[Node.js] 노드란?

Node.js

• Chrome V8 Javascript 엔진으로 빌드된 JavaScript 런타임
• 서버 사이드 플랫폼

Node.js®는 Chrome V8 JavaScript 엔진으로 빌드된 JavaScript 런타임입니다. Node.js는 이벤트 기반, 논 블로킹 I/O 모델을 사용해 가볍고 효율적입니다. Node.js의 패키지 생태계인 npm은 세계에서 가장 큰 오픈 소스 라이브러리이기도 합니다.
(출처: https://nodejs.org/ko/)

주요 특징

• 비동기 I/O
• 이벤트 위주
• 빠른 속도
• single thread
• 뛰어난 확장성
• no buffering
• license

핵심 개념 정리

1. 서버

• 네트워크를 통해 클라이언트에 정보나 서비스를 제공하는 컴퓨터 or 프로그램

클라이언트

• 요청을 보내는 주체
• 브라우저, 하나의 프로그램, 모바일 앱, 또 다른 서버 등이 될 수 있음
  

2. 자바스크립트 런타임

런타임

• 특정 언어로 만든 프로그램들을 실행할 수 있는 환경
  

기존에는 자바스크립트 프로그램을 웹 브라우저 위에서만 실행할 수 있었다.
(브라우저에 자바스크립트 런타임을 내장하고 있기에)

노드 내부 구조

• V8과 함께 libuv 라이브러리 사용
  - C, C++로 구현되어 있음
  
• libuv 라이브러리
  - 노드의 특성인 이벤트 기반, 논 블로킹 I/O 모델 구현

3. 이벤트 기반

• 이벤트가 발생할 때 미리 지정해둔 작업을 수행하는 방식
• 이벤트 리스너에 콜백 함수를 등록하여 구현
  

호출 스택

• 호출할 함수를 호출 스택에 쌓음
• anonymous: 처음 실행 시의 전역 컨텍스트
  - 컨텍스트: 함수가 호출되었을 때 생성되는 환경

이벤트 루프

• 이벤트 발생 시 호출할 콜백 함수 관리
• 호출된 콜백 함수의 실행 순서 결정
• 호출 스택이 비어 있을 때, 태스크 큐의 콜백 함수를 호출 스택으로 올림
  - 호출 스택이 비어 있지 않으면, 태스크 큐의 함수를 가져오지 않는다.
  -> setTimeout의 시간이 정확하지 않은 이유

백그라운드

• setTimout과 같은 타이머나 이벤트 리스너들이 대기하는 곳
• JS가 아닌 다른 언어로 작성된 프로그램
• 여러 작업을 동시에 실행할 수 있다.

태스트 큐(콜백 큐)

• 백그라운드에서 보내온 이벤트 리스너의 콜백함수 대기열
• 실제로는 여러 개의 큐로 이루어져 있다.

타이머 함수가 사용되는 경우

function run() {
  console.log('3초 후 실행');
}
console.log('시작');
setTimeout(run, 3000);
console.log('끝');

4. 논 블로킹 I/O

• 노드는 I/O 작업을 백그라운드로 넘겨 동시에 처리 -> 시간 절약
  - 자바스크립트 코드는 동시에 실행될 수 없지만, I/O 같은 작업은 동시에 처리될 수 있다.
  - I/O (Input/Output)작업: 파일 시스템 접근, 네트워크를 통한 요청 등

논 블로킹

• 이전 작업이 완료될 때까지 대기하지 않고 다음 작업을 수행하는 방법
  -> 동시 처리 가능
• <-> 블로킹
• 동시와 같은 의미는 아니다.

