나의 개발 족보

핵심 정리

24장 클로저

클로저는 자바스크립트 고유의 개념이 아닙니다. 함수를 일급 객체로 취급하는 함수형 프로그래밍 언어에서 사용되는 중요한 특성입니다.

클러저는 자바스크립트 고유의 개념이 아니므로 클로저의 정의가 ECMAScript 사양에 등장하지 않습니다.

MDN에서는 클로저에 대해 다음과 같이 정의합니다.

"클로저는 함수와 그 함수가 선언된 렉시컬 환경과의 조합이다."

1. 렉시컬 스코프

자바스크립트 엔진은 함수를 어디서 호출했는지가 아니라 함수를 어디에 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정합니다. 

이를 렉시컬 스코프(정적 스코프)라 합니다.

렉시컬 환경의 "외부 렉시컬 환경에 대한 참조"에 저장할 참조값, 즉 상위 스코프에 대한 참조는 함수 정의가 평가되는 시점에 함수가 정의된 환경(위치)에 의해 결정됩니다. 이것이 바로 렉시컬 스코프입니다.

2. 함수 객체의 내부 슬롯[[Environment]]

렉시컬 스코프가 가능하려면 함수는 자신이 호출되는 환경과는 상관없이 자신이 정의된 환경, 즉 상위 스코프를 기억해야 한다. 이를 위해 함수는 자신의 내부 슬롯[[Environmnet]]에 자신이 정의된 환경, 즉 상위 스코프의 참조를 저장합니다.

3. 클로저와 렉시컬 환경

const x = 1;

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

// outer 함수를 호출하면 중첩 함수 inner를 반환한다.
// 그리고 outer 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 팝되어 제거된다.
const innerFunc = outer();
innerFunc(); // 10

실행 결과는 outer 함수의 지역 변수 x의 값인 10입니다. 이미 생명 주기가 종료되어 실행 컨텍스트 스택에서 제거된 outer 함수의 지역 변수 x가 다시 부활이라도 한 듯이 동작하고 있습니다. 이처럼 외부 함수보다 중첩 함수가 더 오래 유지되는 경우 중첩 함수는 이미 생명 주기가 종료한 외부 함수의 변수를 참조할 수 있습니다. 이러한 중첩 함수를 클로저라고 부릅니다.

하나씩 코드를 살펴보면

outer 함수가 평가되어 함수 객체를 생성할 때 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경, 즉 렉시컬 환경을 outer 함수 객체의 [[Environment]] 내부 슬롯에 상위 스코프로서 저장합니다.

outer 함수를 호출하면 outer 함수의 렉시컬 환경이 생성되고 앞서 outer 함수 객체의 [[Environment]] 내부 슬롯에 저장된 전역 렉시컬 환경을 outer 함수 렉시컬 환경의 "외부 렉시컬 환경에 대한 참조"에 할당 합니다. 그리고 중첩 함수 inner가 평가됩니다.

이때 중첩 함수 inner는 자신의 [[Environment]] 내부 슬롯에 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경, 즉 outer 함수의 렉시컬 환경을 상위 스프로서 저장합니다.

중첩 함수 inner는 외부 함수 outer보다 더 오래 생존했습니다. 이때 외부 함수보다 더 오래 생존한 중첩 함수는 외부 함수의 생존 여부와 상관없이 자신이 정의된 위치에 의해 결정된 상위 스코프를 기억합니다. 이처럼 중첩 함수 inner의 내부에서는 상위 스코프를 참조할 수 있으므로 상위 스코프의 식별자를 참조할 수 있고 식별자의 값을 변경할 수도 있습니다.

자바스크립트의 모든 함수는 상위 스코프를 기억하므로 이론적으로 모든 함수는 클로저입니다. 하지만 일반적으로 모든 함수를 클로저라고 하지는 않습니다. 상위 스코프의 어떤 식별자도 참조하지 않는 경우 대부분의 모던 브라우저는 최적화를 통해 상위 스코프를 기억하지 않습니다.

클로저에 의해 참조되는 상위 스코프의 변수를 자유 변수(free variable)라고 부릅니다.

