비동기 프로그래밍(콜백, Promise, async/await)

MaxlChan·2020년 8월 5일
async/awaitcallbackpromise
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🚨 올바르지 않은 내용이 있을 경우 댓글로 남겨주시면 감사드리겠습니다.

비동기란 개념을 다루었던 저번 포스팅에 이어 이번에는 비동기 프로그래밍에 대해 정리해보자.
비동기를 처리하는 프로그래밍에는 아래 3가지 방식을 쓸 수 있다.

  1. 콜백 함수
  2. Promise
  3. async/await

아직 나는 코린이기 때문에 해당 방식을 통해 직접 서버에서 방대한 자료를 가지고와서(물론 주어진 과제 정도는 해봤지만..) 수행해본 적은 없지만 여러가지 문서를 읽고 난 뒤에 개념적으로만 정리해보고자 한다.

전 블로그에서도 말했듯이 비동기 코드는 실행 순서를 예측 할 수 없다.
즉 언제 결과값을 받아올 수 있는지 예측할 수 없다는 것이다.

아래 코드를 보자.

function first() {
  let value;

  setTimeout(() => {
    value = { name: "MaxlChan", age: 18 };
  }, 3000);  // 서버에서 데이터를 가지고 오는 과정이라 가정(몇초가 걸리는 지 실제로는 모름)

  return value;
}

console.log(first()); // undefined

변수 value에 객체를 할당(참조)하기 전에 반환했기 때문에, foo() 호출문으로 반환된 값은 undefined이다.
비동기에 대한 이해가 있다면, 결과가 왜 undefined가 나오는 지 금방 알 수 있다.
(setTimeout의 delay인자가 0일 경우에도 결과는 동일하다)

우리는 분명 몇 초간 통신을 통해 서버에서 가지고 온 데이터를 활용할 수 있어야 한다.
그러면 비동기 함수를 통해서 얻어진 결과(데이터)를 우리는 어떻게 핸들링할 수 있을까?

Callback 함수

먼저 전통적인 콜백함수를 통한 해결이다.
콜백 함수는 말 그대로 나중에 호출할 함수를 의미한다.
콜백함수을 통해서 위 비동기 함수를 통해 얻어진 데이터를 핸들링 해보자. 

function first(callback) {
  let value;

  setTimeout(() => {
    value = { name: "MaxlChan", age: 18 };
    callback(null, value);
  }, 4000);
}

first(function (error, value) {
  if (error) {
    // 데이터 송신이 실패할 가능성은 언제나 있기 때문에, 콜백 함수는 에러를 핸들링할 수 있어야 한다.
  } else {
    console.log(value); // { name: "MaxlChan", age: 18 }
  }
});

foo함수의 인자로 콜백함수를 넘겨주고 비동기 처리가 끝난 후 콜백함수를 실행하여 정상적으로 데이터를 가지고 왔다.

그런데 만약 그 가지고 온 값을 활용하기 위해 또 특정 비동기 콜백함수(편의상 1 함수로 명명)를 실행해야되는 상황이라면?
1 함수를 통해 가지고 온 값을 또 활용하기 위해 특정 비동기 콜백함수(편의상 2 함수로 명명)를 실행해야되는 상황이라면?
2 함수를 통해 가지고 온 값을 또 활용하기 위해 특정 비동기 콜백함수(편의상 3 함수로 명명)를 실행해야되는 상황이라면?

function first(callback) {
  let value;

  setTimeout(() => {
    value = { name: "MaxlChan", age: 18 };
    callback(null, value);
  }, 4000);
}

first(function callbackOne(error, value) {
  if (error) {
    // ErrorHandling
  } else {
    second(value, function callbackTwo(error, value) {
      if (error) {
        // ErrorHandling
      } else {
        third(value, function callbackThree(error, value) {
          if (error) {
            // ErrorHandling
          } else {
            console.log(
              `Final value is ${value}. Here is end of Callback hell...`
            );
          }
        });
      }
    });
  }
});

위와 같은 Callback Hell이 발생한다.
에러 핸들링도 각 콜백함수마다 해줘야하기 때문에 가독성은 더욱 떨어진다.
예전에는 어떻게 이런 코드를 사용했을까 싶을 정도로 딱 보기에 시력과 정신건강에 해로운 코드이다.

지금은 에러 핸들링도 작성되지 않은 간단한 상태이지만
콜백함수 안에 수많은 코드와 로직이 있다고 가정하면, 정말 머리가 아플 것 같다.

