[ 모던 자바스크립트 Deep Dive ] 14장 전역 변수의 문제점

모던 자바스크립트 Deep Dive 를 읽고 작성한 학습용 게시글입니다.

모던 자바스크립트 Deep Dive: 자바스크립트의 기본 개념과 동작 원리

변수의 생명 주기

지역 변수의 생명 주기

• 변수는 선언에 의해 생성되고 할당을 통해 값을 갖고, 언젠가 소멸한다.
• 즉, 변수에는 생명 주기가 있다.
• 변수에 생명 주기가 없다면 한번 선언된 변수는 프로그램을 종료하지 않는 한 영원히 메모리 공간을 점유하게 된다.
• 변수는 자신이 선언된 위치에서 생성되고 소명한다.
• 전역 변수의 생명 주기는 애플리케이션의 생명 주기와 같다.
• 하지만 함수 내부에서 선언된 지역 변수는 함수가 호출되면 생성ㄷ되고 함수가 종료하면 소멸한다.

// 예제 14-01

function foo() {
  var x = "local";
  console.log(x); // local
  return x;
}

foo();

console.log(x); //R eferenceError: x is not defined

• 지역 변수 x는 foo 함수가 호출되기 이전까지는 생성되지 않는다.
• foo 함수를 호출하지 않으면 함수 내부의 변수 선언문이 실행되지 않기 때문이다.
• 변수 선언은 선언문이 어디에 있든 상관없이 가장 먼저 실행된다.
• 즉, 변수 선언은 코드가 한 줄씩 순차적으로 실행되는 시점인 런타임에 실행되는 것이 아니라 런타임 이전 단계에서 자바스크립트 엔진에 의해 먼저 실행된다.
• 그런데 엄밀히 말하자면 위 설명은 전역 변수에 한정된 것이다.
• 함수 내부에서 선언한 변수는 함수가 호출된 직후에 (함수 몸체의 코드가 한 줄씩 순차적으로 실행되기 이전에) 자바스크립트 엔진에 의해 먼저 실행된다.
• 함수 내부에서 선언된 지역 변수 x는 foo 함수가 호출되어 실행되는 동안에만 유효하다.
• 즉, 지역 변수의 생명 주기는 함수의 생명 주기와 일치한다.

• 함수 몸체 내부에서 선언된 지역 변수의 생명 주기는 함수의 생명 주기와 대부분 일치하지만 지역 변수가 함수보다 오래 생존하는 경우도 있다.
• 변수는 하나의 값을 저장하기 위해 확보한 메모리 공간 자체 또는 그 메모리 공간을 식별하기 위해 붙인 이름이다.
• 따라서 변수의 생명 주기는 메모리 공간이 확보(allocate)된 시점부터 메모리 공간이 해제(release)되어 가용 메모리 풀(memory poll)에 반환되는 시점까지다.
• 함수 내부에서 선언된 지역 변수는 함수가 생성한 스코프에 등록된다.
• 함수가 생성한 스코프는 렉시컬 환경이라 부르는 물리적인 실체가 있다고 했다.
• 따라서 변수는 자신이 등록된 스코프가 소멸(메모리 해제)될 때까지 유효하다.
• 할당된 메모리 공간은 더 이상 누구도 참조하지 않을 때 가비지 콜렉터에 의해 해제되어 가용 메모리 풀에 반환된다.
• 즉, 누군가가 메모리 공간을 참조하고 있으면 해제되지 않고 확보된 생태로 남아있게 된다.
• 이는 스코프도 마찬가지로서, 누군가 스코프를 참조하고 있으면 스코프는 소멸되지 않고 생존하게 된다.
• 일반적으로 함수가 종료하면 함수가 생성한 스코프도 소멸한다.
• 하지만 누군가가 스코프를 참조하고 있다면 스코프는 해제되지 않고 생존하게 된다. ⇒ 24장 클로저

// 예제 14-02
var x = "global";

function foo() {
  console.log(x); // ①, undefined
  var x = "local";
}

foo();

console.log(x); // ②, global

undefined가 출력된 이유

• ① 시점에서 지역 변수 x는 이미 선언되었고 undefined로 초기화되어있다.
• 따라서 전역 변수 x를 참조하는 것이 아니라, 지역 변수 x를 참조해 값을 출력한다.
• 즉, 지역 변수는 함수 전체에서 유효하다.
• 단, 변수 할당문이 실행되기 이전까지는 undefined값을 갖는다.
• 이처럼 호이스팅은 스코프를 단위로 동작한다.
• 반면, 전역 변수의 호이스팅은 전역 변수의 선언이 전역 스코프의 선두로 끌어 올려진 것처럼 동작한다.
• 따라서 전역 변수는 전역 전체에서 유효하다.
• 지역 변수의 호이스팅은 지역 변수의 선언이 지역 스코프의 선두로 끌어 올려진 것처럼 동작한다.
• 따라서 , 지역 변수는 함수 전체에서 유효하다.
• 즉, 호이스팅은 변수 선언이 스코프의 선두로 끌어 올려진 것처럼 동작하는 자바스크립트의 특징을 말한다.