4. 클로저의 활용

클로저는 상태(state)를 안전하게 변경하고 유지하기 위해 사용합니다. 상태를 안전하게 은닉하고 특정 함수에게만 상태 변경을 허용하기 위해 사용합니다.

// 카운트 상태 변경 함수
const increase = (function (){
 // 카운트 상태 변수
 let num = 0;
 
 // 클로저
 return function() {
  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 할당됩니다. increase 변수에 할당된 함수는 자신이 정의된 위치에 의해 결정된 상위 스코프인 즉시 실행 함수의 렉시컬 환경을 기억하는 클로저입니다.

즉시 실행 함수는 호출된 이후 소멸되지만 즉시 실행 함수가 반환한 클로저는 increase 변수에 할당되어 호출됩니다. 이때 즉시 실행 함수가 반환한 클로저는 정의된 위치에 의해 결정된 상위 스코프인 즉시 실행 함수의 렉시컬 환경으 기억하고 따라서 즉시 실행 함수가 반환한 클로저는 카운트 상태를 유지하기 위한 자유 변수 num을 언제 어디서 호출하든지 참조하고 변경할 수 있습니다.

이처럼 클로저는 상태가 의도치 않게 변경되지 않도록 안전하게 은닉하고 특정 함수에게만 상태 변경을 허용하여 상태를 안전하게 변경하고 유지하기 위해 사용합니다.

핵심 정리

23장 실행 컨텍스트

실행 컨텍스트는 자바스크립트의 동작 원리를 담고 있는 핵심 개념입니다.

1. 소스코드 타입

ECMAScript 사양은 소스코드를 4가지 타입으로 구분합니다. 4가지 타입의 소스코드는 실행 컨텍스트를 생성합니다.

전역코드 : 전역에 존재하는 소스코드를 말합니다. 전역에 정의된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않습니다.

함수 코드 : 함수 내부에 존재하는 소스코드를 말합니다. 함수 내부에 중첩된 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않습니다.

eval 코드 : 빌트인 전역 함수인 eval 함수에 인수로 전달되어 실행되는 소스코드를 말합니다.

모듈 코드 : 모듈 내부에 존재하는 소스코드를 말합니다. 모듈 내부의 함수, 클래스 등의 내부 코드는 포함되지 않습니다.

소스코드를 4가지 타입으로 구분하는 이유는 소스코드의 타입에 따라 실행 컨텍스트를 생성하는 과정과 관리 내용이 다릅니다.

2. 소스코드의 평가와 실행

모든 소스코드는 실행에 앞서 평가 과정을 거치며 코드를 실행하기 위한 준비를 합니다.

다시 말해, 자바스크립트 엔진은 소스코드를 2개의 과정, 즉 "소스코드의 평가"와 "소스코드의 실행" 과정으로 나누어 처리합니다.

소스코드 평가 과정에서는 실행 컨텍스트를 생성하고 변수, 함수 등의 선언문만 먼저 실행하여 생성된 변수나 함수 식별자를 키로 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록합니다.

소스코드 평가 과정이 끝나면 비로소 선언문을 제외한 소스코드가 순차적으로 실행되기 시작합니다. 즉, 런타임이 시작됩니다. 이때 소스코드 실행에 필요한 정보, 즉 변수나 함수의 참조를 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에서 검색해서 취득합니다. 그리고 변수 값의 변경 등 소스코드의 실행 결과는 다시 실행 컨텍스트가 관리하는 스코프에 등록합니다.

3. 실행 컨텍스트의 역할

3.1 전역 코드 평가

전역 코드의 변수 선언문과 함수 선언문이 먼저 실행되고, 그 결과 생성된 전역 변수와 전역 함수가 실행 컨텍스트가 관리하는 전역 스코프에 등록됩니다. 이때 var 키워드로 선언된 변수와 함수 선언문으로 정의된 전역 함수는 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 됩니다.

3.2 전역 코드 실행

평가가 끝나면 런타임이 시작되어 전역 코드가 순차적으로 실행되기 시작합니다.

