[JS] 클로저 - 클로저와 렉시컬 환경

클로저에 대해 알아보기 전에! 실행 컨텍스트를 잘 모르신다면 아래의 글들을 먼저 읽어보시는 것을 추천드립니다 :)

 

실행 컨텍스트 - (1) 실행 컨텍스트의 역할, 실행 컨텍스트 스택

실행 컨텍스트 - (2) 실행 컨텍스트의 생성과 식별자 검색 과정

 

클로저(Closure)

클로저는 자바스크립트의 고유의 개념이 아닌(ECMAScript 사양에도 등장하지 않는다) 함수를 일급 객체로 취급하는 함수형 프로그래밍 언어에서 사용되는 중요한 특성이다. 

 

MDN에서는 클로저에 대해 '함수와 그 함수가 선언된 렉시컬 환경과의 조합'으로 정의하고 있다.

 

const x = 1

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

위 예제에서 innerFunc의 상위 스코프가 outerFunc이기 때문에 innerFunc 안에서 outerFunc의 변수에 접근 가능하다. 만약 innerFunc의 상위 스코프가 outerFunc가 아닐 경우 outerFunc 함수의 변수에 접근할 수 없다.

 

이런 현상이 발생하는 이유는 자바스크립트가 렉시컬 스코프를 따르는 프로그래밍 언어이기 때문이다.

 

렉시컬 스코프

자바스크립트 엔진은 함수를 어디에 호출했는지가 아니라 어디에 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정한다. 이를 렉시컬 스코프라고 한다.

 

const x = 1

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

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

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

위 예제에서 foo 함수와 bar 함수는 모두 전역에 정의된 함수이다. 따라서 상위 스코프는 전역이다. 즉, 함수의 상위 스코프는 함수를 정의한 위치에 의해 결정되고 변하지 않는다.

 

함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]

함수가 정의되는 위치와 호출되는 위치는 다를 수 있다. 따라서 렉시컬 스코프가 가능하려면 함수는 자신이 호출되는 환경과는 상관없이 자신이 정의된 환경(상위 스코프)을 기억해야 한다. 이를 위해 함수는 자신의 내부 슬롯 [[Environment]]에 자신이 정의된 환경, 즉 상위 스코프의 참조를 저장한다.

 

함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 참조가 바로 상위 스코프이고, 이는 자신이 호출되었을 때 생성될 함수 렉시컬 환경의 '외부 렉시컬 환경에 대한 참조'에 저장될 참조값이다.

 

const x = 1

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

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

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

위 예시에서 foo, bar 함수는 전역에서 함수 선언문으로 정의되었다. 따라서 foo, bar는 모두 전역 코드가 평가될 때 평가되어 함수 객체를 생성한다. 이 때 생성된 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 전역 렉시컬 환경의 참조가 저장된다.

 

함수가 호출되면 함수 내부로 코드 제어권이 이동하고, 함수 코드가 평가된다. 이 때 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에는 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]에 저장된 렉시컬 환경의 참조가 할당된다.

 

이것이 바로 함수 정의 위치에 따라 상위 스코프를 결정하는 렉시컬 스코프의 실체다.

 

클로저와 렉시컬 환경

const x = 1

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

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

위 예시에서 outer 함수를 호출하면 outer 함수는 중첩함수 inner를 반환한 후 더 이상 실행할 코드가 없으므로 실행 컨텍스트 스택에서 제거된다. outer 함수의 실행 컨텍스트가 제거되었으므로 outer 함수의 지역 변수 x에 접근할 수 없어 보이지만 innerFunc의 실행 결과를 보면 outer 함수의 지역 변수 x값이 출력된 것을 볼 수 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 클로저(Closure)라고 부른다.

 

함수 코드 평가 과정 - 함수 객체의 [[Environment]]에 전역 렉시컬 환경을 상위 스코프로 저장

outer 함수가 평가되어 함수 객체를 생성할 때, 현재 실행 중인 컨텍스트의 렉시컬 환경(전역 렉시컬 환경)을 [[Environment]] 내부 슬롯에 저장한다.