또한, 콜백 함수는 다른 코드의 인자로 넘겨줌으로써 제어권 또한 위임한 함수이다.
즉, 콜백 함수 호출 시점의 권한이 개발자에게 있는 것이 아니라
제어권을 넘겨받은 코드에게 있다는 것이다.
좀 추상적인 의미로, 우리는 수동적으로 자세로 해당 콜백 함수의 호출을 지켜볼 수 밖에 없다.

다행히도 ES6에서 도입된 Promise 덕분에 이러한 비동기 프로그래밍의 난관을 해결해주었다.

Promise

  • Promise는 어떤 작업의 중간상태를 나타내는 오브젝트 입니다.
    — 미래에 어떤 종류의 결과가 반환됨을 promise (약속) 해주는 오브젝트라고 보면 됩니다.

  • Promise 객체는 비동기 작업이 맞이할 미래의 완료 또는 실패와 그 결과 값을 나타냅니다.
    출저 - MDN

위 정의를 내가 이해한 바로 정리하자면

Promise란 비동기 작업이 종료된 후,

  1. 실행이 잘 성공했는지
  2. 혹은 실패했는지
  3. 그럼 성공 or 실패의 결과 값이 무엇인지

위 세가지 내용을 미래(비동기 작업이 종료된 후)에 반환해주겠다고 약속해주는 객체이다.

Promise 객체 생성 방법

Promise는 인스턴스 생성처럼 new 키워드를 통해 하나의 객체를 생성한다.
객체이기 때문에 변수 등에 할당하여 활용이 가능하다.

Promise는 하나의 콜백함수(여기서의 의미는 비동기 콜백함수가 아님)를 인자로 받는다.
new Promise가 생성되는 즉시
인자로 받아지는 함수도 즉시 실행되며,
그래서 이 함수를 executor, 실행자 함수라고도 부른다.

해당 실행자(executor) 함수는 또 다시 2개 함수(resolve, reject)를 인자로 받는다.

실행자 함수가 실행되면, 함수 내부에서는 비동기 작업이 이루어지고
만약 비동기 작업이 성공했을 시에는 그 성공 값을 인자로 resolve 함수를 호출하고,
만약 비동기 작업이 실패했을 시에는 그 실패 값을 인자로 reject 함수를 호출한다.

const successPromise = new Promise(function (resolve, reject) {
  setTimeout(function () {
    resolve("Success");
  }, 3000);
}); // 비동기 작업 완료 후, 성공 값 "Success"를 가진 프로미스 객체(인스턴스)를 생성하고 변수에 할당

const failurePromise = new Promise(function (resolve, reject) {
  setTimeout(function () {
    reject(new Error("Request is failed"));
  }, 3000);
}); // 실패 값 new Error("Request is failed")를 가진 프로미스 객체(인스턴스)를 생성하고 변수에 할당

개발자 도구 콘솔 창에서 찍어보면 이렇다.

해당 결과값은 프로미스 객체의 내부 속성이기 때문에 직접 접근은 불가하고,
이 후에 다루는 then, catch 메서드를 통해서만 접근이 가능하다.

Promise 객체의 3가지 상태

Promise 객체는 반드시 아래 3가지 상태중 한가지 상태를 갖는다.

  • 대기(pending): 이행하거나 거부되지 않은 초기 상태, 즉 약속된 결과 값이 반환되지 않은 상태
  • 이행(fulfilled): 연산이 성공적으로 완료된 상태.
  • 거부(rejected): 연산이 실패한 상태

Promise 객체는 이행이나 거부 상태를 가지게 되면 더이상 그 상태를 바꿀 수 없다

Promise를 통한 비동기 제어 방법

위에서 언급했듯이 프로미스 객체의 결과값은 내부객체이기 때문에 then과 catch로만 접근이 가능하다.

then

then 메소드는 프로미스가 이행(fulfilled)되었을 때 실행되는 함수이고
함수를 첫 번째 인자로 받는데, 그 함수의 인자는 Promise의 성공 결과 값을 받습니다.

const successPromise = new Promise(function (resolve, reject) {
  setTimeout(function () {
    resolve("Success");
  }, 3000);
});

successPromise.then(function (value) {
  console.log(value); // value인자가 결과 값 "Success"임.
});

successPromise.then((value) => console.log(value)); // 위와 동일한 코드

사실 then 메소드는 프로미스가 거부(reject)된 경우에도
두 번째 인자로 넣어진 함수를 통해 핸들링이 가능하다.

