모던 자바스크립트 : 클로저

클로저

• 클로저는 함수를 일급 객체로 취급하는 함수형 프로그래밍에서 사용되는 중요한 특성
• 자바스크립트 고유 개념은 아니라서 ECMAScript 사야에 등장하지 않음
• 클로저는 함수와 그 함수가 선언된 렉시컬 환경과의 조합

 

1. 렉시컬 스코프

• 렉시컬 스코프 : 자바스크립트 엔진은 함수를 어디에 정의했는지에 따라 상위 스코프 결정
• 함수 상위 스코프는 함수를 정의한 위치에 의해 정적으로 결정되고 변하지 않음
• 스코프 체인 : 렉시컬 환경은 자신의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조를 통해 상위 렉시컬 환경과 연결
• 함수 상위 스코프 결정한다 = 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 저장할 참조 값 결정한다

따라서 렉시컬 스코프란 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 저장할 참조값, 즉 상위 스코프에 대한 참조는 함수 정의가 평가되는 시점에 함수가 정의된 환경(위치)에 의해 결정되는 것

 

2. 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]

상위 스코프와 [[Environment]]

• 함수가 정의된 환경(위치)와 호출되는 환경(위치)는 다를 수 있음
• 렉시컬 스코프가 가능하려면 함수는 자신이 호출되는 환경과 상관없이 자신이 정의된 환경, 즉 상위 스코프 기억해야함
• 이를 위해 함수는 자신의 내부 슬롯 [[Environment]]에 자신이 정의된 환경, 즉 상위 스코프의 참조를 저장
• 함수 정의가 평가되어 함수 객체 생성할 때 자신이 정의된 환경(위치)에 의해 결정된 상위 스코프의 참조를 함수 객체 자신의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장

상위 스코프의 참조

• 이때 자신의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 상위 스코프의 참조는 현재 실행중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경 가리킴
• 함수 정의가 평가되어 함수 객체 생성하는 시점은 함수가 정의된 환경의 평가 또는 실행되고 있는 시점이며 이때 현제 실행중인 실행 컨텍스트는 상위 함수의 실행 컨텍스트기 때문

전역에서 정의된 함수와 함수 내부에서 정의된 함수

• 전역에서 정의된 함수 선언문은 전역 코드가 평가되는 시점에 평가되어 함수 객체 생성
  • 이때 생성된 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에는 함수 정의가 평가되는 시점, 즉 전역 코드 평가 시점에 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경인 전역 렉시컬 환경의 참조 저장
• 함수 내부에서 정의된 함수 표현식은 외부 함수 코드가 실행되는 시점에 평가되어 함수 객체 생성
  • 이때 생성된 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에는 함수 정의가 평가되는 시점, 즉 외부 함수 코드 실행 시점에  실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경인 전역 렉시컬 환경의 참조 저장

상위 스코프 저장 기간

• 따라서 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 현재 실행중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 참조가 바로 상위 스코프, 또한 자신이 호출되었을 때 생성될 함수 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 저장될 참조값
• 함수 객체는 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장한 렉시컬 환경의 참조, 즉 상위 스코프를 자신이 존재하는 한 기억함

 

3. 클로저와 렉시컬 환경

클로저란

• 클로저 : 외부 함수보다 중첩함수가 더 오래 유지되는 경우, 중첩함수는 이미 생명 주기가 종료한 외부 함수의 변수 참조 가능

클로저가 생기는 이유

• 외부 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 제거되지만 외부 함수의 렉시컬 환경까지 소멸하는 건 아님
• 외부 함수의 렉시컬 환경은 중첩 함수의 [[Environment]] 내부 슬롯에 의해 참조 되고 있고 중첩함수가 전역변수에 의해 참조되고 있어 가비지 컬렉션의 대상이 되지 않기 때문
• 외부 함수보다 더 오래 생존한 중첩함수는 외부 함수의 생존 여부와 상관없이 자신이 정의된 위치에 의해 결정된 상위 스코프를 기억

그러면 함수는 다 클로저인가?