전역 변수의 생명주기

• 함수와 달리 전역 코드는 명시적인 호출 없이 실행된다.
• 즉, 전역 코드는 함수 호출과 같이 전역 코드를 실행하는 특별한 진입점이 없고 코드가 로드되자마자 곧바로 해석되고 실행된다.
• 함수는 함수 몸체의 마지막 문 또는 반환문이 실행되면 종료한다.
• 하지만 전역 코드에는 반환문을 사용할 수 없으므로 마지막 문이 실행되어 더 이상 실행할 문이 없을 때 종료한다.
• var 키워드로 선언한 전역 변수는 전역 객체의 프로퍼티가 된다.
• 이는 전역 변수의 생명 주기가 전역 객체의 생명 주기와 일치하다는 것을 말한다.

전역객체 는 코드가 실행되기 이전 단계에 자바스크립트 엔진에 의해 어떤 객체보다도 먼저 생성되는 특수한 객체다. 클라이언트 사이드 환경(브라우저)에서는 window, 서버 사이드 환경(Node.js)에서는 global 객체를 의미한다.

• 브라우저 환경에서 전역 객체는 window 이므로, 브라우저 환경에서 var 키워드로 선언한 전역 변수는 전역 객체 window의 프로퍼티이다.
• 전역 객체 window는 웹페이지를 닫기 전까지 유효하며, 브라우저 환경에서 var 키워드로 선언한 전역 변수는 웹페이지를 닫을 때까지 유효하다.
• 즉, var 키워드로 선언한 전역 변수의 생명 주기는 전역 객체의 생명 주기와 일치한다.

전역 변수의 문제점

암묵적 결합

• 전역 변수를 선언한 의도는 전역, 즉 코드 어디서든 참조하고 할당할 수 있는 변수를 사용하겠다는 것이다.
• 이는 모든 코드가 전역 변수를 참조하고 변경할 수 있는 암묵적 결합 을 허용하는 것이다.
• 변수의 유효 범위가 크면 클수록 코드의 가독성은 나빠지고 의도치 않게 상태가 변경될 수 있는 위험성도 높아진다.

긴 생명 주기

• 전역 변수는 생명 주기가 길다.
• 따라서 메모리 리소스도 오랜 기간 소비한다.
• 또한, 전역 변수의 상태를 변경할 수 있는 시간도 길고 기회도 많다.
• 더욱이 var 키워드는 변수의 중복 선언을 허용하므로 생명 주기가 긴 전역 변수는 변수 이름이 중복될 가능성이 있다.
• 변수 이름이 중복되면 의도치 않은 재할당이 이뤄진다.

// 예제 14-03

var x = 1;

// ...

// 변수의 중복 선언, 기존 변수에 값을 재할당한다.
var x = 100;
console.log(x); // 100

• 지역 변수는 전역 변수보다 생명 주기가 훨씬 짧다.
• 크지 않은 함수의 지역 변수는 생존 시간이 극히 짧다.
• 따라서 지역 변수의 상태를 변경할 수 있는 시간도 짧고 기회도 적다.
• 이는 전역 변수보다 상태 변경에 의한 오류가 발생할 확률이 작다는 것을 의미한다.
• 또한 메모리 리소스도 짧은 기간만 소비한다.

스코프 체인 상에서 종점에 존재

• 전역 변수는 스코프 체인 상에서 종점에 존재한다.
• 이는 변수를 검색할 때 전역 변수가 가장 마지막에 검색된다는 것을 의미한다.
• 즉, 전역 변수의 검색 속도가 가장 느리다.
• 검색 속도의 차이는 그다지 크지는 않지만 차이는 분명히 있다.

네임스페이스 오염

• 자바스크립트의 가장 큰 문제점 중 하나는 파일이 분리되어있다 하더라도 하나의 전역 스코프를 공유한다는 것이다.
• 따라서 다른 파일 내에서 동일한 이름으로 명명된 전역 변수나 전역 함수가 같은 스코프 내에 존재할 경우 예상치 못한 결과를 가져올 수 있다.

