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42.비동기 프로그래밍
JavaScript
2022.03.31.

제로베이스 네카라쿠배 온라인스쿨 1기 과정(2021. 11 ~ 2021. 12)에서 공부했던 Javascript Deepdive 교재의 내용 요약 및 필자의 생각을 정리한 내용입니다. 원서의 내용 챕터의 일부를 요약한 내용으로 보다 자세한 내용은 원서를 참조 바랍니다.

42장 비동기 프로그래밍

42.1 동기 처리와 비동기 처리

  • 함수를 호출하면 함수 코드가 평가되어 함수 실행 컨텍스트가 생성되고, 함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에 푸시되고 함수 코드가 실행된다.
  • 함수 코드의 실행이 종료하면 함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 팝되어 제거된다.
  • 함수가 실행되려면 ‘함수 코드 평가 과정’에서 생성된 함수 실행 컨텍스트가 실행 컨텍스트 스택에 푸시되어야 한다.
    • 실행 컨텍스트가 푸시되는 것은 바로 함수 실행의 시작을 의미한다.
  • 자바스크립트 엔진은 단 하나의 실행 컨텍스트 스택을 갖는다.
    • 즉, 함수를 실행할 수 있는 창구가 단 하나이며 동시에 2개 이상의 함수를 동시에 실행할 수 없다는 것을 의미한다.
    • 자바스크립트 엔진은 한 번에 하나의 태스크만 실행할 수 있는 싱글 스레드 방식으로 동작한다.
    • 싱글 스레드 방식은 한 번에 하나의 태스크만 실행할 수 있기 때문에 처리에 시간이 걸리는 태스크를 실행하는 경우 블로킹(작업 중단)이 발생한다.
  • 현재 실행 중인 태스크가 종료할 때까지 다음에 실행될 태스크가 대기하는 방식을 동기 처리 라고 한다.
    • 동기 처리 방식은 실행 순서가 보장되지만, 앞선 태스크가 종료될 때까지 이후 태스크들이 블로킹 되는 단점이 있다.
  • 현재 실행 중인 태스크가 종료되지 않은 상태라 해도 다음 태스크를 곧바로 실행하는 방식을 비동기 처리 라고 한다.
    • 비동기 처리 방식은 현재 실행 중인 태스크가 종료되지 않은 상태라 해도 다음 태스크를 곧바로 실행하므로 블로킹이 발생하지 않는다는 장점이 있지만, 태스크 실행 순서가 보장되지 않는 단점이 있다.
  • 비동기 함수는 전통적으로 콜백 패턴을 사용한다. 하지만 비동기 처리를 위한 콜백 패턴은 콜백 헬을 발생시켜 가독성을 나쁘게 하고, 비동기 처리 중 발생한 에러의 예외 처리가 곤란하며, 여러 개의 비동기 처리를 한번에 처리하는 데도 한계가 있다.
  • **타이머 함수인 setTimeout, setInterval, HTTP 요청, 이벤트 핸들러는 비동기 처리 방식으로 동작한다.**

42.2 이벤트 루프와 태스크 큐

  • 자바스크립트는 싱글 스레드로 동작하지만 브라우저 동작 방식을 보면 많은 태스크가 동시에 처리되는 것처럼 느껴진다.
    • 이처럼 자바스크립트의 동시성(concurrency)을 지원하는 것이 **이벤트 루프**다.
  • 구글의 V8 자바스크립트 엔진을 비롯한 대부분의 자바스크립트 엔진은 크게 2개의 영역으로 구분할 수 있다.
    • 콜 스택 : 실행 컨텍스트 스택과 동일
    • 힙 : 객체가 저장되는 메모리 공간으로, 실행 컨텍스트는 힙에 저장된 객체를 참조한다.
  • 콜 스택과 힙으로 구성되어 있는 자바스크립트 엔진은 단순히 태스크가 요청되면 콜 스택을 통해 요청된 작업을 순차적으로 실행할 뿐이다.
    • 비동기 처리에서 소스코드의 평가와 실행을 제외한 모든 처리는 자바스크립트 엔진을 구동하는 환경인 브라우저 또는 Node.js가 담당한다.
    • 예를 들어, 비동기 방식으로 동작하는 setTimeout의 콜백 함수의 평가와 실행은 자바스크립트 엔진이 담당한다.
    • 하지만, 호출 스케줄링을 위한 타이머 설정과 콜백 함수의 등록은 브라우저 또는 Node.js가 담당한다.