이때 전역 변수에 값이 할당되고 함수가 호출됩니다. 함수가 호출되면 실행되던 코드의 실행을 일시 중단하고 코드 실행 순서를 변경하여 함수 내부로 진입합니다.

3.3 함수 코드 평가

함수 코드 평가 과정을 거치며 함수 코드를 실행하기 위한 준비를 합니다. 생성된 매개변수와 지역 변수가 실행 컨텍스트가 관리하는 지역 스코프에 등록됩니다. arguments 객체가 생성되어 지역 스코프에 등록되고 this 바인딩도 결정됩니다.

3.4 함수 코드 실행

평가 과정이 끝나면 런타임이 시작되어 함수 코드가 순차적으로 실행되기 시작합니다. 이때 매개변수와 지역 변수에 값이 할당되고 메서드가 호출됩니다. 

이처럼 코드가 실행되려면 스코프를 구분하여 식별자와 바인딩된 값이 관리되어야 합니다. 그리고 중첩 관계에 의해 스코프 체인을 형성하여 식별자를 검색할 수 있어야 하고, 전역 객체의 프로퍼티도 전역 변수처럼 검색 할 수 있어야 합니다. 또한 함수 호출이 종료되면 함수 호출 이전으로 되돌아가기 위해 현재 실행 중인 코드와 이전에 실행하던 코드를 구분하여 관리해야 합니다. 이처럼 코드가 실행되려면 다음과 같이 스코프, 식별자, 코드 실행 순서 등의 관리가 필요합니다.

이 모든 것을 관리하는 것이 바로 실행 컨텍스트입니다. 실행 컨텍스트는 소스코드를 실행하는 데 필요한 환경을 제공하고 코드의 실행 결과를 관리하는 영역입니다.

좀 더 구체적으로 말해, 실행 컨텍스트는 식별자(변수, 함수, 클래스 등의 이름)를 등록하고 관리하는 스코프와 코드 실행 순서 관리를 구현한 내부 매커니즘으로, 모든 코드는 실행 컨텍스트를 통해 실행되고 관리됩니다.

식별자와 스코프는 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경으로 관리하고 코드 실행 순서는 실행 컨텍스트 스택으로 관리합니다.

4. 실행 컨텍스트 스택

실행 컨텍스트 스택은 코드의 실행 순서를 관리합니다. 소스코드가 평가되면 실행 컨텍스트가 생성되고 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 쌓입니다. 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트는 언제나 현재 실행 중인 코드의 실행 컨텍스트입니다. 따라서 실행 컨텍스트 스택의 최상위에 존재하는 실행 컨텍스트를 실행 중인 실행 컨텍스트라 부릅니다.

5. 렉시컬 환경

실행 컨텍스트 스택이 코드의 실행 순서를 관리한다면 렉시컬 환경은 스코프와 식별자를 관리합니다.

렉시컬 환경은 키와 값을 갖는 객체 형태의 스코프(전역, 함수, 블록 스코프)를 생성하여 식별자를 키로 등록하고 식별자에 바인딩된 값을 관리합니다. 즉, 렉시컬 환경은 스코프를 구분하여 식별자를 등록하고 관리하는 저장소 역할을 하는 렉시컬 스코프의 실체입니다.

6. 실행 컨텍스트의 생성과 식별자 검색 과정

6.1 전역 객체 생성

전역 객체는 전역 코드가 평가되기 이전에 생성됩니다. 이때 전역 객체에는 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 그리고 표준 빌트인 객체가 추가되며 동작 환경에 따라 클라이언트 사이드 Web API 또는 특정 호나경을 위한 호스트 객체를 포함합니다.

6.2 전역 코드 평가

1. 전역 실행 컨텍스트 생성

2. 전역 렉시컬 환경 생성

 2.1 전역 환경 레코드 생성 : 전역 환경 레코드는 기존의 전역 객체가 관리하던 var 키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의한 전역 함수, 빌트인 전역 프로퍼티와 빌트인 전역 함수, 표준 빌트인 객체를 관리하고, 선언적 환경 레코드는 let, const 키워드로 선언한 지역 변수를 관리한다. 

