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Javascript 클로저

By Roypapa
Posted 2022-06-09 14 min read

MDN에서는 클로저에 대해 다음과 같이 정의하고 있다.

“A closure is the combination of a function and the lexical environment within which that function was declared.”

핵심 키워드는 함수가 선언된 렉시컬 환경이다.

렉시컬 스코프

자바스크립트 엔진은 함수를 어디서 호출했는지가 아니라 함수를 어디에 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정한다. 이를 렉시컬 스코프(정적 스코프)라 한다.

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    const x = 1;

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

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

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

함수의 상위 스코프는 함수를 어디서 정의했느냐에 따라 결정된다. 함수를 어디서 호출하는지는 함수의 상위 스코프 결정에 어떠한 영향도 주지 못한다. 즉, 함수의 상위 스코프는 함수를 정의한 위치에 의해 정적으로 결정되고 변하지 않는다.

렉시컬 환경의 “외부 렉시컬 환경에 대한 참조”에 저장할 참조값, 즉 상위 스코프에 대한 참조는 함수의 정의가 평가되는 시점에 함수가 정의된 환경에 의해 결정된다. 이것이 렉시컬 스코프다.

클로저와 렉시컬 환경

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    const x = 1;

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

    const innerFunc = outer();
    innerFunc();    // 10

위 예제에서 outer 함수를 호출하면 중첩함수인 inner를 반환하고 outer 함수는 생명 주기를 마감한다. 즉, outer 함수의 실행이 종료되면 outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 제거된다. 이때 outer 함수의 실행 컨텍스트가 제거되었으니 outer 함수의 지역 변수 x 또한 생명 주기를 마감한다.

그러나 위 코드의 결과는 outer 함수의 지역 변수 x의 값인 10이다. 실행 컨텍스트 스택에서 제거된 outer 함수의 지역 변수 x는 정상적으로 동작하고 있다.

이처럼 외부 함수보다 중첩 함수가 더 오래 유지되는 경우 중첩 함수는 이미 생명 주기가 종료한 외부 함수의 변수를 참조할 수 있다. 이러한 중첩 함수를 클로저라 부른다.

예제에서 outer 함수의 실행 컨텍스트가 실행 컨텍스트 스택에서 제거되어도 outer 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. 가비지 컬렉터는 누군가 참조하고 있는 메모리 공간을 함부로 해제하지 않는다.

자바스크립트의 모든 함수는 상위 스코프를 기억하므로 이론적으로 모든 함수는 클로저다. 하지만 모든 함수를 클로저라 하지 않는다. 다음 예제들을 통해 클로저를 좀 더 확실히 구분할 수 있을 것이다.

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

        function bar() {
            const z = 3;
            console.log(z);
        }
        return bar;
    }

    const bar = foo();
    bar();

중첩 함수 bar는 외부 함수 foo보다 더 오래 유지되지만 상위 스코프의 어떤 식별자도 참조하지 않는다. 이런 경우 대부분의 모던 브라우저는 최적화를 통해 상위 스코프를 기억하지 않는다. 따라서 bar 함수는 클로저라 할 수 없다.

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    function foo() {
        const x = 1;

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

        bar();
    }

    foo();

위 예제에서는 중첩 함수 bar는 상위 스코프의 식별자를 참조하고 있으므로 클로저다. 하지만 foo의 외부로 중첩 함수 bar가 반환되지 않는다. 즉, 외부 함수 foo보다 중첩 함수 bar의 생명 주기가 짧다. 이 경우 중첩 함수 bar는 클로저지만 외부 함수보다 일찍 소멸되기 때문에 생명 주기가 종료된 외부 함수의 식별자를 참조할 수 있다는 클로저의 본질에 부합하지 않는다. 따라서 중첩 함수 bar는 일반적으로 클로저라 하지 않는다.