전역 변수의 사용을 억제하는 방법

• 전역 변수의 무분별한 사용은 위험하다.
• 전역 변수를 반드시 사용해야 할 이유를 찾지 못한다면 지역 변수를 사용해야 한다. = 변수의 스코프는 좁을수록 좋다.

즉시 실행 함수

• 함수 정의와 동시에 호출되는 즉시 실행 함수는 단 한번만 호출된다.
• **모든 코드를 즉시 실행 함수로 감싸면 모든 변수는 즉시 실행 함수의 지역 변수가 된다.
• 이러한 특성을 이용해 전역 변수의 사용을 제한하는 방법이다.
• 이 방법을 사용하면 전역 변수를 생성하지 않으므로 라이브러리 등에 자주 사용된다.

// 예제 14-04

(function () {
  var foo = 10;
  // ...
})();

console.log(foo); //ReferenceError: foo is not defined

네임스페이스 객체

• 전역에 네임스페이스 역할을 담당할 객체를 생성하고 전역 변수처럼 사용하고 싶은 변수를 프로퍼티로 추가하는 방법이다.

// 예제 14-05

var MYAPP = {}; // 전역 네임스페이스 객체

MYAPP.name = "Lee";

console.log(MYAPP.name); // Lee

• 네임스페이스 객체에 또 다른 네임스페이스 객체를 프로퍼티로 추가해서 네임스페이스를 계층적으로 구성할 수도 있다.

// 예제 14-06

var MYAPP = {}; // 전역 네임스페이스 객체

MYAPP.person = {
  name: "Lee",
  address: "Seoul",
};

console.log(MYAPP.person); //{ name: 'Lee', address: 'Seoul' }

• 네임스페이스를 분리해서 식별자 충돌을 방지하는 효과는 있으나, 네임스페이스 객체 자체가 전역 변수에 할당되므로 그다지 유용해 보이지는 않는다.

모듈 패턴

• 모듈 패턴은 클래스를 모방해서 관련이 있는 변수와 함수를 모아 즉시 실행 함수로 감싸 하나의 모듈을 만든다.
• 모듈 패턴은 자바스크립트의 강력한 클로저를 기반으로 동작한다.
• 모듈 패턴의 특징은 전역 변수의 억제는 물론 캡슐화까지 구현할 수 있다는 것이다.
• 캡슐화는 객체의 상태를 나타내는 프로퍼티와 프로퍼티를 참조하고 조작할 수 있는 동작 메서드를 하나로 묶는 것을 말한다.
• 캡슐화는 객체의 특정 프로퍼티나 메서드를 감출 목적으로 사용하는데 이를 정보 은닉이라고 한다.
• 자바스크립트는 public, private, protected 등의 접근 제한자를 제공하지 않는다.
• 모듈 패턴은 전역 네임스페이스의 오염을 막는 기능은 물론, 한정적이긴 하지만 정보 은닉을 구현하기 위해 사용한다.

// 예제 14-07

var Counter = (function () {
  // private 변수
  var num = 0;

  // 외부로 공개할 데이터나 메서드를 프로퍼티로 추가한 객체를 반환한다.
  return {
    increase() {
      return ++num;
    },
    decrease() {
      return --num;
    },
  };
})();

console.log(Counter.num); // undefined

console.log(Counter.increase()); // 1
console.log(Counter.increase()); // 2
console.log(Counter.decrease()); // 1
console.log(Counter.decrease()); // 0

• 위 예제의 즉시 실행 함수는 객체를 반환한다.
• 이 객체에는 외부에 노출하고 싶은 변수나 함수를 담아 반환한다.
• 이때 반환되는 객체의 프로퍼티는 외부에 노출되는 퍼블릭 멤버이다.
• 외부로 노출하고 싶지 않는 변수나 함수는 반환하는 객체에 추가하지 않으면 외부에서 접근할 수 있는 프라이빗 멤버가 된다.

ES6 모듈

• ES6 모듈을 사용하면 더는 전역 변수를 사용할 수 없다.
• ES6 모듈은 파일 자체가 독자적인 모듈 스코프를 제공한다.
• 띠라서 모듈 내에서 var 키워드로 선언한 변수는 더는 전역 변수가 아니며 window 객체의 프로퍼티도 아니다.
• ES6 모듈은 IE를 포함한 구형 브라우저에서는 동작하지 않으며, 브라우저의 ES6 모듈 기능을 사용하더라도 트랜스파일링이나 번들링이 필요하기 때문에 아직까지는 브라우저가 지원하는 ES6 모듈 기능보다는 Webpack 등의 모듈 번들러를 사용하는 것이 일반적이다.