예제

• 블로킹 방식

function longRunningTask() {	// 시간이 오래 걸리는 작업
  console.log('작업 끝');
}

console.log('시작');
longRunningTask();
console.log('다음 작업');

// 시작
// 작업 끝
// 다음 작업

• 논블로킹 방식

function longRunningTask() {	// 시간이 오래 걸리는 작업
  console.log('작업 끝');
}

console.log('시작');
setTimeout(longRunningTask,0);	// 시간이 0이지만, 기본적인 지연 시간 존재 
console.log('다음 작업');

// 시작
// 다음 작업
// 작업 끝

코드를 논 블로킹으로 만드는 기법

• setTimeout(콜백, 0);
  - 0 밀리초로 설정했으나, 기본적인 지연시간이 존재하므로 논 블로킹 가능
• setImmediate

자바스크립트 코드는 동시에 실행 될 수 없기에 오래 걸리는 작업과 간단한 작업의 실행 순서를 바꿈으로써 간단한 작업이 대기하느느 상황을 막을 수 있다.

5. 싱글 스레드

프로세스

• 운영체제에서 할당하는 작업의 단위
• 프로세스 간에는 자원 공유 X

스레드

• 프로세스 내에서 실행되는 흐름의 단위
• 한 프로세스 내에서 여러 개의 스레드를 생성하여 여러 작업을 동시에 처리 가능
• 부모 프로세스의 자원 공유
  

노드는 싱글 스레드?

• 실제로는 싱글 스레드로 동작하지 않는다.
• 내부적으로 여러 스레드를 생성하지만, 사용자가 제어할 수 있는 스레드가 하나뿐이다.
  -> 노드가 싱글 스레드라고 여겨지는 이유
  -> 자바스크립트 코드가 동시에 실행될 수 없는 이유

노드가 싱글 스레드로 동작하지 않는 경우

• 스레드풀
  - 노드가 특정 동작을 수행할 때, 스스로 멀티 스레드 사용
  - ex. 암호화, 파일 입출력, 압축 등
• 워커 스레드
  - 노드 12 버전부터 멀티 스레드 사용 가능

멀티 스레딩 vs 멀티 프로세싱

멀티 스레딩	멀티 프로세싱
하나의 프로세스 내에서 여러 개의 스레드 사용	여러 개의 프로세스 사용
CPU 작업이 많을 때	I/O 요청이 많을 때
프로그래밍 어려움	프로그래밍 비교적 쉬움

서버로서의 노드

장점

• 싱글 스레드, 논 블로킹 모델 사용
  - JS 언어의 특성이기도 하다.
• 서버는 기본적으로 I/O 요청이 많이 발생하므로 적합하다.
  - libuv 라이브러리를 사용하여 I/O 작업을 논 블로킹으로 처리
  -> 개수는 많지만 크기는 작은 데이터를 실시간으로 주고받는 경우에 적합
• 웹 서버 내장
  - 노드 이외의 서버는 별도의 웹 서버(Apache, nginx, IIS 등) 설치 필요
  - 서버 규모가 커지면 웹 서버 연결해야 한다.
• 자바스크립트 사용
  - 웹 브라우저와 서버가 모두 하나의 언어로 개발하여 생산성을 높일 수 있다.
  - JS 형식인 JSON을 사용하여 데이터 주고받는데 유용
  

단점

• 싱글 스레드 이므로 CPU 부하가 큰 작업에는 적합하지 않음
• 멀티 스레드를 지원하지만, CPU를 많이 사용하는 작업을 위한 서버로는 권장 하지 않는다.
  - 멀티 스레드 프로그래밍을 하는 것은 싱글 스레드에 비해 어렵다.
  - 하더라도, C, C++, Rust, Go 언어에 비해 속도가 느리다.
• 하나뿐인 스레드가 멈추지 않도록 관리가 필요하다.

서버 외의 노드

• 웹, 모바일, 데스크톱 애플리케이션 개발에도 사용되고 있음

• 웹 프레임워크
  - Angular
  - React
  - Vue

• 모바일
  - React Native

• 데스크톱
  - Electron(Atom, Slack, Discord, VScode 등을 만들었다.)