24.클로저

2022.03.21.

제로베이스 네카라쿠배 온라인스쿨 1기 과정(2021. 11 ~ 2021. 12)에서 공부했던 Javascript Deepdive 교재의 내용 요약 및 필자의 생각을 정리한 내용입니다. 원서의 내용 챕터의 일부를 요약한 내용으로 보다 자세한 내용은 원서를 참조 바랍니다.

24장 클로저

클로저는 자바스크립트의 고유 개념은 아니다. 함수를 일급 객체로 취급하는 함수형 프로그래밍 언어(하스켈, 리스프, 얼랭, 스칼라)의 특징이라 할 수 있다.
클로저는 자바스크립트 고유 개념이 아니므로 클로저 정의가 ECMAScript에 등장하진 않는다.
- MDN에서는 클로저를 두고 **함수와 그 함수가 선언된 렉시컬 환경과의 조합(a closure is the combination of a function and the lexical environment within which that function was declared)**이다. 라고 표현하고 있다.

const x = 1

function outerFunc() {
  const x = 10
  function innerFunc() {
    console.log(x) // 10
  }

  innerFunc()
}

outerFunc()

위 코드에서 outerFunc 함수 내부에 innerFunc 함수가 정의되고 호출되었는데, 중첩함수인 innerFunc의 상위 스코프는 outerFunc의 스코프라 할 수 있다. 즉 innerFunc에서 상위 스코픙니 outerFunc 함수의 스코프에 접근할 수 있어 x를 출력할 수 있다.
만약 innerFunc가 중첩 함수가 아니라 outerFunc 외부에 정의된 함수라면 outerFunc 함수 내부에서 호출한다 하더라도 outerFunc의 변수에 접근할 수 없다.

24.1 렉시컬 스코프

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 코드에서 foo와 bar 함수의 실행 결과 값이 다른 이유는 렉시컬 스코프 때문이다.
- foo 함수를 실행해서 내부 동작으로 bar가 실행되어 foo 함수 내부에서 bar가 실행되지만, bar 함수 자체는 전역에 선언되어 있어 전역 스코프를 따르게 되고 따라서, bar가 아는 x는 1의 값을 담고 있다.
- bar 함수를 직접 호출할 때는 당연히 1이다.
위 예시에서 볼 수 있듯이, 함수의 상위 스코프는 함수를 정의한 위치에 의해 정적으로 결정되고 변하지 않는다.
- 실행 컨텍스트와 연결지어 생각해보면, 외부 렉시컬 환경에 대한 참조를 통해 상위 렉시컬 환경과 연결되며 이것이 스코프 체인이다.
- 함수의 상위 스코프를 결정한다는 것은 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 저장할 참조값을 결정한다는 것과 같다.
렉시컬 환경의 ’외부 렉시컬 환경에 대한 참조‘에 저장할 참조값, 즉 상위 스코프에 대한 참조는 함수 정의가 평가되는 시점에 함수가 정의된 환경에 의해 결정된다. (렉시컬 스코프)

24.2 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]

렉시컬 스코프가 가능하려면 함수는 자신의 호출되는 위치와 상관없이 **자신이 정의된 환경(함수 정의가 위치하는 스코프가 바로 상위 스코프이기 때문)**을 기억해야 한다.
이를 위해 함수는 **자신의 내부 슬롯 [[Environment]]**에 자신이 정의된 환경(상위 스코프의 참조)을 저장한다.
- 이때 자신의 내부 슬롯에 저장된 상위 스코프의 참조는 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경을 가리킨다.
- 함수 객체를 생성하는 시점은 함수가 정의된 환경, 상위 함수(또는 전역 코드)가 평가 또는 실행되고 있는 시점이며, 현재 실행 중인 실행 컨텍스트는 상위 함수(또는 전역 코드)의 실행 컨텍스트이기 때문이다.
  - 전역에서 정의된 함수는 전역 코드가 평가되는 시점에 평가되어 함수 객체를 생성하고, Environment 내부 슬롯에는 함수 정의가 평가되는 시점(전역 코드 평가 시점)에 실행 중인 실행 컨텍스트인 전역 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경이 저장된다.
  - 함수 내부에서 정의된 함수 표현식은 외부 함수 코드가 실행되는 시점에 평가되어 함수 객체를 생성한다. 이때 생성된 함수 객체의 내부 슬롯에는 함수 정의가 평가되는 시점, 즉 외부 함수가 호출되어 실행중인 시점의 실행중인 실행 컨텍스트 렉시컬 환경인 외부 함수 렉시컬 환경의 참조가 저장된다.
따라서 함수 객체의 내부 슬롯에 저장된 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조가 바로 상위 스코프다.