  2.1.1 객체 환경 레코드 생성 : 전역 코드 평가 과정에서 var 키워드로 선언한 전역 변수와 함수 선언문으로 정의한 전역 함수는 전역 환경 레코드의 객체 환경 레코드에 연결된 BindingObject를 통해 전역 객체의 프로퍼티와 메서드가 됩니다.

  2.1.2 선언적 환경 레코드 생성 : let, const 키워드로 선언한 변수는 "선언 단계"와 "초기화 단계"가 분리되어 진행합니다. 따라서 초기화 초기화 단계, 즉 런타임에 실행 흐름이 변수 선언문에 도달하기 전까지 일시적 사각지대(TDZ)에 빠지게 됩니다.

 2.2 this 바인딩 : [[GlobalThisValue]] 내부 슬록에 this가 바인딩 됩니다.

 2.3 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정 : 상위 스코프를 가리킵니다. 이를 통해 단방향 링크드 리스트인 스코프 체인을 구현합니다.

6.3 전역 코드 실행

어느 스코프의 식별자를 참조하면 되는지 결정할 필요가 있습니다. 이를 식별자 결정이라 합니다.

식별자 결정을 위해 식별자를 검색할 때는 실행 중인 실행 컨텍스트에서 식별자를 검색하기 시작합니다.

6.4 함수 코드 평가

함수가 호출되면 전역 코드의 실행을 일시 중단하고 함수 내부로 코드의 제어권을 이동합니다. 그리고 함수 코드르 평가하기 시작합니다.

1. 함수 실행 컨텍스트 생성

2. 함수 렉시컬 환경 생성

 2.1 함수 환경 레코드 생성 : 매개변수, arguments 객체, 함수 내부에서 선언한 지역 변수와 중첩 함수를 등록하고 관리합니다.

 2.2 this 바인딩 : [[ThisValue]] 내부 슬록에 this가 바인딩 됩니다.

 2.3 외부 렉시컬 환경에 대한 참조 결정 : 함수를 어디서 호출했는지가 아니라 어디에 정의했는지에 따라 상위 스코프를 결정한다고 했습니다. 자바스크립트 엔진은 함수 정의를 평가하여 함수 객체를 생성할 때 현재 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉서컬 환경, 즉 함수의 상위 스코프를 함수 객체의 내부 슬록 [[Environment]]에 저장합니다. 함수 객체의 내부 슬롯 [[Environment]]가 바로 렉시컬 스코프를 구현하는 매커니즘입니다.

6.5 함수 코드 실행

식별자 결정을 위해 실행 중인 실행 컨텍스트의 렉시컬 환경에서 식별자를 검색하기 시작합니다. 현재 실행 중인 실행 컨텍스트느느 함수 실행 컨텍스트이므로 함수 렉시컬 환경에서 식별자를 검색하기 시작합니다.

6.6 함수 코드 종료

6.7 전역 코드 실행 종료

7. 실행 컨텍스트와 블록 레벨 스코프

var 키워드로 선언한 변수는 오로지 함수의 코드 블록만 지역 스코프로 인정하는 함수 레벨 스코프를 따릅니다.

하지만 let, const 키워드로 선언한 변수는 모든 코드 블록을 지역 스코프로 인정하는 블록 레벨 스코프를 따릅니다.

let x = 1;

if(true) {
 let x = 10;
 console.log(x); // 10
}

console.log(x); // 1

if 문의 코드 블록 내에서 let 키워드로 변수가 선언되었습니다. 따라서 if 문의 코드 블록이 실행되면 if 문의 코드 블록을 위한 블록 레벨 스코프를 생성해야 합니다. 이를 위해 선언적 환경 레코드를 갖는 렉시컬 환경을 새롭게 생성하여 기존의 전역 렉시컬 환경을 교체합니다.

이때 새롭게 생성된 if 문의 코드 블록을 위한 렉시컬 환경의 외부 렉시컬 환경에 대한 참조는 if 문이 실행되기 이전의 전역 렉시컬 환경을 가리킵니다. 이는 if 문뿐 아니라 블록 레벨 스코프를 생성하는 모든 블록문에 적용됩니다.