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

        function bar() {
            console.log(x);
        }
        return bar;
    }

    const bar = foo();
    bar();

위 예제의 중첩 함수 bar는 상위 스코프의 식별자를 참조하고 있으므로 클로저다. 그리고 외부 함수의 외부로 반환되어 외부 함수보다 더 오래 살아 남는다. 이처럼 외부 함수보다 중첩 함수가 더 오래 유지되는 경우 중첩 함수는 이미 생명 주기가 종료한 외부 함수의 변수를 참조할 수 있다. 이러한 중첩 함수를 클로저라 부른다. 클로저는 중첩 함수가 상위 스코프의 식별자를 참조하고 있고 중첩 함수가 외부 함수보다 더 오래 유지되는 경우에 한정하는 것이 일반적이다. 그리고 클로저에 의해 참조되는 상위 스코프의 변수를 자유 변수라고 부른다. 클로저란 자유 변수에 묶여있는 함수이다.

클로저의 활용

클로저는 State를 안전하게 변경하고 유지하기 위해 사용한다. State가 의도치 않게 변경되지 않도록 State를 안전하게 은닉하고 특정 함수에게만 상태 변경을 허용하기 위해 사용한다.

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    let num = 0;

    const increase = function () {
        return ++num;
    };

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

위 코드는 잘 동작하지만 오류를 발생기킬 가능성을 내포하고 있다. 그 이유는 다음과 같다.

  1. 카운트 상태(num의 값)는 increase 함수가 호출되기 전까지 변경되지 않고 유지되어야 한다.

  2. 카운트 상태는 increase 함수만이 변경할 수 있어야 한다.

예제에서는 num이 전역 변수라 누구나 접근이 가능하다. 따라서 num을 increase 함수의 지역 변수로 변경해야 한다.

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    const increase = function () {
        let num = 0;
        return ++num;
    };
    
    console.log(increase());    // 1
    console.log(increase());    // 1
    console.log(increase());    // 1

이제 num은 increase를 통해서만 접근이 가능하다. 하지만 지금의 num은 increase가 호출될 때 마다 0으로 초기화되기 때문에 언제나 1이 출력된다. 여기서 이전 상태를 유지할 수 있도록 클로저를 사용한다.

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    const increase = (function () {
        let num = 0;
        return function () {
            return ++num;
        };
    }());

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

위 코드가 실행되면 즉시 실행 함수가 호출되고 즉시 실행 함수가 반환한 함수가 increase 변수에 할당된다. increase 변수에 할당된 함수는 자신이 정의된 위치에 의해 결정된 상위 스코프인 즉시 실행 함수의 렉시컬 환경을 기억하는 클로저 함수다.

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 참조하고 변경할 수 있다.

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

클로저 사용 시 주의할 점

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    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]());
    }

for 문의 변수 선언에서 var 키워드로 선언한 i 변수는 블록 레벨 스코프가 아닌 함수 레벨 스코프를 갖기 때문에 전역 변수다. 따라서 funcs 배열의 요소로 추가된 3개의 함수가 0, 1, 2를 반환할 것으로 예상하지만 i의 값 3이 세 번 출력된다. funcs 배열에 추가되는 함수가 클로저로 사용되기 위해서는 for 문이 반복될 때 마다 독립적인 렉시컬 환경을 생성하여 식별자 값을 유지해야 한다.

위 예제의 문제는 var 키워드로 선언한 변수가 전역 변수가 되기 때문에 발생하는 현상이다. 이 문제는 ES6의 let 키워드를 사용하면 해결할 수 있다.

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    const funcs = [];

    for (let i = 0; i < 3; i++) {
        funcs[i] = function () { return i; };
    }

    for (let i = 0; i < funcs.length; i++) {
        console.log(funcs[i]());
    }

이처럼 let 이나 const 키워드를 사용하는 반복문(for, for…in, for…of, while 등)은 코드 블록을 반복 실행할 때마다 새로운 렉시컬 환경을 생성하여 반복할 당시의 상태를 마치 스탭샷처럼 저장한다. 단, 이는 반복문의 코드 블록 내부에서 함수를 정의할 때 의미가 있다. 반복문의 코드 블록 내부에 함수 정의가 없는 반복문이 생성하는 새로운 렉시컬 환경은 반복 후 아무도 사용하지 않기 때문에 가비지 컬렉션의 대상이 된다.

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