• 자바스크립트의 모든 함수는 상위 스코프를 기억하므로 이론적으로 모든 함수는 클로저이지만 일반적으로 모든 함수를 클로저라고 하지 않음
  • 상위 스코프의 어떤 식별자도 참조하지 않는 경우 대부분의 모던 브라우저는 최적화를 통해 상위 스코프를 기억하지 않으므로 클로저라고 할 수 없음
  • 외부함수의 외부로 중첩함수가 반환되지 않으면 외부함수보다 중첩함수의 생명주기가 짧기 때문에 생명주기가 종료된 외부 함수의 식별자를 참조할 수 있다는 클로저의 본질에 부합하지 않음
• 클로저는 중첩함수가 상위 스코프의 식별자를 참조하고 있고 중첩함수가 외부 함수보다 더 오래 유지되는 경우에 한정

자유변수와 식별자

• 만약 상위스코프의 식별자가 여러개고 중첩함수는 한개만 참조한다면 모던 브라우저는 최적화를 통해 클로저가 참조하고 있는 식별자만 기억
• 자유 변수 : 클로저에 의해 참조되는 상위 스코프의 변수

 

4. 클로저의 활용

클로저 사용 이유

• 클로저는 상태를 안전하게 변경하고 유지하기 위해 사용
  • 상태가 의도치 않게 변경되지 않도록 상태를 안전하게 은닉하고
  • 특정 함수에게만 상태 변경 허용 위해

클로저를 만들어보자

1. 전역 변수 -> 지역 변수로 변경
2. 함수 호출때마다 지역 변수가 다시 선언되고 초기화 되기 때문에 상태가 변경되기 이전 상태를 유지 하지 못함 -> 즉시 실행 함수 호출되고 반환된 함수가 변수에 할당됨 반환된 함수는 상위 스코프의 렉시컬 환경을 기억하고 있기 때문에 자연변수를 언제 어디서든 호출, 참조, 변경 가능
   • 즉시 실행함수는 한번만 실행되므로 자유변수가 초기화 될 일은 없음

클로저가 적극 사용되는 이유

• 생성자 함수가 프로토타입을 통해 메서드를 상속받는 인스턴스를 생성하면 메서드는 모두 자신의 함수 정의가 평가되어 함수 객체가 될 때 실생중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경을 기억하는 클로저 => 프로토타입을 통해 상속되는 프로토타입 메서드라도 즉시 실행 함수의 자유변수 참조, 변경 가능
• 변수값은 누군가에 의해 언제든지 변경될 수 있어 오류 발생의 근본적 원인이 될 수 있음
• 외부상태 변경이나 가변 데이터를 피하고 불변성을 지향하는 함수형 프로그래밍에서 부수 효과를 최대한 억제하여 오류를 피하고 프로그램의 안정성을 높이기 위해 클로저는 적극 사용됨

고차함수로 클로저 만들기

고차함수를 호출해 함수 반환할 때 반환된 함수는 자신만의 독립된 렉시컬 환경 가짐

함수를 호출하면 그때마다 새로운 외부 함수 실행 컨텍스크의 렉시컬 환경 생성되기 때문

• 전역 변수 각각에 할당된 함수는 각각 자신만의 독립된 렉시컬 환경 갖기 때문에 자유변수를 공유하지 않아 증감이 연동되지 않음
• 만약 같은 렉시컬 환경을 공유하는 클로저를 만들기 위해서는 고차함수를 두번 호출하지 않아야함

 

5. 캡슐화와 정보 은닉

캡슐화와 정보 은닉의 관계

• 캡슐화는 객체의 상태를 나타내는 프로퍼티와 프로퍼티를 참조하고 조작할 수 있는 동작인 메서드를 하나로 묶는 것
• 정보은닉 : 캡슐화는 객체의 특정 프로퍼티나 메서드를 감출 목적으로 사용하는 것
• 정보 은닉은 외부에 공개할 필요가 없는 구현의 일부를 외부에 공개되지 않도록 감추어 적절치 못한 접근으로부터 객체의 상태가 변경되는 것을 방지해 정보를 보호, 객체간의 상호의존성(결합도)를 낮추는 효과 있음

자바스크립트 객체의 모든 프로퍼티와 메서드는 기본적으로 public

• 객체지향 프로그래밍언어는 클래스를 정의하고 그 클래스를 구성하는 멤버에 대해 public, private, protected같은 접근 제한자를 선언하여 공개범위 한정 가능
• public으로 선언된 프로퍼티와 메서드는 클래스 외부에서 참조할 수 있지만 private으로 선언된 경우는 클래스 외부에서 참조 불가능
• 자바스크립트는 public, private, protected같은 접근 제한자를 제공하지 않아 자바스크립트의 객체의 모든 프로퍼티와 메서드는 외부에 공개되어 있음

• name은 외부 공개로 자유롭게 참조하거나 변경 가능 = name 프로퍼티는 public
• _age 변수는 Person 생성자 함수의 지역변수로 외부에서 참조, 변경 불가능 => _age 변수는 private

자바스크립트에서 정보은닉이 가능할까?

