[JavaScript] 클로저

클로저(closure)는 자바스크립트 고유의 개념이 아닌 함수형 프로그래밍 언어에서 사용되는 중요한 특성으로 MDN에서는 클로저를 "함수와 그 함수가 선언된 렉시컬 환경과의 조합"이라고 정의합니다.

 

따라서 클로저를 이해하기 위해선 함수가 선언된 렉시컬 환경에 대해 알아야합니다.

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렉시컬 스코프

자바스크립트 엔진은 함수를 어디서 정의했는지에 따라 상위 스코프인 렉시컬 스코프(정적 스코프)를 결정합니다.

 

const x = 1;

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

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

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

 

위 예제의 foo 함수와 bar 함수는 모드 전역에서 정의된 전역 함수로 foo 함수와 bar 함수 모두 상위 스코프는 전역입니다. 

즉, 함수의 상위 스코프는 함수를 정의한 위치에 의해 정적으로 결정되고 변하지 않습니다.

 

따라서 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 결정됩니다.

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함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]

함수는 자신의 내부 슬롯 [[Environment]]에 자신이 정의된 환경, 즉 상위 스코프의 참조를 저장하여 함수가 호출되는 환경과는 상관없이 자신이 정의된 환경을 기억합니다.

 

const x = 1;

function foo () {
    const x = 10;
    
    // 상위 스코프는 함수 정의 환경(위치)에 따라 결정
    // 함수 호출 위치와 상위 스코프는 아무런 관계가 없음
    bar();
}

// 함수 bar는 자신의 상위 스코프, 즉 전역 렉시컬 환경을 [[Environment]]에 저장하여 기억
function bar () {
    console.log(X);
}

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

 

위 예제에서 bar함수가 전역 렉시컬 환경을 저장하여 기억하는 것처럼 자신의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 상위 스코프의 참조는 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경을 가리키는 것을 알 수 있습니다.

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클로저와 렉시컬 환경

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

 

const x = 1;

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

// outer 함수를 호출하면 중첩 함수 inner를 반환
const innerFunc = outer();
innerFunc(); // 10

• outer 함수를 호출하면 outer 함수는 중첩 함수 inner를 반환하고 생명 주기를 마감
• outer 함수의 실행 컨텍스트(지역 변수 x와 변수 값 10이 저장되어 있음)는 실행 컨텍스트 스택에서 제거됨
• outer 함수의 렉시컬 환결까지 소멸하는 것은 아니기 때문에 innerFunc은 10을 반환함

위 예제를 통해 inner는 외부 함수의 생존 여부와 상관없이 자신이 정의된 위치에 의해 결정된 상위 스코프를 기억하고 있는 것을 알 수 있습니다. 이처럼 중첨 함수 inner 내부에서는 상위 스코프를 참조할 수 있으므로 상위 스코프의 식별자를 참조할 수 있고 식별자의 값을 변경할 수 있습니다.

 

자바스크립트의 모든 함수는 상위 스코프를 기억하므로 이론적으로 모든 함수는 클로저이지만, 상위 스코프의 식별자를 참조하지 않는다면 모든 브라우저는 최적화를 통해 상위 스코프를 기억하지 않기 때문에 클로저라고 하지 않습니다.

 

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

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클로저의 활용

클로저는 상태를 안전하게 변경하고 유지하기 위해서 사용됩니다.

 

클로저를 활용해 상태를 안전하게 변경하고 유지하는 예제는 다음과 같습니다.

 

// 카운트 상태 변경 함수
const increase = (function () {
    // 카운트 상태 변수
    let num = 0;
    
    // 클로저
    return function () {
    	// 카운트 상태를 1만큼 증가
    	return ++num;
    };
}());

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

• 즉시 실행 함수가 호출되고 즉시 실행 함수가 반환한 함수가 increase 변수에 할당됨
• increase 변수에 할당된 함수는 상위 스코프인 즉시 실행 함수의 렉시컬 환경을 기억하는 클로저
• 따라서 increase는 카운트 상태를 유지하기 위한 자유 변수 num을 언제 어디서 호출하든지 참조/변경이 가능

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

 

 

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

 

// 함수를 반환하는 고차 함수
// 카운트 상태를 유지하기 위한 자유 변수 counter를 기억하는 클로저를 반환
const couter = (function () {
    // 카운트 상태를 유지하기 위한 자유 변수
    let counter = 0;

    // 함수를 인수로 전달받는 클로저를 반환
    return function (aux) {
        // 인수로 전달받은 보조 함수에 상태 변경을 위임
        counter = aux(counter);
        return counter;
    };
}());

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

// 보조 함수
function decrease(n) {
    return --n;
}

// 보조 함수를 전달하여 호출
console.log(counter(increase)); // 1
console.log(counter(increase)); // 2

// 자유 변수를 공유함
console.log(counter(decrease)); // 1
console.log(counter(decrease)); // 0

 

위 예제처럼 렉시컬 환경을 공유하는 클로저를 만들어 연동하여 증감이 가능한 카운터를 만들 수 있습니다.

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캡슐화와 정보 은닉

캡슐화를 통해 정보 은닉을 하면 적절치 못한 접근으로부터 객체의 상태가 변경되는 것을 방지해 정보를 보호하고, 객체 간의 상호 의존성(결합도)를 낮추는 효과가 있습니다.

• 캡슐화 : 객체의 상태를 나타내는 프로퍼티를 참조하고 조작할 수 있는 동작인 메서드를 하나로 묶는 것
• 정보 은닉 : 캡슐화를 통해 객체의 특정 프로퍼티나 메소드를 감출 목적으로 사용하는 것

대부분의 객체지향 프로그래밍 언어는 접근 제한자(public, private, protected)를 통해 공개 범위를 한정할 수 있지만, 자바스크립트 접근 제한자를 제공하지 않아서 객체의 모든 프로퍼티와 메서드는 기본적으로 외부에 공개되어 있습니다.

 

하지만, 자바스크립트도 다음과 같은 패턴을 통해 정보 은닉이 가능한 것처럼 보이게 할 수 있습니다.

 

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 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

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

 

위 예제의 _age 변수는 Person 생성자 함수의 지역 변수이므로 Person 생성자 함수 외부에서 참조/변경 할 수 없어 private합니다. 또한, Person.prototype.sayHi 메서드는 즉시 실행 함수가 종료된 이후 호출되지만 Person 생성자 함수와 sayHi 메서드는 이미 종료되어 소멸한 즉시 실행 함수의 지역 변수 _age를 참조할 수 있는 클로저입니다.

 

Person.prototype.sayHi 메서드는 단 한번 생성되는 클로저이기 때문에 Person 생성자 함수가 여러 개의 인스턴스를 생성할 경우 _age변수의 상태가 유지되지는 않습니다.

 

이처럼 자바스크립트는 정보 은닉을 완전하게는 지원하지 않습니다.

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[출처] 모던 자바스크립트 Deep Dive

https://wikibook.co.kr/mjs/

모던 자바스크립트 Deep Dive: 자바스크립트의 기본 개념과 동작 원리