const failurePromise = new Promise(function (resolve, reject) {
  setTimeout(function () {
    reject(new Error("Request is failed"));
  }, 3000);
});

failurePromise.then(
  function (value) {
    console.log(value);
  }, // 프로미스가 거부된 상태이기 때문에 첫번째 인자로 넣어진 함수는 실행되지 않음.
  function (err) {
    console.log(err);
  }
); // 프로미스가 거부된 상태이기 때문에 두번째 인자로 넣어진 함수만 실행됨.

failurePromise.then(
  (value) => console.log(value),
  (err) => console.log(err)
); // 위와 동일한 코드

위와 같이then 메소드는 프로미스가 이행되거나 거부된 2가지 경우 모두 제어가 가능하지만,
통상적으로 then 메소드는 인수에 하나만 전달하여, 비동기 작업이 성공적으로 처리된 경우만 다루고
작업이 실패했을 경우는 그 결과 값을 catch메소드를 사용하여 제어를 한다.

catch

catch 메소드는 프로미스가 거부(rejected)되었을 때 실행되는 함수이고
함수를 인자로 받는데, 그 함수의 인자는 여기서 거부 결과 값을 받습니다.

const failurePromise = new Promise(function (resolve, reject) {
  setTimeout(function () {
    reject(new Error("Request is failed"));
  }, 3000);
});

failurePromise
  .then(function (value) { // 거부(실패)된 프로미스는 then 메소드를 통과하고 
    console.log(value);
  })
  .catch(function (error) {
    console.log(error); 
  }); // catch메소드를 실행. error인자가 거부 결과 값임.

failurePromise
  .then((value) => console.log(value))
  .catch((error) => console.log(error)); // 위와 동일한 코드

Promise Chaining

then메소드와 catch메소드의 반환 값(return)은
또 다른 프로미스 객체를 반환하기 때문에, 서로 Chaining이 가능하다. 

const successPromise = new Promise((resolve, reject) => {
  setTimeout(function () {
    resolve("Success");
  }, 3000);
});

const anotherPromise = (value) => {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    setTimeout(function () {
      resolve(`${value} not`);
    }, 1000);
  });
};

successPromise
  .then((value) => `${value} is`) //  `${value} is`를 결과 값으로 가진 Promise 객체 생성
  .then((secondValue) => anotherPromise(secondValue)) // 다른 프로미스가 처리될 때까지 기다리다가 처리가 완료되면 그 결과를 받음.
  .then((thirdValue) => console.log(thirdValue + " impossible"))
  .catch((error) => {
    errorHandling(error);
    return "again?"; // catch 메소드 이후에도 체이닝 가능.
  })
  .then((lastValue) => console.log(lastValue));

// 약 4초 후에 "Success is not impossible"을 출력

여기서 catch메소드는 상위에 체이닝되어 있는 어떤 함수에서 에러가 나더라도 에러 핸들링이 가능하다.

const successPromise = new Promise((resolve, reject) => {
  setTimeout(function () {
    resolve("Success");
  }, 3000);
});

successPromise
  .then((value) => `${value} is`)
  .then((secondValue) => {
    throw new Error("Error!!");
  }) // 에러 발생
  .then((thirdValue) => console.log("possible")) // 에러가 발생했으므로 통과함.
  .catch((error) => {
    console.log(error); 
  }); // 위 작업 어디에서든지 에러가 발생하면 catch 메소드가 실행됨.

finally

finally메소드는 Promise의 성공과 실패에 관계없이 처리만 되면 실행되는 함수이다.
따라서 finally에선 프라미스가 성공되었는지, 실패되었는지 알 수 없다.

const successPromise = new Promise((resolve, reject) => {
  setTimeout(function () {
    resolve("Success");
  }, 3000);
});

successPromise
  .then((value) => `${value} is`)
  .then((secondValue) => {
    throw new Error("Error!!");
  }) // 에러 발생
  .then((thirdValue) => console.log("possible"))
  .catch((error) => {
    console.log(error);
  })
  .finally(() => console.log("chain end"));
// 위 Promise상태가 어떻든 간에 Promise 객체가 반환되었기 때문에 finally 메소드가 무조건적으로 실행 됨.

