JavaScript Closure

2017-08-07

Javascript Closure

1. 클로저의 개념

클로저는 자바스크립트 고유의 개념이 아니라 함수를 일급 객체로 취급하는 함수형 언어(Functional language: Python, Haskell, Erlang, Perl, D, R…)에서 사용되는 중요한 특성이다.
클로저는 내부함수를 위한 외부함수의 지역변수가 외부함수에 의해 내부함수가 반환된 이후에도 life-cycle이 유지되는 것을 의미한다.

function outerFunc() {
  var x = 10;
  var innerFunc = function () { console.log(x); };
  innerFunc();
}

outerFunc();

중첩된 함수의 scope 레퍼런스를 차례대로 저장하고 있는 Scope-chain을 자바스크립트 엔진이 검색하였기에 가능한 것이다
- 1.innerFunc 함수 내에서 변수 x를 검색한다. 검색이 실패하였다.
- 2.innerFunc 함수를 포함하는 외부 함수 outerFunc에서 변수 x를 검색한다. 검색이 성공하였다.

function outerFunc() {
  var x = 10;
  var innerFunc = function () { console.log(x); };
  return innerFunc;
}

var inner = outerFunc(); // 클로저의 형성
inner(); // 10

클로저란? 위의 예제는 자신을 포함하고 있는 외부함수보다 내부함수가 더 오래 유지되는 경우인데 이때 내부함수가 외부함수의 지역변수에 접근 할 수 있고, 외부함수는 외부함수의 지역변수를 사용하는 내부함수가 소멸될 때까지 소멸되지 못하고 상태가 유지되며 내부함수에 의해서 소멸하게 되는 특성을 나타낸다.
클로저에 의해 참조되는 외부함수의 변수 즉 outerFunc 함수의 변수 x를 자유변수(Free variable)라고 부른다. 클로저라는 이름은 자유변수에 함수가 닫혀있다(closed)라는 의미로 의역하면 자유변수에 엮여있는 함수라는 뜻이다.
실행 컨텍스트의 관점에 설명하면, 내부함수가 유효한 상태에서 외부함수가 종료하여 외부함수의 실행 컨텍스트가 반환되어도, 외부함수 실행 컨텍스트 내의 Activation object(변수, 함수정의 등의 정보를 가지고 있다)는 유효하여 내부함수가 Scope-chain을 통해 참조할 수 있는 것을 의미한다.
- 실행 컨텍스트의 Activation object와 클로저

2. 클로저의 활용

클로저는 자바스크립트의 강력한 기능이기는 하나 성능적인 면과 자원적인 면에서 손해를 볼 수 있다.

2.1 전역 변수의 사용 억제

클로저의 필요성을 이해하기 위해서, 버튼이 클릭될 때마다 클릭한 횟수가 누적되어 화면에 표시되는 코드를 만들어보자.

<!DOCTYPE html>
<html>
<body>
  <p>전역 변수를 사용한 Counting</p>

  <button type="button" onclick="myFunction()">Count!</button>

  <p id="demo">0</p>

  <script>
    var counter = 0;

    function add() {
      return counter += 1;
    }

    function myFunction(){
      document.getElementById('demo').innerHTML = add();
    }
  </script>
</body>
</html>

위 코드는 잘 동작한다. 하지만 add 함수만을 위한 전역 변수 counter를 사용하고 있다. 전역 변수는 누구나 접근할 수 있어 의도하지 않게 변수명이 중복되거나 값이 변경되었을 때 문제가 될 수 있다. 그럼 전역 변수 counter를 add 함수의 지역 변수로 바꾸어보자.

<!DOCTYPE html>
<html>
<body>
  <p>지역 변수를 사용한 Counting</p>

  <button type="button" onclick="myFunction()">Count!</button>

  <p id="demo">0</p>

  <script>
    function add() {
      var counter = 0;
      return counter += 1;
    }

    function myFunction(){
      document.getElementById('demo').innerHTML = add();
    }
  </script>
  </body>
</html>

클로저를 통한 문제해결코드

<!DOCTYPE html>
<html>
  <body>
  <p>클로저를 사용한 Counting</p>

  <button type="button" onclick="myFunction()">Count!</button>

  <p id="demo">0</p>

  <script>
    var add = (function () {
      var counter = 0;
      return function () {
        return counter += 1;
      }
    })();

    function myFunction(){
      document.getElementById('demo').innerHTML = add();
    }
  </script>
  </body>
</html>

