[JS-Deepdive] 24장 클로저

24장 클로저(closure)

• 클로저는 자바스크립트 고유의 개념이 아니다.
• 함수를 일급 객체로 취급하는 함수형 프로그래밍 언어에서 사용되는 중요한 특성이다.
• 클로저는 자바스크립트 고유의 개념이 아니므로 클로저의 정의가 ECMAScript 사양에 등장하지 않는다.
• MDN에서는 클로저에 대해 다음과 같이 정의하고 있다.

  클로저는 함수와 그 함수가 선언된 렉시컬 환경과의 조합이다

01. 렉시컬 스코프(Lexical scope)

• 자바스크립트 엔진은 함수를 어디서 호출했는지가 아니라 함수를 어디에 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정한다.
  • 이를 렉시컬 스코프(정적 스코프)라 한다.
• 실행 컨텍스트에서 살펴보았듯이 스코프의 실체는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경이다.
  • 이 렉시컬 환경은 자신의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조를 통해 상위 렉시컬 환경과 연결된다.
  • 이것이 바로 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 참조에 저장할 참조값이 바로 상위 렉시컬 환경에 대한 참조이며, 이것이 상위 스코프이기 때문이다.
• 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 저장할 참조값, 즉 상위 스코프에 대한 참조는 함수 정의가 평가되는 시점에 함수가 정의된 환경(위치)에 의해 결정된다. 이것이 바로 렉시컬 스코프다.

02. 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]

• 함수가 정의된 환경(위치)과 호출되는 환경(위치)은 다를 수 있다.
• 따라서 렉시컬 스코프가 가능하려면 함수는 자신이 호출되는 환경과는 상관없이 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 정의가 평가되어 함수 객체를 생성할 때 자신이 정의된 환경(위치)에 의해 결정된 상위 스코프의 참조를 함수 객체 자신의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장한다.
  • 이때 자신의 내부 슬롯에 저장된 상위 스코프의 참조는 현재 실행중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경을 가리킨다.
• 따라서 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조가 바로 상위 스코프다.
• 또한 자신이 호출되었을 때 생성할 함수 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 저장될 참조값이다.
• 함수 객체는 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장한 렉시컬 환경의 참조, 즉 상위 스코프를 자신이 존재하는 한 기억한다.
  • 이때 함수 렉시컬 환경의 구성 요소인 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에는 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 렉시컬 환경의 참조가 할당된다.ㄴ

03. 클로저와 렉시컬 환경

const x = 1;

function outer() {
  const x = 10;
  // inner 함수는 자신이 평가될 때 자신이 정의된 위치에 의해 결정된 상위 스코프를 [[Environment]]내부 슬롯에 저장한다.
  // 이때 저장된 상위 스코프는 함수가 존재하는 한 유지된다.
  const inner = function () {
    console.log(x);
    return inner;
  };
}

// outer 함수를 호출하면 중첩 함수 inner를 반환한다.
// 그리고 outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 pop되어 제거된다.
// 하지만 outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 제거되지만 outer 함수의 렉시컬 환경까지 소멸하는 것은 아니다.
const innerFunc = outer();

// 하지만 코드의 실행 결과는 outer함수의 지역 변수 x의 값을 반환한다. 이미 생명주기가 종료되어 실행 컨텍스트 스택에서 제거된 outer함수의 지역 변수를 반환하며 동작하고 있다.
innerFunc(); // 10

• 외부 함수보다 중첩 함수가 더 오래 유지되는 경우 중첩 함수는 이미 생명주기가 종료한 외부 함수의 변수를 참조할 수 있다. 이러한 중첩 함수를 클로저라고 부른다.
• 다시 클로저에 대한 MDN정의를 작성해 보겠다

  클로저는 함수와 그 함수가 선언된 렉시컬 환경과의 조합이다.

  • 렉시컬 스코프에서 살펴보았듯이 MDN에 의한 정의에서 그 함수가 선언된 렉시컬 환경이란 함수가 정의된 위치의 스코프, 즉 상위 스코프를 의미하는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경을 말한다.
• 클로저는 중첩 함수가 상위 스코프의 식별자를 참조하고 있고 중첩 함수가 외부 함수보다 더 오래 유지되는 경우에 한정하는 것이 일반적이다.
  • 외부 함수보다 중첩 함수가 더 오래 유지되는 경우 중첩 함수는 이미 생명 주기가 종료한 외부 함수의 변수를 참조할 수 있다.
• 클로저에 의해 참조되는 상위 스코프의 변수를 자유 변수 라고 부른다.
  • 클로저란 함수가 자유 변수에 대해 닫혀있다 라는 의미다.
  • 더 쉽게 말하면 자유 변수에 묶여있는 함수 라고 할 수 있다.

04. 클로저의 활용

• 클로저는 상태(state)가 의도치 않게 변경되지 않도록 안전하게 은닉하고 특정 함수에게만 상태 변경을 허용하여 상태를 안전하게 변경하고 유지하기 위해 사용한다.

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

  // 클로저를 반환
  return function () {
    // 인수로 전달받은 보조 함수에 상태 변경을 위임한다.
    counter = aux(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);
console.log(increase()); // 1
console.log(increase()); // 2

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

// makeCounter 함수를 호출해 함수를 반환할 때 반환된 함수는 자신만의 독립된 렉시컬 환경을 갖는다.
// 함수를 호출하면 그때마다 새로운 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경이 생성되기 때문
// 독립된 카운터가 아니라 연동하여 증감이 가능하게 만드려면 렉시컬 환경을 공유하는 클로저를 만들어야 한다
// const counter = (function ( { ... }))

05. 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 방치해 정보를 보호하고, 객체 간의 상호 의존성, 즉 결합도를 낮추는 효과가 있다.
• 자바스크립트 객체의 모든 프로퍼티와 메서드는 기본적으로 public하다.
• 자바스크립트에서도 정보 은닉이 가능한 것처럼 보이게 만들수는 있다.
  • 하지만 자바스크립트는 정보 은닉을 완전하게 지원하지 않는다.
  • 인스턴스 메서드를 사용한다면 자유 변수를 통해 private을 흉내 낼 수는 있지만 프로토타입 메서드를 사용하면 이마저도 불가능해진다.

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("Kim", 30);
me.sayHi(); // Hi! My name is Kim. I am 30.
console.log(me.name); // Kim
console.log(me._age); // undefined

const you = new Person("Lee", 20);
you.sayHi(); // Hi My name is Lee. I am 20.
console.log(you.name); // Lee
console.log(you._age); // undefined