전역 변수의 문제점

전역 변수의 무분별한 사용은 위험하다. 전역 변수를 반드시 사용해야 할 이유를 찾지 못한다면 지역 변수를 사용해야 한다. 이번 글에서는 전역 변수의 문제점과 전역 변수의 사용을 억제할 수 있는 방법을 살펴보자.

1. 변수의 생명 주기

1.1 지역 변수의 생명 주기

변수는 선언에 의해 생성되고 할당을 통해 값을 갖는다. 그리고 언젠가 소멸한다. 즉, 변수는 생물과 유사하게 생성되고 소멸되는 생명 주기(life cycle)가 있다. 변수에 생명 주기가 없다면 한 번 선언된 변수는 프로그램을 종료하지 않는 한 영원히 메모리 공간을 점유하게 된다.

변수는 자신이 선언된 위치에서 생성되고 소멸한다. 전역 변수의 생명 주기는 애플리케이션의 생명 주기와 같다. 하지만 함수 내부에서 선언된 지역 변수는 함수가 호출되면 생성되고 함수가 종료하면 소멸한다. 다음 예제를 살펴보자.

function foo() {
  var x = 'local';
  console.log(x); // local
  return x;
}
foo();
console.log(x); // ReferenceError: x is not defined

지역 변수 x는 foo 함수가 호출되기 이전까지 생성되지 않는다. foo 함수를 호출하지 않으면 함수 내부의 변수 선언문이 실행되지 않기 때문이다.

변수 선언은 선언문이 어디에 있든 상관 없이 가장 먼저 실행된다. 다시 말해, 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.

위 예제의 foo 함수를 호출하면 함수 몸체의 다른 문들이 순차적으로 실행되기 이전에 x 변수의 선언문이 자바스크립트 엔진에 의해 가장 먼저 실행되어 x 변수가 선언되고 undefined로 초기화된다. 그 후, 함수 몸체를 구성하는 문들이 순차적으로 실행되기 시작하고 변수 할당문이 실행되면 x 변수에 값이 할당된다. 그리고 함수가 종료하면 x 변수도 소멸되어 생명 주기가 종료된다. 따라서 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 확보된 시점부터 메모리 공간이 해제되어 가용 메모리 폴에 반환되는 시점 까지다.

함수 내부에서 선언된 지역 변수는 함수가 생성한 스코프에 등록된다. 함수가 생성한 스코프는 렉시컬 환경이라 부르는 물리적인 실체가 있다고 했다. 따라서 변수는 자신이 등록된 스코프가 소멸될 때까지 유효하다. 할당된 메모리 공간은 더 이상 그 누구도 참조하지 않을 때 가비지 콜렉터에 의해 해제되어 가용 메모리 풀에 반환된다. 즉, 누군가가 메모리 공간을 참조하고 있으면 해제되지 않고 확보된 상태로 남아 있게 된다. 이는 스코프도 마찬가지다. 누군가 스코프를 참조하고 있으면 스코프는 소멸하지 않고 생존하게 된다.

일반적으로 함수가 종료하면 함수가 생성한 스코프도 소멸한다. 하지만 누군가가 스코프를 참조하고 있다면 스코프는 해제되지 않고 생존하게 된다.

앞의 예제를 조금 변형한 퀴즈를 풀어보자. 다음 예제에서 ①에서 출력되는 값은 무엇일까?

var x = 'global';

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

foo();
console.log(x); // global

foo 함수 내부에서 선언된 지역 변수 x는 ①의 시점에서 이미 선언되었고 undefined로 초기화되어 있다. 따라서 전역 변수 x를 참조하는 것이 아니라 지역 변수 x를 참조해 값을 출력한다. 즉, 지역 변수는 함수 전체에서 유효하다. 단, 변수 할당문이 실행되기 이전까지 undefined 값을 갖는다.

이처럼 호이스팅은 스코프를 단위로 동작한다. 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.

1.2 전역 변수의 생명 주기

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 주기가 일치한다는 것을 말한다.
브라우저 환경에서 전역 객체는 window 이므로 브라우저 환경에서 var 키워드로 선언한 전역 변수는 전역 객체 window의 프로퍼티다. 전역 객체 window는 웹페이지를 종료하기 전까지 유효하다. 따라서 브라우저 환경에서 var 키워드로 선언한 전역 변수는 웹페이지를 종료할 떄까지 유효하다. 즉, var 키워드로 선언한 전역 변수의 생명 주기는 전역 객체의 생명 주기와 일치한다.

