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[Deep Dive] 24장 - 클로저 본문

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[Deep Dive] 24장 - 클로저

너해동물원 2023. 1. 9. 12:42

이 카테고리는 모던 자바스크립트 Deep Dive 책을 공부하며 정리한 글을 포스팅하는 공간입니다.

 

24.1 렉시컬 스코프

렉시컬 스코프를 실행 컨텍스트의 관점에서 다시 살펴보자.

JS 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(); // ?
bar(); // ?

함수의 상위 스코프는 함수를 어디서 정의했느냐에 따라 결정되므로 foo 함수와 bar 함수는 모두 전역에서 정의된 전역 함수다. (정적으로 결정되고 변하지 않음)

 

스코프의 실체는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경이다. 렉시컬 환경은 "외부 렉시컬 환경에 대한 참조"를 통해 상위 렉시컬 환경과 연결된다. (스코프 체인)

따라서 함수의 상위 스코프를 결정하는 것은 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 저장할 참조값을 결정하는 것과 같다.

 

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. 이것이 바로 렉시컬 스코프다.

 

 

 

 

24.2 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]

렉시컬 스코프가 가능하려면 함수는 자신이 정의된 환경, 즉 상위 스코프를 기억해야 한다. 이를 위해 함수는 자신의 내부 슬롯 [[Environment]]에 자신이 정의된 환경, 즉 상위 스코프의 참조를 저장한다.

 

함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조가 바로 상위 스코프다. 또한 자신이 호출되었을 때 생성될 함수 렉시컬 환경의 "외부 렉시컬 환경에 대한 참조"에 저장될 참조값이다. 함수 객체는 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장한 렉시컬 환경의 참조, 즉 상위 스코프를 자신이 존재하는 한 기억한다.

 

 

 

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 반환한다.
// 그리고 outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 팝되어 제거된다.
const innerFunc = outer(); // ③
innerFunc(); // ④ 10

outer 함수를 호출하면(③) outer 함수는 중첩 함수 inner를 반환하고 생명 주기를 마감한다. 즉, outer 실행이 종료되면 outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 제거된다. 이때 outer 함수의 지역 변수와 변수 값 10을 저장하고 있던 outer 함수의 실행 컨텍스트가 제거되었으므로 outer 함수의 지역 변수 x 또한 생명 주기를 마감한다. 

 

그러나 위 코드의 실행 결과(④)는 outer 함수의 지역 변수 x의 값인 10이다. 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.

 

클로저는 함수와 그 함수가 선언된 렉시컬 환경(실행 컨텍스트의 렉시컬 환경)과의 조합이다.

 

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

 

위 예제에서 outer 함수의 생명주기가 종료되어 실행 컨택스트에서 제거되어도 그 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.

 

자바스크립트의 모든 함수는 상위 스코프를 기억하므로 이론적으로 모든 함수는 클로저다. 하지만 일반적으로 모든 함수를 클로저라 하진 않는다. 상위 스코프의 어떤 식별자도 참조하지 않는 경우 대부분의 모던 브라우저는 최적화를 통해 상위 스코프를 기억하지 않는다. 따라서 해당 함수는 클로저라고 할 수 없다.

<!DOCTYPE html>
<html>
<body>
  <script>
  function foo () {
    const x = 1;
    
    // bar 함수는 클로저였지만 곧바로 소멸한다.
    // 이러한 함수는 일반적으로 클로저라고 하지 않는다.
    function bar () {
      debugger;
      // 상위 스코프의 식별자를 참조한다.
      console.log(x);
    }
    bar();
  }
    
  foo();
  </script>
</body>
</html>

 

위 예제의 중첩 함수 bar는 상위 스코프의 식별자를 참조하고 있으므로 클로저다. 하지만 외부 함수 foo의 외부로 중첩 함수 bar가 반환되지 않는다. 즉, 외부 함수 foo보다 중첩 함수 bar의 생명 주기가 짧다. 이런 경우 중첩 함수는 클로저였지만 외부 함수보다 일찍 소멸되기 때문에 클로저의 본질에 부합하지 않는다. 따라서 중첩 함수 bar는 일반적으로 클로저라고 하지 않는다.

 

<!DOCTYPE html>
<html>
<body>
  <script>
    function foo() {
      const x = 1;
      const y = 2;

      // 클로저
      // 중첩 함수 bar는 외부 함수보다 더 오래 유지되며 상위 스코프의 식별자를 참조한다.
      function bar() {
        debugger;
        console.log(x);
      }
      return bar;
    }

    const bar = foo();
    bar();
  </script>
</body>
</html>

 

위와 같은 예제의 경우를 클로저라고 볼 수 있다.
중첩 함수 bar는 상위 스코프의 식별자를 참조하고 있고, 외부 함수보다 오래 살아 남기 때문이다.

즉, 클로저는 중첩 함수가 상위 스코프의 식별자를 참조하고 있고, 중첩 함수가 외부 함수 보다 더 오래 유지되는 경우에 한정하는 것이 일반적이다.