24.3 클로저와 렉시컬 환경

const x = 1

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

// outer 함수를 호출하면 중첩 함수 inner를 반환한다.
// 그리고 outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 팝되어 제거된다.
const innerFunc = outer()
innerFunc()

outer 함수를 호출하면 outer 함수는 중첩 함수 inner를 반환하고 생명 주기를 마감한다.
- outer 함수의 실행이 종료되면 outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 제거 된다.
- outer 함수의 지역 변수 x와 변수 값 10을 저장하고 있던 outer 함수의 실행 컨텍스트가 제거되었으므로, outer 함수의 지역 변수 x 역시 생명주기를 마감한다.
- 따라서 outer 함수의 지역 변수 x는 더는 유효하지 않아 접근할 수 없어 보인다.
- 하지만 실행결과는 10으로 마치 outer 함수의 지역 변수 x가 다시 부활한 듯 동작한다.
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)**라 부른다.
MDN 정의에도 나와있듯이, 함수가 선언된 렉시컬 환경 이란, 함수가 정의된 위치의 스코프, 즉 상위 스코프를 의미하는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경을 말한다.
자바스크립트의 모든 함수는 자신의 상위 스코프를 기억한다.
- 따라서 함수를 어디서 호출하든 상관없이 함수는 언제나 자신이 기억하는 상위 스코프의 식별자를 참조할 수 있으며, 식별자에 바인딩된 값을 변경할 수도 있다.
위 예제에서 inner 함수는 자신이 평가될 때 자신이 정의된 위치에 의해 결정된 상위 스코프를 [[Environment]] 내부 슬롯에 저장한다. 이때 저장된 상위 스코프는 함수가 존재하는 한 유지된다.
outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 제거되지만 outer 함수의 렉시컬 환경까지 소멸하는 것은 아니다.
중첩함수는 외부 함수의 생존여부와 관련 없이 자신이 정의된 위치에 의해 결정된 상위 스코프를 기억한다.
- 상위 스코프의 식별자를 참조할 수도 있고 식별자의 값을 변경할 수도 있다.
자바스크립트의 모든 함수는 상위 스코프를 기억하므로 이론적으로 모든 함수는 클로저다.
- 하지만 일반적으로 모든 함수를 클로저라고 하진 않는다.

function foo() {
  const x = 1
  const y = 2

  function bar() {
    const z = 3

    debugger

    console.log(z)
  }

  return bar
}
const bar = foo()
bar()

위 코드 예시의 경우, 중첩 함수 bar는 외부 함수 foo보다 오래 유지되지만 상위 스코프의 어떤 식별자도 참조하기 않기 때문에, 상위 스코프를 기억하지 않는다. (즉, 위 예졔에서 bar 함수는 클로저가 아니다.)

function foo() {
  const x = 1

  // bar 함수는 클로저였지만 곧바로 소멸한다.
  // 이러한 함수는 일반적으로 클로저라 하지 않는다.
  function bar() {
    debugger
    // 상위 스코프의 식별자를 참조한다.
    console.log(x)
  }
  bar()
}
foo()

위 코드에서 bar는 디버거 걸린 시점에 확인해보면 상위 스코프의 식별자를 참조하고 있으므로 클로저라 할 수 있지만, 외부 함수에 의해 반환되지 않아 생명 주기가 외부함수보다 짧다.
- 이런 경우에는 중첩 함수 자신이 먼저 생명 주기가 종료되기 때문에 외부 함수의 식별자를 참조할 수 있다는 본질에 부합하지 않는다.
즉, 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 변수(free variable)**라고 부르며, 클로저란 의미는 함수가 자유 변수에 대해 닫혀 있다라는 의미를 갖는다.
- 자유 변수에 묶여 있는 함수라고도 할 수 있다.
클로저로 인해 불필요한 메모리 점유가 생긴다고 생각할 수 있지만 최적화가 잘 되어 있어서 클로저가 참조하고 있지 않은 식별자는 기억하지 않는다.

2.4 클로저의 활용

클로저는 상태(state)를 안전하게 변경하고 유지하기 위해 사용한다.
- 상태가 의도치 않게 변경되지 않도록 상태를 안전하게 은닉하고 특정 함수에게만 상태 변경을 허용하기 위해 사용한다.