태스크 큐(task queue/event queue/callback queue)

  • 비동기 함수의 콜백 함수 또는 이벤트 핸들러가 일시적으로 보관되는 영역으로, 태스크 큐와는 별도로 프로미스의 후속 처리 메서드의 콜백 함수가 일시적으로 보관되는 마이크로태스크 큐도 존재한다.

이벤트 루프(event loop)

  • 콜 스택에 현재 실행 중인 실행 컨텍스트가 있는지, 그리그 태스크 큐에 대기 중인 함수가 있는지 반복해서 확인한다.
  • 만약 **콜 스택이 비어 있고 태스크 큐에 대기 중인 함수가 있다면 이벤트 루프는 순차적으로 태스크 큐에 대기 중인 함수를 콜 스택으로 이동시킨다.**
  • 콜 스택으로 이동한 함수는 실행되며, 태스크 큐에 일시 보관된 함수들을 비동기 처리 방식으로 동작한다.
function foo() {
	console.log('foo')
}

function bar() {
	console.log('bar');
}

setTimeout(foo, 0); // 0초 (실제는 4ms) 후에 foo 함수가 호출된다.
bar();

  1. 전역 코드가 평가되어 전역 실행 컨텍스트가 생성되고 콜 스택에 푸시된다.

  2. 전역 코드가 실행되기 시작하여 setTimeout 함수가 호출된다. 이때 setTimeout 함수의 함수 실행 컨텍스트가 생성되고 콜스택에 푸시되어 현재 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다. 브라우저의 Web API(호스트 객체)인 타이머 함수도 함수이므로 함수 실행 컨텍스트를 생성한다.

  3. setTimeout 함수가 실행되면 콜백 함수를 호출 스케줄링하고 종료되어 콜 스택에서 팝 된다. 이때 호출 스케줄링(타이머 설정, 타이머)이 만료되면 콜백 함수를 태스크 큐에 푸시하는 것은 브라우저의 역할이다.

  4. 브라우저가 수행하는 4-1과 자바스크립트 엔진이 수행하는 4-2는 병행 처리된다.

    4-1. 브라우저는 타이머를 설정하고 타이머의 만료를 기다린다. 이후 타이머가 만료되면 콜백 함수 foo가 태스크 큐에 푸시된다. (위 예제의 경우 지연 시간이 0이지만 지연 시간이 4ms 이하인 경우 최소 지연 시간 4ms가 지정된다. 따라서 4ms 이후 콜백 함수 foo가 태스크 큐에 푸시되어 대기하게 된다. (정확히 지연 시간 후에 호출된다는 보장은 없는 것이, 콜백 함수가 태스크 큐에 푸시되어 대기하지만 콜 스택이 비어야 호출되기 때문에 시차가 발생할 수 있기 때문이다.)

    4-2. bar 함수가 호출되어 bar 함수의 함수 실행 컨텍스트가 생성되고 콜 스택에 푸시되어 현재 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다. 이때 브라우저가 타이머를 설정한 후 4ms가 경과했다면 foo 함수는 아직 태스크 큐에서 대기 중이다.

  5. 전역 코드 실행이 종료되고 전역 실행 컨텍스트가 콜 스택에서 팝된다.

  6. 이벤트 루프에 의해 콜 스택이 비어 있음이 감지되고 태스크 큐에서 대기 중인 콜백 함수 foo가 이벤트 루프에 의해 콜 스택에 푸시된다. (콜백 함수 foo의 함수 실행 컨텍스트가 생성되고, 콜 스택에 푸시되어 현재 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다.)

  • 비동기 함수인 setTimeout의 콜백 함수는 태스크 큐에 푸시되어 대기하다가 콜 스택이 비게 되면, 다시 말해 전역 코드 및 명시적으로 호출된 함수가 모두 종료하면 비로소 콜 스택에 푸시되어 실행된다.
  • 자바스크립트는 싱글 스레드 방식으로 동작한다. 이때 싱글 스레드 방식으로 동작하는 것은 브라우저가 아니라 브라우저에 내장된 자바스크립트 엔진이다.
  • 모든 자바스크립트 코드가 자바스크립트 엔진에서 싱글 스레드 방식으로 동작하면, 자바스크립트는 비동기로 동작할 수 없다. 즉 자바스크립트 엔진은 싱글 스레드로 동작하지만, 브라우저는 멀티 스레드로 동작한다.

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