 

outer의 [[Environment]]에 저장된 렉시컬 환경을 outer 함수 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조에 할당

outer 함수를 호출하면 outer 함수의 렉시컬 환경이 생성되고, outer 함수 객체의 [[Environment]]에 저장된 전역 렉시컬 환경을 outer 함수 렉시컬 환경의 '외부 렉시컬 환경에 대한 참조'에 할당한다. 그리고 중첩 함수 inner가 평가되어 inner의 [[Environment]]에 outer 함수의 렉시컬 환경을 상위 스코프로서 저장한다.

 

outer 함수의 실행 컨텍스트가 제거되어도 전역 변수 innerFunc가 참조하고 있는 inner 함수가 outer 함수를 참조하고 있기 때문에 outer 함수의 렉시컬 환경은 유지된다.

outer 함수의 실행이 종료하면 inner 함수를 반환하며 outer 함수 실행 컨텍스트가 실행 컨텍스트 스택에서 제거된다. 하지만 outer 함수의 렉시컬 환경까지 소멸하는 것은 아니다.

 

전역 변수 innerFunc가 inner 함수를 참조하고, inner 함수의 [[Environment]]가 outer 함수의 렉시컬 환경을 참조하고 있으므로 가비지 컬렉션의 대상이 되지 않기 때문이다. 가비지 컬렉터는 누군가가 참조하고 있는 메모리 공간을 함부로 해제하지 않는다.

 

어떤 함수가 클로저일까?

자바스크립트의 모든 함수는 상위 스코프를 기억하므로 이론적으로는 모든 함수가 클로저이다. 하지만 일반적으로 모든 함수를 클로저라고 하지는 않는다.

 

상위 스코프의 어떤 식별자도 참조하지 않는 함수는 클로저가 아니다.

function foo() {
  const x = 1
  const y = 2
  
  function bar() {
    const z = 3
    debugger
    console.log(z)
  }
  
  return bar
}

const bar = foo()
bar()

Local: 지역 스코프, Script: 현재 실행 중인 함수, Global: 전역 객체

위 예제의 중첩 함수 bar는 외부 함수 foo보다 더 오래 유지되지만 상위 스코프의 어떤 식별자도 참조하지 않는다.

 

상위 스코프의 어떤 식별자도 참조하지 않는 경우 대부분의 모던 브라우저는 최적화를 통해 상위 스코프를 기억하지 않는다. 따라서 bar 함수는 클로저라고 할 수 없다.

 

외부 함수보다 일찍 소멸되는 중첩 함수는 클로저의 본질에 부합하지 않는다.

function foo() {
  const x = 1
  
  function bar() {
    debugger
    console.log(x)
  }
  bar()
}
foo()

bar 함수는 클로저이지만 곧바로 소멸한다.

중첩 함수 bar는 상위 스코프의 식별자를 참조하고 있으므로 클로저이다. 하지만 외부 함수보다 중첩 함수 bar의 생명 주기가 짧기 때문에 생명 주기가 종료된 외부 함수의 식별자를 참조할 수 있다는 클로저의 본질에 부합하지 않는다. 따라서 중첩 함수 bar는 일반적으로 클로저라고 하지 않는다.

 

외부 함수보다 더 오래 유지되고 상위 스코프를 참조하는 중첩함수가 클로저다.

function foo() {
  const x = 1
  const y = 2
  
  function bar() {
    debugger
    console.log(x)
  }
  return bar
}
const bar = foo()
bar()

상위 스코프의 식별자 중 클로저가 참조하고 있는 식별자만 기억한다.

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

 

클로저인 중첩 함수 bar는 상위 스코프의 x, y 식별자 중 x만 참조하고 있다. 이런 경우 대부분의 모던 브라우저는 최적화를 통해 상위 스코프의 식별자 중에서 클로저가 참조하고 있는 식별자만 기억한다. 클로저에 의해 참조되는 상위 스코프의 변수(위의 경우 foo의 x 변수)를 자유 변수라고 한다.