// 카운트 상태 변수
let num = 0

// 카운트 상태 변경 함수
const increase = function () {
  // 카운트 상태를 1만큼 증가시킨다.

  return ++num
}

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

위 예시 코드는 좋은 코드라 할 수 없다. (전제조건이 필요하기 때문)
- 카운트 상태 변수인 num이 increase 외에 방법으로 변경될 가능성이 있다.
- increase 함수가 호출되기 전까지 변경되지 않고 유지되어야 한다.

// 카운트 상태 변경 함수
const increase = function () {
  // 카운트 상태 변수
  let num = 0

  // 카운트 상태를 1만큼 증가시킨다.
  return ++num
}

console.log(increase()) // 1
console.log(increase()) // 1
console.log(increase()) // 1

위 코드를 수정하여 만든 코드로 이제, increase를 통해서만 num을 조작할 수 있게 바뀌었다.
- 단 num이 0으로 초기화되서 출력 결과가 항상 1이 된다.

// 카운트 상태 변경 함수
const increase = (function () {
  // 카운트 상태 변수
  let num = 0

  // 클로저
  return function () {
    // 카운트 상태를 1만큼 증가시킨다.
    return ++num
  }
})()

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

이 코드는 실행되면 즉시 실행 함수가 호출되고 즉시 실행 함수가 반환한 함수가 increase 변수에 할당한다.
increase 변수에 할당된 함수는 자신이 정의된 위치에 의해 결정된 상위 스코프인 즉시 실행 함수의 렉시컬 환경을 기억하는 클로저다.
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 어디서든지 참조하고 변경할 수 있다.
즉시 실행 함수는 한번만 실행되므로 num 변수가 초기화될 일이 없다.
- 또한 num 변수는 외부에서 직접 접근할 수 없는 은닉된 private 변수이므로 전역 변수를 사용했을 때와 같이 의도치 않은 변경을 걱정할 필요도 없다.
클로저는 상태가 의도치 않게 변경되지 않도록 안전하게 은닉하고 특정 함수에게만 상태 변경을 허용하여 상태를 안전하게 변경하고 유지하기 위해 사용한다.

const counter = (function () {
  // 카운트 상태 변수
  let num = 0

  // 클로저인 메서드를 갖는 객체를 반환한다.
  // 객체 리터럴은 스코프를 만들지 않는다.
  // 따라서 아래 메서드들의 상위 스코프는 즉시 실행 함수의 렉시컬 환경이다.

  return {
    // num: 0, // 프로퍼티는 public 하므로 은닉되지 않는다.
    increase() {
      return ++num
    },
    decrease() {
      return num > 0 ? --num : 0
    },
  }
})()

console.log(counter.increase())
console.log(counter.increase())

console.log(counter.decrease())
console.log(counter.decrease())

위 코드에서 즉시 실행 함수가 반환하는 객체 리터럴은 실행 단계에서 평가되어 객체가 되고, 메서드 역시 함수 객체로 생성된다.
increase, decrease 메서드가 어디서 호출되든 상관없이 increase, decrease 함수는 즉시 실행 함수의 스코프 식별자를 참조할 수 있다.

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()

console.log(counter.increase())
console.log(counter.increase())

console.log(counter.decrease())
console.log(counter.decrease())

객체 리터럴로 반환하는 대신 생성자 함수로 표현한 방식의 코드다.
즉시 실행 함수 내에서 선언된 num 변수는 인스턴스를 통해 접근할 수 없으며, 즉시 실행 함수 외부에서도 접근할 수 없는 은닉된 변수다.
생성자 함수 Counter는 프로토타입을 통해 increase, decrease 메서드를 상속받는 인스턴스를 생성한다.
- increase, decrease는 자신의 함수 정의가 평가되어 함수 객체가 될 때 실행 중인 실행 컨텍스트인 즉시 실행 함수 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경을 기억하는 클로저다.
클로저는 부수 효과를 최대한 억제하여 오류를 피하고 프로그램의 안정성을 높이기 위해 클로저는 적극적으로 사용된다.

