[자바스크립트 완벽가이드] - 노드와 서버 사이드 자바스크립트

자바스크립트 완벽가이드 16장에 해당하는 부분이고, 읽으면서 자바스크립트에 대해 새롭게 알게된 부분만 정리한 내용입니다.

노드는 운영 체제와 연결된 자바스크립트이며 자바스크립트 프로그램에서 파일을 읽고 쓰고, 자식 프로세스를 실행하고, 네트워크를 통해 통신할 수 있게 한다.

노드의 용도

• 배시나 기타 유닉스 셸의 복잡한 문법에서 해방된 최신 셸 스크립트
• 신뢰할 수 없는 코드를 다루는 웹 브라우저에 적용되는 보안 제한에서 벗어나, 신뢰할 수 있는 프로그램을 실행하는 범용 프로그래밍 언어
• 효율적이고 병렬화된 웹 서버 환경

노드의 가장 분명한 특징은 비동기적인 API를 바탕으로 한, 싱글 스레드의 이벤트 기반 병렬 환경이라는 것이다.

이 장에서 다루는 것

• 노드 프로그래밍 모델
• 노드의 동시성
• 스트리밍 데이터를 다루는 API
• 이진 데이터를 다루는 버퍼 타입
• 파일과 네트워크, 프로세스, 스레드를 다루는 몇 가지 가장 중요한 노드 API

노드 프로그래밍 기본

콘솔 출력

웹 브라우저의 console.log(), console.warn(), console.error()는 일반적으로 그 메시지 종류를 나타내는 작은 아이콘을 표시한다. 그러나 노드에는 이런 기능이 없고, console.error()는 표준 에러(stderr) 스트림에 기록한다는 점이 console.log()와 다르다. 프로그램에서 표준 출력을 파일이나 파이프에 리다이렉트한다면 console.log()의 텍스트는 사용자에게 보이지 않고 console.error()의 텍스트만 콘솔에 출력된다.

명령행 인자와 환경 변수

노드 프로그램은 문자열 배열인 process.argv에서 명령행 인자를 읽을 수 있다. 첫 번째 요소는 항상 노드 실행 파일의 경로이며, 두 번째는 노드가 실행하고 있는 자바스크립트 코드 파일 경로이다.

첫 번째와 두 번째는 항상 노드 실행 파일과 자바스크립트 파일의 절대 경로이다. 또한 --trace-uncaught와 같이 노드 실행 파일 자체에서 사용하는 명령행 인자는 process.env에 포함되지 않는다.

프로그램 수명

노드 프로그램은 대부분 비동기적이며 콜백과 이벤트 핸들러를 바탕으로 동작한다. 노드 프로그램은 초기 파일을 실행하고 콜백을 모두 호출한 뒤 남은 이벤트가 없을 때까지 종료되지 않는다.

네트워크 연결을 주시하는 노드 기반 서버 프로그램은 항상 이벤트를 기다리고 있으므로 이론적으로 영원히 실행된다.

프로그램에서 예외가 발생했을 때, 전역 핸들러 함수를 등록해 프로그램이 충돌하는 일을 막을 수 있다.

process.setUncaughtExceptionCaptureCallback((e) => {
  console.error('Uncaught exception:', e);
});

유사하게 프라미스가 미처리 상태로 거부되어 에러 메시지를 출력하거나 프로그램을 종료하는 일을 막으려면 다음과 같이 전역 핸들러 함수를 등록하라.

process.on('unhandledRejection', (reason, promise) => {
    // reason은 .catch() 함수에 전달된 값
    // promise는 거부된 프라미스 객체
})

노드는 기본적으로 비동기적입니다

노드는 네트워크 서버처럼 입출력 집약적인 프로그램에 맞게 설계되고 최적화되었다. 특히 최대한 많은 요청을 동시에 처리할 수 있는 서버를 쉽게 만들 수 있도록 설계되었다.

노드는 기본적으로 비동기, 비차단 방식 API를 채택하여 싱글스레드 프로그램이 모델을 유지하면서도 높은 수준의 동시성을 구현한다.
→ 네트워크 연결을 초기화하거나 파일의 마지막 변경 시간을 구하는 함수조차도 기본 함수는 비차단 방식으로 설계

노드는 프라미스 클래스를 도입하기 전에 만들어졌으므로 비동기 API는 콜백 기반이다.

