[Deep Dive] 24장 - 클로저

클로저는 JS의 고유의 개념 X

함수를 일급 객체로 취급하는 함수형 프로그래밍 언어에서 사용되는 중요한 특성

 

클로저는 JS의 고유의 개념이 아니므로

클로저의 정의가 ECMAScript 사양에 등장하지 않는다.

MDN에서는 클로저에 대해  다음과 같이 정의한다.

 

A closure is the combination of a function and the lexical environment within which that function was declared
클로저는 함수와 그 함수가 선언된 렉시컬 환경과의 조합이다.

const x = 1;

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

outerFunc()

중첩 함수 innerFunc의 상위 스코프는 외부 함수 outerFunc의 스코프다.

따라서 중첩 함수 innerFunc 내부에서 자신을 포함하고 있는 외부 함수 outerFunc의 x 변수에 접근할 수 있다.

 

이 같은 현상이 발생하는 이유는 JS가 렉시컬 스코프를 따르는 프로그래밍 언어이기 때문이다.

 

1. 렉시컬 스코프

JS 엔진은 함수를 어디서 호출했는지가 아니라

함수를 어디서 정의했는지에 따라 상위 스코프를 정의한다.

이를 렉시컬 스코프(정적 스코프)라 한다.

 

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.

 

2. 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]

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.

 

3. 클로저와 렉시컬 환경

const x = 1;

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

// outer 함수를 호출하면 중첩 함수 inner를 반환한다.
// 그리고 outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 팝에서 제거된다.
const innerFunc = outer();
innerFunc(); // 10

outer 함수 호출 시 outer 함수는 중첩 함수 inner를 반환, life cycle을 마감한다.

즉 outer 함수의 실행이 종료되면 outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 제거(pop)된다.

이미 life cycle이 종료되서 실행 컨텍스트 스택에서 제거된 outer함수의 지역 변수 x가

부활한 듯이 동작하고 있다.

 

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)라고 부른다.

 

outer 함수의 실행 컨텍스트는
실행 컨텍스트 스택에서 제거되지만

outer 함수의 렉시컬 환경까지 소멸하는 것은 아니다.

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 부른다.

 

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.

 

카운터를 만들었을 때, 호출된 횟수(num 변수)가 바로 안전하게 변경하고

유지해야 할 상태다.

// 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

오류를 발생시킬 가능성을 내포하고 있는 좋지 않은 코드다.

1. 카운트 상태(num 변수의 값)는 increase 함수가 호출되기 전까지 변경되지 않고 유지되어야 한다.
2. 이를 위해 카운트 상태(num 변수의 값)는 increase 함수만이 변경할 수 있어야 한다.

하지만 전역 변수를 통해 관리되고 있기에 누구나 접근할 수 있고 변경할 수 있다.

increase 함수만이 num 변수를 참조하고 변경할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

 

밑의 예제에서

num 변수는 외부에서 직접 접근할 수 없는 은닉된 private 변수이므로

전역 변수를 사용했을 때와 같이 의도되지 않은 변경을 걱정할 필요도 없다.

const counter = (function () {
  let num = 0;
  
  // 클로저인 메서드를 갖는 객체를 반환한다.
  // 객체 리터럴은 스코프를 만들지 않는다.
  // 따라서 아래 메서드들의 상위 스코프는 IIFE의 렉시컬 환경이다.
  return {
    // num: 0, // 프로퍼티는 public하므로 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

외부 상태 변경이나

가변 데이터를 피하고

불변성을 지향하는 함수형 프로그래밍에서

부수 효과를 최대한 억제하여

오류를 피하고 프로그램의 안정성을 높이기 위해

클로저는 적극적으로 사용된다.

 

함수형 프로그래밍에서 클로저를 활용하는 예제

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

함수는 자신만의 독립된 렉시컬 환경을 갖는다

 

연동하여 증감이 가능한 카운터를 만들려면

렉시컬 환경을 공유하는 클로저를 만들어야 한다.

const counter = (function () {
  let counter = 0;
  return function (predicate) {
    counter = predicate(counter)
    return counter;
  };
}());

function increase(n) {
  return ++n;
}
function decrease(n) {
  return --n;
}

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

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

 

5. 캡슐화와 정보 은닉

캡슐화란

객체의 상태를 나타내는 프로퍼티와 프로퍼티를 참조하고 조작할 수 있는 동작인 메서드를
하나로 묶는 것

객체의 특정 프로퍼티나 메서드를 감출 목적으로 사용하기도 하는데
이를 정보 은닉이라 한다.

JS는 public, private, protected와 같은 접근 제한자를 제공하지 않는다.

따라서 JS 객체의 모든 프로퍼티와 메서드는 기본적으로 외부에 공개되어 있다.

즉, 객체의 모든 프로퍼티와 메서드는 기본적으로 public하다.

 

클래스에 private 필드를 정의할 수 있는 새로운 표준 사양이 제안되어 있다.