2. 전역 변수의 문제점

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 결합을 허용하는 것이다. 변수의 유효 범위가 크면 클수록 코드의 가독성은 나빠지고 의도치 않게 상태가 변경될 수 있는 위험성도 높아진다.

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.

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 발생활 확률이 작다는 것을 의미한다. 또한 메모리 리소스도 짧은 기간만 소비한다.

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

자바스크립트의 가장 큰 문제점 중 하나는 파일이 분리되어 있다 해도 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.

3. 전역 변수의 사용을 억제하는 방법

전역 변수의 사용에는 위험이 따른다. 전역 변수를 반드시 사용해야 할 이유를 찾지 못한다면 지역 변수를 사용해야 한다. 변수의 스코프는 좁을수록 좋다. 전역 변수의 사용을 억제할 수 있는 몇 가지 방법을 살펴보자.

3.1 즉시 실행 함수

함수 정의와 동시에 호출되는 즉시 실행 함수는 단 한 번만 호출된다. 모든 코드를 즉시 실행 함수로 감싸면 모든 변수는 즉시 실행 함수의 지역 변수가 된다. 이러한 특성을 이용해 전역 변수의 사용을 제한하는 방법이다.

(function () {
  var foo = 10; // 즉시 실행 함수의 지역 변수
  // ...
}());

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

이 방법을 사용하면 전역 변수를 생성하지 않으므로 라이브러리 등에 자주 사용된다.

3.2 네임스페이스 객체

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

var MYAPP = {}; // 전역 네임스페이스 객체

MYAPP.name = 'kim';

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

네임스페이스 객체에 또 다른 네임스페이스 객체를 프로퍼티로 추가해서 네임 스페이스를 계층적으로 구성할 수도 있다.

var MYAPP = {}; // 전역 네임스페이스 객체

MYAPP.person = {
  name : 'kim',
  address : 'Seoul'
};

console.log(MYAPP.person.name); // kim

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

3.3 모듈 패턴

모듈 패턴은 클래스를 모방해서 관련이 있는 변수와 함수를 모아 즉시 실행 함수로 감싸 하나의 모듈을 만든다. 모듈 패턴은 자바스크립트의 강력한 기능인 클로저를 기반으로 동작한다. 모듈 패턴의 특징은 전역 변수의 억제는 물론 캡슐화까지 구현할 수 있다는 것이다.(클로저는 이후에 더 자세히 살펴보도록 하자.)

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.

대부분의 객체지향 프로그래밍 언어는 클래스를 구성하는 멤버에 대해 public, private, protected 등의 접근 제한자를 사용해 공개 범위를 한정할 수 있다. public으로 선언된 데이터 또는 메서드는 외부에서 접근이 가능하지만 private으로 선언된 경우는 외부에서 접근할 수 없고 내부에서만 사용된다. 이것은 클래스 외부에서 제한된 접근 권한을 제공하며 원하지 않는 외부의 접근으로부터 내부를 보호하는 기능을 한다.

하지만 자바스크립트는 public, private, protected 등의 접근 제한자를 제공하지 않는다. 모듈 패턴은 전역 네임스페이스의 오염을 막는 기능은 물론 한정적이기는 하지만 정보 은닉을 구현하기 위해 사용한다.

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

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

// private 변수는 외부로 노출되지 않는다.
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 않은 변수나 함수는 반환하는 객체에 추가하지 않으면 외부에서 접근할 수 없는 프라이빗 멤버가 된다.

3.4 ES6 모듈

ES6 모듈을 사용하면 더는 전역 변수를 사용할 수 없다. ES6 모듈은 파일 자체의 독자적인 모듈 스코프를 제공한다. 즉, 모듈 내에서 var 키워드로 선언한 변수는 더는 전역 변수가 아니며 window 객체의 프로퍼티도 아니다.

모던 브라우저에서 ES6 모듈을 사용할 수 있다. script 태그에 type = "module" 어트리뷰트를 추가하면 로드된 자바스크립트 파일은 모듈로서 동작한다. 모듈의 파일 확장자는 mjs를 권장한다.

1 2	<script type = "module" src="lib.mjs"></script> <script type = "module" src="app.mjs"></script>

ES6 모듈은 IE를 포함한 구형 브라우저에서는 동작하지 않는다.

Problems with Global Variables