Closure - (b)

렉시컬 스코프에서 공부했듯 "함수가 선언된 렉시컬 환경"이란 함수가 정의된 위치의 스코프, 즉 상위 스코프를 의미하는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경을 말한다.

클로저의 동작 원리

const x = 1;

// (1)
function outer () {
  const x = 10;
  const inner = function () { 
    console.log(x); // (2)
  };
  return inner;
}

const innerFunc = outer(); // (3)
innerFunc(); // (4) 10

다시 위 예제를 보자.

위 예제에서 outer 함수가 평가되어 함수 객체를 생성할 때 - (1), 현재 실행중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경, 즉 전역 렉시컬 환경을 outer 함수 객체의 내부 슬롯에 상위 스코프로서 저장한다.

이때 중첩 함수 inner는 자신의 내부 슬롯에 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경,즉 outer 함수의 렉시컬 환경을 상위 스코프로서 저장한다.

outer 함수의 실행이 종료되면 inner 함수를 반환하면서 outer 함수의 생명 주기가 종료된다 - (3) 즉, outer 함수의 실행 컨텍스트가 실행 컨텍스트 스택에서 제거된다.

이때 outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 제거되지만,
outer 함수의 렉시컬 환경까지 소멸하는 것은 아니다.

=> outer 함수의 렉시컬 환경은 inner 함수의 내부 슬롯에 의해 참조되고 있고 inner 함수는 전역 변수 innerFunc에 의해 참조되고 있으므로 가비지 컬렉션의 대상이 되지 않기 때문이다. 가비지 컬렉터는 누군가가 참조하고 있는 메모리 공간을 함부로 해제하지 않는다.

outer 함수가 반환한 inner 함수를 호출 - (4) 하면 inner 함수의 실행 컨텍스트가 생성되고 실행 컨텍스트 스택에 푸쉬된다.

중첩 함수 inner는 외부 함수 outer보다 더 오래 생존했다

이때 외부 함수(outer)보다 더 오래 생존한 중첩 함수(inner)는 외부 함수의 생존 여부(실행 컨텍스트의 생존 여부 => outer 함수가 살아있는지) 와 상관없이 자신이 정의된 위치(outer 함수의 내부에 정의된 중첩 함수)에 의해 결정된 상위 스코프(=outer 함수의 렉시컬 환경)를 기억한다.

이 정도면 클로저에 대한 이해는 다 됐을거라 생각한다.

자바스크립트의 모든 함수는 상위 스코프를 기억하므로 이론적으로는 모든 함수가 클로저다. 하지만 일반적으로 모든 함수를 클로저라고 하지는 않는다. 그런 예제들을 살펴보자

모든 함수가 클로저는 아니다

예제 1

function foo() {
  const x = 1;
  const y = 2;
  
  // 일반적으로 클로저라고 하지 않는다.
  function bar() {
    const z = 3;
    
    // 상위 스코프의 식별자를 참조하지 않는다.
    console.log(z);
  }
  
  return bar;
}

const bar = foo();
bar();

위 예제의 bar(중첩 함수)는 foo(외부 함수)보다 오래 살아있지만 상위 스코프(foo)의 어떤 식별자(변수)도 참조하지 않는다.

이처럼 상위 스코프의 어떤 식별자도 참조하지 않는 경우 대부분의 모던 브라우저는 최적화를 통해 다음 그림과 같이 상위 스코프를 기억하지 않는다. 참조하지도 않는 식별자를 기억하는 것은 메모리 낭비이기 때문이다.

따라서 bar 함수는 클로저라고 할 수 없다.

예제 2

function foo() {
  const x = 1;
  
  // bar 함수는 클로저였지만 곧바로 소멸한다.
  // 이러한 함수는 일반적으로 클로저라고 하지 않는다.
  function bar() {
    // 상위 스코프(foo)의 식별자를 참조한다.
    console.log(x);
  }
  bar();
}
foo();

위 예제의 중첩 험수 bar는 상위 스코프(foo)의 식별자를 참조하고 있으므로 클로저다. 하지만 외부 함수 foo의 외부로 중첩 함수 bar가 반환되지 않는다.