Promise.all

Promise.all메소드는 배열과 같이 순회 가능한 객체(주로 거의 배열이라고 한다)를 인자로 받는다.
해당 배열 안의 프로미스가 모두 이행되면(배열 요소가 반드시 프로미스일 필요는 없다),
각각의 프로미스 결과 값을 담은 배열을
이행 결과 값으로 새로운 프로미스 객체를 반환한다.

const one = new Promise((resolve, reject) => {
  setTimeout(() => resolve("one"), 1000);
});
const two = new Promise((resolve, reject) => {
  setTimeout(() => resolve("two"), 2000);
});
const three = new Promise((resolve, reject) => {
  setTimeout(() => resolve("three"), 3000);
});

Promise.all([one, two, three]).then((val) => console.log(val));
/* 배열 안 모든 프로미스가 이행된 후(약 3초 이후) 각 이행 결과값을 담은 배열을
   결과값으로 갖는 프로미스 객체가 만들어져
   콘솔에는 ["one", "two", "three"]가 출력됨.*/

Promise.all(["Hi", 123, three]).then((val) => console.log(val));
/* 배열 안 요소가 반드시 프로미스가 아닌 경우에도 가능함.
  하지만 이 경우에도 요소 안애 프로미스가 있다면 프로미스가 이행된 이후에 프로미스 객체가 생성됨.*/

하지만 이 때 배열 요소 중 하나의 프로미스라가 거부되는 즉시,
다른 프로미스 이행 여부와 관계없이 해당 거부 사유를 결과 값으로 반환한다.

const one = new Promise((resolve, reject) => {
  setTimeout(() => resolve("one"), 1000);
});
const two = new Promise((resolve, reject) => {
  setTimeout(() => resolve("two"), 2000);
});
const three = new Promise((resolve, reject) => {
  setTimeout(() => reject(new Error("Error!!")), 3000);
});

Promise.all([one, two, three])
  .then((val) => console.log(val))
  .catch((err) => console.log(err));
  // 다른 프로미스 이행 여부와 관계없이 catch 메소드가 호출

반환하는 프로미스의 이행 값은 매개변수로 주어진 프로미스의 순서와 일치하며,
완료 순서에 영향을 받지 않는다.

const one = new Promise((resolve, reject) => {
  setTimeout(() => resolve("one"), 3000);
});
const two = new Promise((resolve, reject) => {
  setTimeout(() => resolve("two"), 2000);
});
const three = new Promise((resolve, reject) => {
  setTimeout(() => resolve("three"), 1000);
});

Promise.all([one, two, three]).then((val) => console.log(val));
// ["one", "two", "three"] 출력
// 배열의 첫번째 요소가 가장 마지막으로 이행 값을 반환했지만, 전달된 순서를 유지함.

위의 예시처럼 여러가지 비동기 작업을 병렬적으로 실행하는 과정에서
비동기 작업이 시작된 순서를 유지해야 되는 경우라면 Promise.all을 활용하면 된다.

Point of Promise

흔히 프로미스의 장점으로는 콜백 함수를 통한 비동기 처리시 발생하는 콜백 헬을 해결하는 것으로만
초점이 맞추어져있는데, 그보다 중요한 2가지 포인트가 있다.

The point of promises is to give us back functional composition and error bubbling in the async world. They do this by saying that your functions should return a promise, which can do one of two things:
- Become fulfilled by a value
- Become rejected with an exception
출처 - https://blog.domenic.me/youre-missing-the-point-of-promises/

즉 비동기 처리 방식에서

  • return value를 이용할 수 있다는 점
  • error handling이 동기식 코드와 유사하게 쓰일 수 있다는 점

이 2가지가 프로미스의 핵심이라고 한다.

내가 이해한 방식으로 다시 정리하자면,

기존 비동기 세상(콜백 함수를 통한 비동기 처리)에서는 return값은 아무런 의미를 갖지 않는다.
왜냐하면 해당 함수 실행문 안에서 또 다른 함수가 실행되고 또 다른 함수가 실행되는 방식이기 때문이다.
그래서 return된 값으로 우리가 뭘 다룰 틈도 없이, 비동기 처리가 이루어진다.

하지만 Promise를 이용할 경우, return값 가지고 있는 프로미스 객체가 우리 손에 쥐어지기 때문에
동기코드와 마찬가지로, 그 값을 변수에 할당하거나, 다양한 메소드를 사용하는 것과 같이 자유로운 추가 작업이 가능하게 되었다.

또 기존 비동기 세상(콜백 함수를 통한 비동기 처리)에서는 모든 콜백함수에서 각각 에러 핸들링을 해줘야했다.
하지만 마찬가지로 Promise를 이용할 경우 then, catch등을 통해 에러에 대한 대처가 훨씬 간결해졌고, 이는 동기 방식의 try{} catch{} 구문과 흐름이 매우 유사하다.