 

클로저에 의해 참조되는 상위 스코프의 변수(foo 함수의 x 변수)를 자유 변수라고 부른다.

 

 

 

24.4 클로저의 활용

클로저는 상태를 안전하게 변경하고 유지하기 위해 사용한다. 즉, 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 증가 시킨다.
  return ++num;
};

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

위 코드는 오류의 가능성이 있어 좋지 않은 코드다. num 전역 변수에 언제든지 누구나 접근하여 변경이 가능하기 때문이다.

 

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

  // 카운트 상태를 1만큼 증가 시킨다.
  return ++num;
};

// 이전 상태를 유지하지 못한다.
console.log(increase()); // 1
console.log(increase()); // 1
console.log(increase()); // 1

num을 지역 변수로 활용하여 첫 번째 예제보다는 좋아 보이지만 함수가 호출될 때마다 지역 변수 num은 다시 선언되어 0으로 초기화되기 때문에 상태를 유지하지 못한다.

 

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

console.log(counter.decrease()); // 1
console.log(counter.decrease()); // 0

 

즉시 실행 함수는 한 번만 실행되므로 increase가 호출될 때마다 num 변수가 재차 초기화될 일은 없을 것이다. 또한 num 변수는 외부에서 직접 접근할 수 없는 은닉된 private 변수이므로 의도되지 않은 변경을 걱정할 필요가 없다.

위 예제의 increase, decrease 메서드의 상위 스코프는 increase, decrease 메서드가 평가되는 시점에 실행중인 실행 컨텍스트인 즉시 실행 함수 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경이다.

 

이처럼 클로저는 상태를 은닉하여 의도치 않게 변경되지 않도록 안전하게 관리하고 특정 함수에게만 상태 변경을 허용하여 상태를 안전하게 변경하고 유지한다. 

 

// 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;
}

// 함수로 함수를 생성한다.
// makeCounter 함수는 보조 함수를 인수로 전달받아 함수를 반환한다.
const increaser = makeCounter(increase); // 1
console.log(increaser()); // 1
console.log(increaser()); // 2

// increaser 함수와는 별개로 독립된 렉시컬 환경을 갖기 때문에 카운터 상태가 연동하지 않는다.
const decreaser = makeCounter(decrease); // 2
console.log(decreaser()); // -1
console.log(decreaser()); // -2

 

makeCounter 함수를 호출해 함수를 반환할 때 반환된 함수는 자신만의 독립된 렉시컬 환경을 갖는다. 전역 변수 increaser와 decreaser 에 할당된 함수는 각각 자신만의 독립된 렉시컬 환경을 갖기 때문에 카운트를 유지하기 위한 자유 변수 counter를 공유하지 않아 카운터의 증감이 연동되지 않는다. 따라서 독립된 카운터가 아니라 연동하여 증감이 가능한 카운터를 만들려면 렉시컬 환경을 공유하는 클로저를 만들어야 한다.

 

// 함수를 반환하는 고차 함수
// 이 함수는 카운트 상태를 유지하기 위한 자유 변수 counter를 기억하는 클로저를 반환한다.
const counter = (function () {
  // 카운트 상태를 유지하기 위한 자유 변수
  let counter = 0;
  
  // 함수를 인수로 전달받는 클로저를 반환
  return function (predicate) {
    // 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;
}

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

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

 

 

 

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 적절치 못한 접근으로부터 객체의 상태가 변경되는 것을 방지해 정보를 보호하고, 객체 간의 상호 의존성(결합도)를 낮추는 효과가 있다.

 

자바스크립트 객체의 모든 프로퍼티와 메서드는 기본적으로 public이다.

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();
console.log(me.name); // Lee
console.log(me._age); // undefined

위 예제의 name 프로퍼티는 현재 외부로 공개되어 있어서 자유롭게 참조하거나 변경할 수 있다. 즉, name 프로퍼티는 public하다. 하지만 _age 변수는 Person 생성자 함수의 지역 변수이므로 Person 생성자 함수 외부에서 참조하거나 변경할 수 없다. 즉, _age 변수는 private하다.

 

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

정보 은닉이 가능한 것처럼 보이지만, Person 생성자 함수가 여러 개의 인스턴스를 생성할 경우 _age 변수의 상태가 유지되지 않는다.

 

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.

// _age 변수 값이 변경된다.
my.sayHi(); // Hi! My name is Lee. I am 30

이는 Person.prototype.sayHi 메서드가 단 한 번 생성되는 클로저이기 때문에 발생하는 현상이다. Person.prototype.sayHi 메서드는 즉시 실행 함수가 호출될 때 생성된다. 이처럼 자바스크립트는 정보 은닉을 완전하게 지원하지 않는다. 인스턴스 메서드를 사용한다면 자유 변수를 통해 private을 흉내 낼 수는 있지만 프로토타입 메서드를 사용하면 이마저도 불가능해진다. Node.js를 통해서 private를 구현할 수 있다.

 

 

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