// 함수를 인수로 전달받고 함수를 반환하는 고차 함수
// 이 함수는 카운트 상태를 유지하기 위한 자유 변수 counter를 기억하는 클로저를 반환한다.
function makeCounter(predicate) {
  // 카운트 상태를 유지하기 위한 자유 변수
  let counter = 0

  // 클로저를 반환
  return function () {
    // 인수로 전달받은 보조 함수에 상태 변경을 위임한다.
    counter = predicate(counter)
    return counter
  }
}

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

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

const increaser = makeCounter(increase)
console.log(increaser())
console.log(increaser())

const decreaser = makeCounter(decrease)
console.log(decreaser())
console.log(decreaser())

makeCounter 함수는 보조 함수를 인자로 전달받고 함수를 반환하는 고차 함수로, makeCounter 함수가 반환하는 함수는 자신이 생성됐을 때의 렉시컬 환경인 makeCounter 함수의 스코프에 속한 counter 변수를 기억하는 클로저다.
makeCounter 함수는 인자로 전달받은 보조 함수를 합성하여, 자신이 반환하는 함수의 동작을 변경할 수 있다.
- 이때 주의해야 할 것은 makeCounter 함수를 호출해 함수를 반환할 때 반환된 함수는 자신만의 독립된 렉시컬 환경을 갖는다.
- 이는 함수를 호출하면 그때마다 새로운 makeCounter 함수 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경이 생성되기 때문이다.

const counter = (function () {
  // 카운터 상태를 유지하기 위한 자유 변수
  let counter = 0

  // 함수를 인수로 전달받은 클로저를 반환

  return function (predicate) {
    // 인수로 전달받은 보조 함수에 상태 변경을 위임한다.
    counter = predicate(counter)
    return counter
  }
})()

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

function decrease(n) {
  return --n
}

// 보조 함수를 전달하여 호출한다.

console.log(counter(increase))
console.log(counter(increase))

console.log(counter(decrease))
console.log(counter(decrease))

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 사용하는데 이를 **정보 은닉(information hiding)**이라 한다.
- 정보 은닉을 통해 정보를 보호하고, 결합도를 낮춘다.
자바스크립트는 public, private, protected 같은 접근 제한자를 제공하지 않으므로, 기본적으로 객체의 모든 프로퍼티와 메서드는 기본적으로 public하다.

const Person = (function () {
  let _age = 0

  // 생성자 함수
  function Person(name, age) {
    this.name = name
    _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("Seo", 20)
me.sayHi()
console.log(me.name)
console.log(me._age)

const you = new Person("Daewon", 30)
you.sayHi()
console.log(you.name)
console.log(you.age)

위 코드의 패턴을 통해 public, private, protected 같은 접근 제한자를 사용하지않는 자바스크립트에서도 정보 은닉이 가능한 것처럼 보인다.
위 코드에서 Person 생성자 함수와 Person 생성자 함수의 인스턴스가 상속받아 호출할 Person.prototype.sayHi 메서드는 즉시 실행 함수의 지역 변수 _age를 참조할 수 있는 클로저다.
단 위 코드도 문제가 있다. Person 생성자 함수가 여러 개의 인스턴스를 생성할 경우 _age 변수의 상태가 유지되지 않는다.
- Person.prototype.sayHi 메서드가 단 한번 생성되는 클로저이기 때문에 그렇다.
- 즉, Person.prototype.sayHi 메서드의 상위 스코프는 어떤 인스턴스로 호출하더라도 하나의 동일한 상위 스코프를 사용하게 된다. 따라서 여러 개의 인스턴스를 생성할 경우 마지막으로 생성된 인스턴스로 인해 참조하는 상위 스코프의 상태값 (코드에서 _age 지역 변수)이 변경된 경우 그 상태값을 참조하게 된다.
자바스크립트는 정보 은닉을 완벽하게 지원하지 않지만 2021년 1월 기준 private 필드를 정의할 수 있는 새로운 표준 사양이 제안되어 있다.

24.6 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]())
}

첫 번째 for 문의 코드 블록 내에서 함수가 funcs 배열의 요소로 추가된다.
두 번째 for 문의 코드 블록 내에서 funcs 배열의 요소로 추가된 함수를 순차적으로 호출한다.
위 코드를 실행시켜보면 for문에 var로 선언된 변수 i가 전역 변수이기 때문에 i를 반환하는 funcs의 요소들을 호출하면 전역 변수 i를 호출하게 되고, i의 상태 값은 이미 for문에 의해 3으로 바뀌어 있으므로 3번다 3이 호출된다.

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]())
}

const funcs = Array.from(new Array(3), (_, i) => () => i)

funcs.forEach(f => console.log(f()))