• 아래 예시의 패턴 사용 시 public, private, protected 같은 접근 제한자를 제공하지 않느 자바스크립트에서도 정보 은닉이 가능한 것 처럼 보임
  • Person 생성자 함수와 sayHi 메서드는 이미 종료되어 소멸한 즉시 시행 함수의 지역 변수 _age를 참조할 수 있는 클로저
  • 하지만 Person.prototype.sayHi 메서드가 단 한번 생성되는 클로저이기때문에 하나의 동일한 상위 스코프를 사용하게 되고 Person 생성자 함수가 여러개의 인스턴스를 생성할 경우 _age 변수 상태가 유지 되지 않음
• 자바스크립트는 정보 은닉을 완전하게 지원하지 않음 
  • 인스턴스 메서드를 사용한다면 자유 변수를 통해 private을 흉내낼 수 있지만 프로토타입 메서드를 사용하면 이것도 불가능
  • ES6의 Symbol, WeakMap 사용해 private한 프로퍼티를 흉내 내기도 했지만 근본적인 해결책은 아님
  • TC39 프로세스의 stage 3에는 클래스에 private 필드 정의할 수 있는 새로운 표준 사양 제안

 

6. 자주 발생하는 실수

1번 예시

• 첫번째 for 문의 코드 블록 내에서 함수가 funcs 배열의 요소로 추가되고 두번째 for문의 코드 블록 내에서 funcs 배열의 요소로 추가된 함수를 순차적으로 호출함
• 이때 funcs 배열의 요소로 추가된 3개의 함수가 0,1,2를 반환할 것으로 기대하지만 for문의 변수 중 var 키워드 변수는 함수레벨 스코프를 가져서 전역 변수로 되어 i의 값이 3이 출력됨

2번 예시

• 즉시 실행 함수는 전역 변수 i에 할당되어 있는 값을 인수로 받아 매개변수 id 할당 후 중첩함수 반환학 종료함. 즉시 실행함수가 반환한 함수는 funcs배열에 순차적으로 저장됨
• 즉시 실행함수의 매개변수 id는 즉시 실행 함수가 반환한 중첩함수의 상위 스코프에 존재
• 즉시 실행 함수가 반환한 중첩함수는 자신의 상위 스코프를 기억하는 클로저, 매개변수 id는 즉시 실행 함수가 반환한 중첩함수에 묶여있는 자유변수가 되어 그 값이 유지됨
• 자바스크립트의 함수 레벨 스코프 특성으로 인해 for문의 변수 선언문에서 var 키워드로 선언한 변수가 전역변수가 되기때문에 발생하는 현상

1, 2번 예시의 문제점을 해결해보자

• let, const 키워드 사용하는 반복문
  • let, const 키워드 사용하는 반복문은 코드 블록을 반복 실행할 때마다 새로운 렉시컬 환경을 생성해 반복할 당시의 상태 저장
  • 단, 반복문의 코드 블록 내부에서 함수 정의할 때 의미 있음
  • 반복문의 코드 블록 내부에 함수 정의가 없는 반복문이 생성하는 새로운 렉시컬 환경은 반복 직후 아무도 참조하지 않아 가비지 컬렉션의 대상이 됨
  • 예시
    • for문의 변수 선언문에서 let 키워드로 선언하면 for문 코드 블록의 새로운 렉시컬 환경이 생성됨
    • 함수의 상위 스코프는 for문의 코드블록이 반복 실행될 때마다 식별자의 값 유지해야해서 for문 반복될때마다 독립적인 렉시컬 환경 생성해 식별자 값 유지
    • for문의 변수 선언문에서 let 키워드로 선언한 초기화 변수를 사용한 for문이 평가되면 먼저 새로운 렉시컬 환경 생성하고 초기화 변수 식별자와 값 등록, 새롭게 생성된 렉시컬 환경을 현재 실행중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경으로 교체
    • for문의 코드 블록이 반복 실행되기 시작하면 새로운 렉시컬 환경을 생성하고 for 문 코드 블록 내의 식별자와 값 등록, 새롭게 생성된 렉시컬 환경을 현재 실행중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경으로 교체
    • for문의 코드 블록의 반복 실행이 모두 종료되면 for 문이 실행되기 이전의 렉시컬 환경을 실행중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경으로 되돌림
• 고차 함수
  • 함수형 프로그래밍 기법인 고차 함수를 사용해도 됨
  • 변수와 반복문의 사용을 억제할 수 있기 때문에 오류 줄이고 가독성 높임

 

 

모던 자바스크립트 딥다이브 책을 정리한 내용입니다!!!!