즉, 외부 함수 foo 보다 중첩 함수 bar의 생명 주기가 짧다. 이런 경우 중첩 함수 bar는 클로저였지만 외부 함수보다 일찍 소멸되기 때문에 생명 주기가 종료된 외부 함수의 식별자를 참조할 수 있다는 클로저의 본질에 부합하지 않는다.

따라서 bar는 클로저라고 할 수 없다.

예제 3

function foo() {
  const x = 1;
  const y = 2;
  
  // 클로저
  // 중첩 함수 bar는 외부 함수보다 더 오래 유지되며 상위 스코프의 식별자를 참조한다.
  function bar() {
    // 상위 스코프(foo)의 식별자를 참조한다.
    console.log(x);
  }
  return bar;
}
const bar = foo();
bar();

위 예제의 중첩 함수 bar는 상위 스코프의 식별자(foo의 x)를 참조하고 있으므로 클로저다. 그리고 외부 함수의 외부로 반환되어 외부 함수보다 더 오래 살아남는다.

위와 같이 클로저는 중첩 함수가 상위 스코프의 식별자를 참조하고 있고 중첩 함수가 외부 함수보다 더 오래 유지되는 경우에 한정하는 것이 일반적이다

다만 클로저인 중첩 함수 bar는 상위 스코프의 x,y 식별자 중에서 x만 참조하고 있다. 이런 경우 대부분의 모던 브라우저는 최적화를 통해 상위 스코프의 식별자 중에서 클로저가 참조하고 있는 식별자만을 기억한다.

클로저에 의해 참조되는 상위 스코프의 변수(위 예제에서 foo 함수의 x)를 자유 변수(free variable)라고 부른다.

클로저란 "함수가 자유 변수에 대해 닫혀있다"라는 의미다.
이를 좀 더 알기 쉽게 의역하자면 "자유 변수에 묶여있는 함수"라고 할 수 있다.

클로저의 활용

클로저의 주된 사용 목적
클로저는 상태(state)를 안전하게 변경하고 유지하기 위해 사용한다. 다시 말해, 상태가 의도치 않게 변경되지 않도록 상태를 안전하게 은닉(information hiding)하고 특정 함수에게만 상태 변경을 허용하기 위해 사용한다.

방법 1>
전역 변수로 num 만들어주고 이를 increase 함수에서 접근하기
=> 잘 동작하지만 오류를 발생할 가능성이 있다. 바르게 동작하려면 몇가지 가정이 필요하다.

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

하지만 카운트 상태는 전역 변수를 통해 관리되고 있기 때문에 언제든지 누구나 접근할 수 있고 변경할 수 있다 => 오류로 이어질 가능성이 있다.

방법 2>
지역 변수로 increase 함수 안에다가 카운트 상태 변수(num)를 만들어주는 방법
=> num 변수의 상태는 increase 함수만 변경 가능하게 됐다. 하지만 increase 함수가 호출될 때마다 변수 값이 초기화된다. 이전의 상태를 저장 할 수 없다.

방법 3> 클로저 이용하기

// 카운트 상태 변경 함수
const increase = (function () {
  // 카운트 상태 변수  
  let num = 0;
  
  // 클로저
  return function () {
    // 카운트 상태를 1만큼 증가시킨다.
    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 환경(num 이 있는 렉시컬 환경)을 기억하는 클로저다.

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 언제 어디서 호출하든지 참조하고 변경할 수 있다.

즉시 실행 함수는 한번만 실행되므로 increase가 호출될 때마다 num 변수가 초기화 될 일은 없다. 또한 num 변수는 외부에서 직접 접근할 수 없는 은닉된 private 변수이므로 전역 변수를 사용했을 때와 같이 의도하지 않은 변경을 걱정할 필요도 없기 때문에 더 안정적인 프로그래밍이 가능하다.

증가, 감소가 동시에 가능한 코드를 보면서 마무리하자.

const counter = (function () {
  // 카운트 상태 변수
  let num = 0;
  
  // 클로저인 메소드를 갖는 객체를 반환한다.
  // 객체 리터럴은 스코프를 만들지 않는다.
  // 따라서 아래 메서드들의 상위 스코프는 즉시 실행 함수의 렉시컬 환경이다.
  return {
    increase() {
   		return ++num;
    }
    decrease() {
      return num > 0 ? --num : 0;
    }
  };
}());

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

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