오류 우선 콜백을 사용!
→ 에러 인자를 첫 번째로 사용하는 이유는 이를 생략할 수 없게 강제하기 위해서

const fs = require('fs');

function readConfigFile(path, callback) {
  fs.readFile(path, 'utf8', (err, text) => {
    if (err) {
      console.error(err);
      callback(null);
      return;
    }
    let data = null;
    try {
      data = JSON.parse(text);
    } catch (e) {
      console.error(e);
    }
    callback(data);
  });
}

버퍼

버퍼 클래스는 파일이나 네트워크에서 데이터를 읽을 때 자주 사용한다. 버퍼가 Uint8Array와 다른 점은 자바스크립트 문자열과 상호 운용되도록 설계됐다는 점이다. 정상적으로 인코드된 바이트 시퀀스와 문자 인코딩이 주어지면 그 바이트를 문자 시퀀스로 디코드할 수 있다.

지원되는 인코딩 목록

• 'utf8': 인코딩을 지정하지 않았을 때 사용하는 기본 값
• 'utf16le': 리틀 엔디안 순서를 사용하는 2바이트 유니코드 문자
• 'latin1': 문자당 1바이트를 사용하는 ISO-8859-1 인코딩
• 'ascii': 영어로만 이루어진 7비트 ASCII 인코딩
• 'hex': 각 바이트를 ASCII 16진수 숫자 쌍으로 변환
• 'base64': 3바이트 시퀀스를 ASCII 문자 네 개로 변환

실제로 이진 데이터를 조작하는 노드 프로그램을 만든다면 버퍼 클래스를 아주 많이 사용하게 될 것이다.

이벤트와 이벤트 이미터

복잡한 API 중에는 이벤트 기반 API도 있다. API가 객체 위주로 설계돼썩나, 콜백 함수가 여러 번 호출되어야 하거나, 콜백 함수가 여러 가지 필요한 경우가 이에 해당한다.

예시: net.Server 클래스

이 클래스는 연결을 청므으로 주시하기 시작할 때 listening 이벤트를, 클라이언트가 연결할때마다 connection 이벤트를, 연결이 끊길 때 close 이벤트를 방출한다.

const EventEmitter = require('events');
const net = require('net');
const server = new net.Server();
server instanceof EventEmitter; // true

자세한 내용은 책 참조.

스트림

파일을 복사하는 함수같은 경우 다음과 같이 작성하게 되면 문제가 생길 수 있다.

// 비동기적이지만 스트림을 사용하지 않는(그래서 비효율적인) 함수
function copyFile(sourceFilename, destinationFilename, callback) {
  fs.readFile(sourceFilename, (err, buffer) => {
    if (err) {
      callback(err);
    } else {
      fs.writeFile(destinationFilename, buffer, callback);
    }
  });
}

복사할 파일이 아주 크거나 동시에 여러 파일을 복사한다면 실패할 수 있다.(메모리 문제) 또한 파일을 다 읽기 전에는 사본 파일의 기록을 시작할 수 없다.

이러한 문제의 해결책은 스트리밍 알고리즘이다. 이 알고리즘은 데이터를 항상 작은 덩어리로 처리하며 데이터 전체를 한 번에 메모리에 담지 않는다는 것이다. 스트리밍 솔루션은 항상 메모리 효율적인 데다 속도도 더 빠를 것이다.

노드의 4가지 스트리밍 타입

• 리더블(데이터 소스)
• 라이터블(데이터가 향하는 대상)
• 듀플렉스(리더블 스티림과 라이터블 스트림을 객체 하나에 조합)
• 트랜스폼(듀플렉스 슽릠과의 차이로, 트랜스폼 스트림에 출력된 데이터는 같은 스트림에서 읽을 수 있다.)

이어지는 아래 내용은 노드의 스트림 클래스에서 데이터를 읽고 쓰는 방법을 설명하기 위해 다음의 내용들을 다룬다.

• 파이프(데이터를 다른 스트림에 쓰는 단순한 작업)
• 비동기 순회(리더블 스트림은 비동기 이터레이터이므로 async 함수 안에서 for/await 루프와 함께 사용하여 순회)
• 스트림 기록과 배압 처리(write 메서드를 설명하며 boolean 반환 값(false)에 따른 배압(경고) 설명)
• 이벤트로 스트림 읽기
  • 플로모드: 읽을 수 있는 데이터가 도착하는 즉시 data 이벤트 형태로 방사
  • 일시정지모드: 스트림은 기본적으로 이 모드로 시작하며, read() 메서드를 직접 호출해 스트림에서 데이터를 가져와야함.