결론적으로, Promise의 포인트는
비동기 흐름을 동기적 흐름과 유사하게 만들어주었다는 것에 초점이 있다고 이해했다.

async/await

ES8 추가로 도입된 async functions 그리고 await 키워드는
Promise 결과 값을 then, catch를 통해 다루는 것이 아닌
변수의 담아 동기적 코드처럼 작성해줄 수 있다는 점에서 편리함을 제공한다.

async

먼저 비 동기 함수를 async function으로 만들기 위하여 function()앞에 async keyword를 추가합니다.
async function()은 await 키워드가 비동기 코드를 호출할 수 있게 해주는 함수 입니다.
출저 - MDN

async 함수를 실행하게 되면 무조건 Promise 객체가 반환된다.
async 함수 내에서 return은 반환된 Promise 객체의 결과(resolve)값이다. 

async function name() {
  return "chan"; // async function 내부의 return값은 Promise 객체의 결과값을 반환한다.
}

const foo = name(); // 변수 foo에 프로미스 객체가 할당된다.
console.log(foo); // Promise {<fulfilled>: "chan"}

await

await 키워드는 반드시 async함수 안에서만 사용할 수 있고,
일반 함수에서 사용하면 SyntaxError를 발생시킨다.

await 키워드는 Promise 객체를 생성하는 함수 앞에 놓을 수 있고,
자바스크립트가await 키워드를 만나게 되면 해당 함수가 Promise 상태가 이행될 때까지 기다렸다가,
이행이 완료되면 그 결과 값을 반환하고 다음 코드를 실행한다.

const promise = function () {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    setTimeout(() => resolve("Done!!"), 2000);
  });
};
async function foo() {
  const result = await promise(); // 프라미스가 이행될 때까지 기다렸다가,
  console.log(result); // 완료 되면 하단의 코드가 이어서 실행됨
}

foo();

await키워드를 사용하면 기존에 실행 순서가 예측이 불가능했던 비동기 작동 방식이
동기적으로 실행되는 코드처럼 예측 가능해질 수 있다는 점에서 장점을 드러낸다.

console.log(1);

const promise = function () {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    setTimeout(() => {
      console.log(3);
      resolve("two");
    }, 3000);
  });
};

const promiseTwo = function () {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    setTimeout(() => {
      resolve("one");
    }, 1000);
  });
};

console.log(2);

async function foo() {
  const result = await promise(); // 프라미스가 이행될 때까지 아래 코드로 넘어가지 않음..
  const resultTwo = await promiseTwo(); // 위 코드의 프로미스가 반환될 때까지 대기...

  console.log(resultTwo); // 완료 되면 하단의 코드가 이어서 실행됨

  const parellOne = promise(); // 위 아래 타이머는 동시에 시작됨.
  const parelltwo = promiseTwo(); // 해당 프로미스 이행 값이 먼저 반환됨.(약 1초)

  console.log(await parellOne);
  console.log(await parelltwo); // 먼저 프로미스 객체가 반환되었지만 위 함수가 먼저 실행되어야 실행됨.
}

foo(); // 콘솔에 찍히는 값은 순서대로 1 2 3 "one" 3 "two" "one"

분명 비동기 Promise가 위에서 작동하지만
해당 코드를 읽다보면 마치 동기 흐름처럼 자연스럽게 코드가 이어지는 것을 확인할 수 있다.

Error handling in async/await

오류 처리를 위해서 async/await은 try...catch을 사용할 수 있다.

async function getMaster() {
  try {
    const user = await Promise.reject(new Error("Error!!"));
    const name = user.name;  // 아래 코드는 실행되지 않음
    if (name === "chan") {
      return name;
    }
  } catch (error) {
    console.log(error); // "Error!!"를 출력
  }
}

try문에서 어떤 곳에서든지 에러가 발생하면 제어 흐름이 catch블록으로 넘어간다.
이는 마찬가지로 동기식 코드에서 에러 핸들링을 하는 것고 유사하다는 점에서 또 장점을 발휘한다.

결론

아직까지 나는 Promise나 async/await은 통해 실제적으로 비동기 흐름을 제어를 해본 적 없지만,
현업에서는 해당 문법(특히 async/await)을 비동기 흐름을 제어하는데 정말 주요하게 쓰인다고 하니,
앞으로 다양한 코드 작성을 해며보면서 조사한 개념들을 잘 적용해봐야겠다.

또 많은 경험이 쌓이면 해당 블로그 내용도 조금조금씩 수정할 예정이다.

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