24. 클로저

MDN에 기록된 클로저의 정의를 보면 클로저는 함수와 그 함수가 선언된 렉시컬 환경과의 조합이라고 한다. 여기서 렉시컬 환경이란 함수 실행 컨텍스트의 구성 요소인 렉시컬 환경을 의미하고, 함수의 식별자와 스코프를 관리하는 영역이다. 함수가 선언된 렉시컬 환경이란 함수의 외부 함수의 스코프를 의미한다. 위와 같은 정의가 나오게 된 이유는 자바스크립트는 함수를 어디서 호출했는지가 아니라 함수를 어디에 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정하는 렉시컬 스코프(정적 스코프)를 따르기 때문이다. 클로저는 중첩 함수가 상위 스코프와 맺는 관계와 관련이 있다.

 

렉시컬 스코프란 렉시컬 환경의 '외부 렉시컬 환경에 대한 참조'에 저장할 참조값, 즉 상위 스코프에 대한 참조는 함수 정의가 평가되는 시점에 함수가 정의된 환경에 의해 결정되는 것을 말한다.

 

함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]

함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]는 함수가 자신이 정의된 환경, 즉 상위 스코프를 저장한다. 따라서 함수가 호출되는 환경과 관계없이 자신이 정의된 환경을 참조할 수 있다. 함수가 기억하는 자신이 정의된 환경은 함수가 평가되는 시점에 현재 실행중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경을 가리킨다. 함수가 평가되는 시점에 현재 실행중인 실행 컨텍스트는 항상 함수가 정의된 환경이다. 함수 객체는 자신이 존재하는 한 자신의 상위 스코프를 기억한다. 이 내부 슬롯은 함수 실행 컨텍스트가 생성되고 외부 렉시컬 환경에 대한 참조를 결정할 때 활용된다. 즉 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]를 통해 렉시컬 스코프가 동작한다.

 

클로저와 렉시컬 환경

클로저란 외부 함수보다 중첩 함수가 더 오래 유지되는 경우 중첩 함수는 이미 생명 주기가 종료한 외부 함수의 변수를 참조할 수 있는데, 이러한 중첩 함수를 말한다. 함수가 종료되면 함수의 실행 컨텍스트가 실행 컨텍스트 스택에서 제거되지만 함수의 렉시컬 환경까지 즉시 소멸하는 것은 아니다. 종료된 함수의 렉시컬 환경이 중첩 함수의 [[Environment]] 내부 슬롯에 의해 참조되고 있고 중첩 함수가 참조되고(외부로 반환되어) 있다면 가비지 컬렉션의 대상이 되지 않아 메모리에 존재하게 된다. 

 

자바스크립트의 모든 함수는 상위 스코프를 기억하므로 이론적으로 모든 함수는 클로저다. 하지만 일반적으로 모든 함수를 클로저라고 하지는 않는다. 상위 스코프의 어떤 식별자도 참조하지 않는 경우 최적화를 통해 상위 스코프를 기억하지 않는다. 또한 상위 스코프의 식별자를 참조하더라도 외부로 반환되지 않아 외부 함수보다 함수의 생명 주기가 짧은 경우 외부 함수의 식별자를 참조할 수 있다는 클로저의 본질에 부합하지 않는다. 이러한 함수는 클로저라고 하지 않는다. 즉 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 변수라고 부른다. 클로저(closure)란 함수가 자유 변수에 대해 닫혀있다는 의미이다. 다시 말해 자유 변수와 묶여있는 함수라고 할 수 있다.

 

클로저의 활용

클로저는 상태를 안전하게 변경하고 유지하기 위해 사용한다. 상태가 의도치 않게 변경되지 않도록 상태를 안전하게 은닉하고 특정 함수에게만 상태 변경을 허용하기 위해 사용한다. 중첩 함수를 반환하여 외부 함수의 지역변수를 상태로 활용하는 클로저는 고차함수 형태로 활용된다. 여기서 counter 변수에 할당된 즉시 실행 함수는 한번만 호출되며 실행 컨텍스트도 한번만 생성된다. 즉시 실행 함수는 클로저를 반환하고 counter 변수에 할당된다. counter 변수에 보조 함수를 전달하여 호출하는 함수는 클로저이며 즉시 실행 함수를 상위 스코프로 기억한다. 따라서 counter를 호출할 때마다 같은 상위 스코프(즉시 실행 함수)의 자유 변수에 묶여있는 클로저를 호출하는 것으로, 동일한 상태를 공유한다. 이처럼 클로저를 통해 상태를 특정 함수에게만 접근을 허용하고(공유 범위를 설정) 외부로부터 은닉할 수 있다.

// 함수를 반환하는 고차함수
// 카운트 상태를 유지하기 위한 자유변수 counter를 기억하는 클로저를 반환한다.
const counter = (function () {
  let counter = 0;
  return function (aux) {
    counter = aux(counter);
    return counter;
  };
})();

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

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

// 보조 함수를 전달하여 호출
// 자유 변수를 공유한다.
console.log(counter(increase));
console.log(counter(increase));
console.log(counter(decrease));
console.log(counter(decrease));

 

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 방지해 정보를 보호하고, 객체 간의 상호 의존성, 즉 결합도를 낮추는 효과가 있다. 

 

자바스크립트는 public, private, protected와 같은 접근 제한자를 제공하지 않았다. 하지만 TC39 프로세스의 stage 3 제안 사항에 클래스에 private 필드를 정의할 수 있는 새로운 표준 사양이 제안되어 있다. 표준 사양으로 승급이 확실시되는 이 제안은 최신 브라우저와 최신 Node.js에 구현되어있다.