DeepDive - 42장. 비동기 프로그래밍

42.1 동기 처리와 비동기 처리

- 자바스크립트에서 함수가 실행되려면 함수 실행 컨텍스트가 실행 컨텍스트 스택에 푸시되어야 한다.

- 자바스크립트 엔진은 단 하나의 실행 컨텍스트 스택을 갖기 때문에, 동시에 2개 이상의 함수를 동시에 실행할 수 없다는 것을 의미한다.

- 자바스크립트 엔진은 한 번에 하나의 테스크만 실행할 수 있는 싱글 스레드 방식으로 동작하는데, 싱글 스레드 방식은 한 번에 하나의 테스크만 실행할 수 있기 때문에 처리에 시간이 걸리는 테스크를 실행하는 경우 블로킹(작업 중단)이 발생한다.

- 현재 실행 중인 테스크가 종료할 때까지 다음에 실행될 테스크가 대기하는 방식을 동기 처리라고 한다.

// sleep 함수는 일정 시간(delay)이 경과한 이후에 콜백 함수(func)를 호출한다.
function sleep(func, delay) {
  // Date.now()는 현재 시간을 숫자(ms)로 반환한다.("30.2.1. Date.now" 참고)
  const delayUntil = Date.now() + delay;

  // 현재 시간(Date.now())에 delay를 더한 delayUntil이 현재 시간보다 작으면 계속 반복한다.
  while (Date.now() < delayUntil);
  // 일정 시간(delay)이 경과한 이후에 콜백 함수(func)를 호출한다.
  func();
}

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

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

// sleep 함수는 3초 이상 실행된다..
sleep(foo, 3 * 1000);
// bar 함수는 sleep 함수의 실행이 종료된 이후에 호출되므로 3초 이상 블로킹된다.
bar();
// (3초 경과 후) foo 호출 -> bar 호출

- 위 예제는 일정한 시간이 경과한 이후에 콜백함수를 호출하는 sleep 함수를 구현한 예제인데, 위의 sleep 함수는 동기 처리 방식으로 동작한다.

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

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

// 타이머 함수 setTimeout은 일정 시간이 경과한 이후에 콜백 함수 foo를 호출한다.
// 타이머 함수 setTimeout은 bar 함수를 블로킹하지 않는다.
setTimeout(foo, 3 * 1000);
bar();
// bar 호출 -> (3초 경과 후) foo 호출

- 위 예제는 동기 처리방식으로 처리되던 sleep 함수와 같이 일정 시간이 경과한 후에 콜백함수를 실행하는 setTimeout을 사용한 방식인데, setTimeout 함수는 이후의 테스크를 블로킹하지 않고 곧바로 실행한다.

- 위와 같이 현재 실행 중인 테스크가 종료되지 않은 상태라 해도 다음 테스크를 곧바로 실행하는 방식을 비동기 처리라고 한다.

 

- 동기 처리 방식은 테스크의 순서는 보장되지만, 앞선 테스크가 종료할 때까지 이후 태스크들이 블로킹 되는 단점이 있다.

- 비동기 처리 방식은 블로킹이 발생하지는 않지만, 테스크의 순서가 보장되지 않는 단점이 있다.(?)

- 타이머 함수인 setTimeout과 setInterval, HTTP 요청, 이벤트 핸들러는 비동기 처리 방식으로 동작한다.

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42.2 이벤트 루프와 테스크 큐

- 자바스크립트는 싱글 스레드로 동작하지만, 브라우저가 동작하는 것을 살펴보면 많은 태스크가 동시에 처리(HTML 요소가 애니메이션 효과를 통해 움직이면서 이벤트 처리를 하거나, HTTP 요청을 통해 서버로부터 데이터를 가지고 오면서 렌더링)되는 것처럼 느껴진다.

- 이처럼 자바스크립트의 동시성을 지원하는 것이 이벤트 루프이다.

- 자바스크립트 엔진은 아래와 같이 크게 2개의 영역으로 구분할 수 있다.

* 콜 스택

- 함수를 호출하면 함수 실행 컨텍스트가 순차적으로 콜 스택에 푸시되어 순차적으로 실행된다.

- 자바스크립트 엔진은 단 하나의 콜 스택을 사용하기 때문에 최상위 실행 컨텍스트(실행 중인 실행 컨텍스트)가 종료되어 콜 스택에서 제거되기 전까지는 다른 어떤 테스크도 실행되지 않는다.

 

* 힙

- 힙은 객체가 저장되는 메모리 공간이다.

- 콜 스택의 요소인 실행 컨텍스트는 힙에 저장된 객체를 참조한다.

- 객체는 원시 값과는 달리 크기가 정해져 있지 않으므로 할당해야 할 메모리 공간의 크기를 런타임에 결정(동적 할당)해야 한다.

- 즉, 객체가 저장되는 메모리 공간인 힙은 구조화되어 있지 않다는 특징이 있다.

 

- 비동기 처리에서 소스코드의 평가와 실행을 제외한 모든 처리는 자바스크립트 엔진을 구동하는 환경인 브라우저 또는 Node.js가 담당한다.

- 예를들어, setTimeout의 콜백 함수의 평가와 실행은 자바스크립트 엔진이 담당하지만, 호출 스케줄링을 위한 타이머 설정과 콜백 함수 등록은 브라우저 또는 Node.js가 담당하고 이를 위해 브라우저 환경은 테스크 큐와 이벤트 루프를 제공한다.

 

* 테스크 큐

- setTimeout이나 setInterval과 같은 비동기 함수의 콜백 함수 또는 이벤트 핸들러가 일시적으로 보관되는 영역이다.

- 태스크 큐와는 별도로 프로미스의 후속 처리 메서드의 콜백 함수가 일시적으로 보관되는 마이크로테스크 큐도 존재한다.

 

* 이벤트 루프

- 이벤트 루프는 콜 스택에 현재 실행 중인 실행 컨텍스트가 있는지, 그리고 테스크  큐에 대기 중인 함수(콜백 함수, 이벤트 핸들러 등)가 있는 반복해서 확인한다.

- 만약 콜 스택이 비어있고, 테스크 큐에 대기 중인 함수가 있다면 이벤트 루프는 순차적(FIFO, First In First Out)으로 테스크 큐에 대기 중인 함수를 콜 스택으로 이동시킨다.

 

- 비동기 함수인 setTimeout의 콜백 함수는 테스크 큐에 푸시되어 대기하다가 콜 스택이 비게 되면, 즉 전역 코드 및 명시적으로 호출된 함수가 모두 종료하면 비로소 콜 스택에 푸시되어 실행된다.

- 자바스크립트가 싱글 스레드 방식으로 동작하는 것은 브라우저가 아닌 브라우저에 내장된 자바스크립트 엔진이라는 것에 주의하자.

- 즉, 자바스크립트 엔진은 싱글 스레드로 동작하지만, 브라우저는 멀티 스레드로 동작한다.

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이웅모 님의〔 모던 자바스크립트 Deep Dive 〕책을 공부하며 정리했습니다.