변수 add에는 즉시실행함수(immediately-invoked function expression)가 호출되어 그 결과 무명함수 function () {return counter += 1;}반환된다.
즉시실행함수는 한번만 실행되므로 add에 담겨있는 함수가 호출될 때마다 변수 counter가 재차 초기화될 일은 없을 것이다
중요한 것은 add에 담겨있는 함수는 변수 counter에 접근할 수 있고 변수 counter는 add에 담겨있는 함수가 소멸될 때가지 유지된다는 것이다. 이것이 바로 클로저이다.
변수 counter는 외부에서 직접 접근할 수 없는 private 변수이므로 전역 변수를 사용했을 때와 같이 의도되지 않은 변경을 걱정할 필요도 없다.

2.2 setTimeout()의 콜백 함수

setTimeout() 함수는 첫번째 parameter에 콜백 함수를 전달하고, 두번째 parameter에 시간 간격(ms: 1000분의 1초)을 지정한다. 즉 지정된 시간 간격으로 콜백 함수를 호출한다.

<!DOCTYPE html>
<html>
<body>
  <p>새로고침으로 다시 실행해 보세요</p>
  <script>
    var fade = function (node) {
      // 자유변수
      var level = 1; // ②
      var step = function() {
        var hex = level.toString(16); // ④
        
        // hex: '1' ~ 'f'
        node.style.backgroundColor = '#ff' + hex; // ⑤

        if(level < 15) { // ⑥
          level += 1;
          setTimeout(step, 100); // ⑦
        }
      };
      // setTimeout 호출 이후 fade 함수는 종료한다. 100ms 후 함수 step은 호출된다.
      // 즉 외부 함수 fade보다 내부 함수 step이 더 오래 유지된다.
      setTimeout(step, 100); // ③
    };

    fade(document.body); // ①
  </script>
</body>
</html>

① 함수 fade는 document.body를 인자로 전달받아 호출된다.

② 함수 fade의 지역변수 level은 1로 초기화되어 있다. 함수 step은 내부함수이며 외부함수 fade의 지역변수 level을 사용한다. level은 자유변수이다.

③ setTimeout 호출 이후 fade 함수는 종료한다. 100ms 후 함수 step은 호출된다. 즉 외부 함수 fade보다 내부 함수 step이 더 오래 유지된다.

④ 함수 step은 지역변수 hex을 갖는다. 이것은 16진수 문자열을 값으로 갖는다.

⑤ 함수 fade의 매개변수 node(document.body)의 배경색을 변경한다.

⑥ 변수 level이 15(f)보다 작은지 다시말해 16진수 범위 내(1~f)인지 확인한다.

⑦ level을 1 증가시키고 다시 함수 step을 호출하여 같은 작업을 반복한다.

2.3 자주 발생하는 실수

var arr = [];

for (var i = 0; i < 5; i++) {
  arr[i] = function () {
    return i;
  };
}

for (var index = 0; index < arr.length; index++) {
  console.log(arr[index]());
}

배열 arr에 5개의 함수가 할당되고 각각의 함수는 순차적으로 0, 1, 2, 3, 4를 반환할 것으로 기대하겠지만 결과는 그렇지않다. 이유는 변수 i는 외부함수의 변수가 아닌 전역 변수이기 때문이다. 바르게 동작하는 코드는 아래와 같다.

var arr = [];

for (var i = 0; i < 5; i++){
  arr[i] = (function (id) { // ②
    return function () {
      return id; // ③
    };
  })(i); // ①
}

for (var index = 0; index < arr.length; index++) {
  console.log(arr[index]());
}

① 배열 arr에는 즉시실행함수에 의해 함수가 반환된다.

② 이때 즉시실행함수는 i를 인자로 전달받고 매개변수 id에 할당한 후 내부 함수를 반환하고 life-cycle이 종료된다. 매개변수 id는 자유변수가 된다.

③ 배열 arr에 할당된 함수는 id를 반환한다. 이때 id는 상위 스코프의 자유변수이므로 그 값이 유지된다.

위 예제는 자바스크립트의 함수 레벨 스코프 특성으로 인해 for 루프의 초기문에서 사용된 변수의 스코프가 전역이 되기 때문에 발생하는 현상이다. ES6의 let 키워드를 사용하면 이와 같은 문제는 말끔히 해결된다.

const arr = [];

for (let i = 0; i < 5; i++) {
  arr[i] = function () {
    return i;
  };
}

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

TILJavaScriptClosure