된다.
즉시 실행 함수는 호출된 이후 소멸되지만 즉시 실행 함수가 반환한 클로저는 increase 변수에 할당되어 호출된다. 이때 즉시 실행 함수가 반환한 클로저는 자신이 정의된 위치에 의해 결정된 상위 스코프인 즉시 실행 함수의 렉시컬 환경을 기억하고 있다. 따라서 즉시 실행 함수가 반환한 클로저는 카운트 상태를 유지하기 위한 자유 변수 num을 언제 어디서 호출하든지 참조하고 변경할 수 있다. 즉시 실행 함수는 한 번만 실행되므로 increase가 호출될 때마다 num 변수가 재차 초기화될 일은 없을것이다.

 

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

24.5 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.

 

대부분의 객체 지향 프로그래밍 언어에서는 클래스를 정의하고 그 클래스를 구성하는 멤버에 대하여 public, private, protected 같은 접근 제한자를 선언해 공개 범위를 한정할 수 있다.하지만 자바스크립트는 그러한 접근 제한자를 제공하지 않는다. 따라서 자바스크립트 객체의 모든 프로퍼티와 메서드는 기본적으로 외부에 공개되어있어 public하다.

function Person(name, age){
    this.name = name;
    let _age = age;
 
    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
 
const you = new Person('Kim',30);
you.sayHi();//Hi! My name is Kim. I am 30
console.log(you.name);//Kim
console.log(you._age);//undefined

현재 name 프로퍼티는 현재 외부로 공개되어 있어 자유롭게 참조하거나 변경할 수 있는 public이다.

반면에 _age는 지역 변수이므로 Person 생성자 함수 외부에서 참조하거나 변경할 수 없는 private이다.

이 코드는 sayHi 메서드가 인스턴스 메서드이므로 Person 객체가 생성될 때마다 중복 생성된다.

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

 

이제 sayHi 프로토타입 메서드가 _age를 참조할 수 없는 문제가 발생한다.

const Person = (function(){
    let _age = 0;
 
    function Person(name, age){
        this.name = name;
        _age = age;
    }
 
    Person.prototype.sayHi = function(){
        console.log(`Hi! My name is ${this.name}. I am ${_age}`);
    };
 
    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
 
const you = new Person('Kim',30);
you.sayHi();//Hi! My name is Kim. I am 30
console.log(you.name);//Kim
console.log(you._age);//undefined

위 코드를 보면 public, private, protected 같은 접근 제한자를 제공하지 않는 자바스크립트에서도 정보 은닉이 가능한 것처럼 보인다. 하지만 위 코드도 문제가 있다. Person 생성자 함수가 여러 개의 인스턴스를 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

 

이는 Person.prototype.sayHi 메서드가 단 한번 생성되는 클로저이기 때문에 발생하는 현상이다. Person.prototype.sayHi 메서드는 자신의 상위 스코프인 즉시 실행 함수의 렉시컬 환경의 참조를 [[Environment]]에 저장하여 기억한다. 따라서 Person 생성자 함수의 모든 인스턴스가 상속을 통해 호출할 수 있는 Person.prototype.sayHi 메서드의 상위 스코프는 어떤 인스턴스로 호출하더라도 하나의 동일한 상위 스코프를 사용하게 된다. 이러한 이유로 Person 생성자 함수가 여러 개의 인스턴스를 생성할 경우 위와 같이 _age 변수의 상태가 유지되지 않는다.

 

이처럼 자바스크립트는 정보 은닉을 완전하게 지원하지 않는다. 인스턴스 메서드를 사용한다면 자유 변수를 통해 private를 흉내 낼 수는 있지만 프로토타입 메서드를 사용하면 이마저도 불가능해진다. ES6의 Symbol 또는 WeakMap을 이용해 private한 프로퍼티를 흉내내기도 했으나 근본적인 해결책이 되지는 않는다.

 

24.6 자주 발생하는 실수

클로저를 사용할 때 자주 발생할 수 있는 실수이다.

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
}

0,1,2가 출력되기를 기대했겠지만 3,3,3이 출력된다.
원하는 결과를 위해 클로저를 사용해 수정해본다.

 

1. 즉시 실행 함수 사용

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]()); 
}

 

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.

이때 즉시 실행 함수의 매개변수 id는 즉시 실행 함수가 반환한 중첩 함수의 상위 스코프에 존재한다. 즉시 실행 함수가 반환한 중첩 함수는 자신의 상위 스코프를 기억하는 클로저이고, 매개변수 id는 즉시 실행 함수가 반환한 중첩 함수에 묶여있는 자유 변수가 되어 그 값이 유지된다

 

2. let 키워드 사용

var funcs = [];
 
for(let i = 0; i<3 ; i++){
    funcs[i] = function(){return i;} 
}
for(let  j=0;j<funcs.length; j++){
    console.log(funcs[j]()); 
}

for문의 변수 선언문에서 let 키워드로 선언한 변수를 사용하면 for 문의 코드 블록이 반복 실행될 때마다 for 문 코드 블록의 새로운 렉시컬 환경이 생성된다. 만약 for 문의 코드 블록 내에서 정의한 함수가 있다면 이 함수의 상위 스코프는 for 문의 코드 블록이 반복 실행될 때마다 생성된 for 문 코드 블록의 새로운 렉시컬 환경이다.

이때 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.