프로세스, CPU, 운영 체제 세부 사항

알아 두어야 할 중요한 프로퍼티와 함수들

process.argv; // 명령행 인자 배열
process.arch; // x64 같은 CPU 아키텍처
process.cwd(); // 현재 작업 디렉터리
process.chdir(); // 현재 작업 디렉터리를 변경
process.cpuUsage(); // CPU 사용 현황을 보고
process.env; // 환경 변수 객체
process.execPath; // 노드 실행 파일의 파일시스템 절대 경로
process.exit(); // 프로그램 종료
process.exitCode; // 프로그램 종료할 때 보고할 정수 코드
process.getuid(); // 현재 사용자의 유닉스 사용자 ID
process.hrtime.bigint(); // 정밀한 나노초 타임스탬프
process.kill(); // 다른 프로세스에 신호를 보냄
process.memoryUsage(); // 메모리 사용현황을 객체로 반환
process.nextTick(); // setImmediate()와 마찬가지로 함수를 곧 호출
process.pid; // 현재 프로세스의 프로세스 ID
process.ppid; // 부모 프로세스의 ID
process.platform; // 운영 체제. linux, darwin, win32등
process.resourceUsage(); // 자원 사용 현황을 객체로 반환
process.setuid(); // ID나 이름으로 현재 사용자를 변경
process.title; // ps 리스트에 나타나는 프로세스 이름
process.umask(); // 새로운 파일에 대한 기본 퍼미션을 설정하거나 반환
process.uptime(); // 노드 실행 시간을 초 단위로 반환
process.version; // 노드 버전 문자열
process.versions; // 노드가 사용하는 라이브러리의 버전 문자열

HTTP 클라이언트와 서버

노드에 있는 http, https, http2 모듈은 HTTP 프로토콜의 모든 기능을 갖추긴 했지만 비교적 저수준으로 구현되었다.

책안에 예제는 http 모듈을 사용하여 기본적인 클라이언트와 서버를 만드는 방법에 대해서 설명하는데 일반적으로 아주 기본적인 서버를 제외하면 Express 프레임워크 같은 외부 라이브러리를 사용해 만든다.

HTTP를 사용하지 않는 네트워크 서버와 클라이언트

HTTP이외의 다른 형태의 네트워크 서버와 클라이언트를 노드에서 충분히 지원할 수 있다.

노드의 net 모듈 사용!(서버와 소켓 클래스가 정의되어 있음)

노드의 net 모듈은 TCP 기반 서버 이외에도, 포트 번호가 아니라 파일시스템 경로로 식별되는 '유닉스 도메인 소켓'의 프로세스 간 통신도 지원한다.

그 외에도 노드는 UDP 기반 클라이언트와 서버를 지원하는 dgram 모듈, net 모듈에 보안을 추가한 tls 모듈 역시 지원한다.

tls.Server, tls.TLSSocket과 같은 클래스를 사용하여 SSL 암호화를 사용하게 만들 수 있음

자식 프로세스

자식 프로세스는 노드에서 다른 프로그램을 실행하는 스크립트를 만드는데 사용된다.

execSync()와 execFileSync()

셸을 새로 생성하여 기동하는 형태

child_process.execSync()
→ 자식 프로세스를 생성하고 그 프로세스 안에서 셸을 실행하며, 셸 안에서 전달받은 명령어를 실행한다. 그리고 명령어와 셸이 종료될 때까지 다른 프로세스를 차단한다.

셸의 기능이 필요하지 않을때는 child_process.execFileSync()를 써도 됨

exec()와 execFile()

위 메서드들과 달리 이 메서드들은 비동기 함수여서 동시에 여러 개를 실행할 수 있다.

spawn()

자식 프로세스가 실행 중일 때도 그 출력에 스트림으로 접근할 수 있는 함수이다. 또한 자식 프로세스에 데이터를 보낼 수 있고, 자식 프로세스는 표준 입력 스트림을 통해 이 데이터를 받는다.

자식 프로세스와 동적으로 상호작용하면서 자식 프로세스의 출력에 따라 입력을 보낼 수 있다. (셸 사용 X)

fork()

이 메서드는 자식인 노드 프로세스에서 자바스크립트 코드 모듈을 실행하는 데 특화된 함수이다.

send() 메서드와 message 이벤트 주시를 통해 메시지를 주고받을 수 있다.

워커 스레드

JS 스레드는 노드나 브라우저 모두 기본적으로 메모리를 공유하지 않으므로, 멀티스레드 프로그래밍의 위험성이나 어려움은 자바스크립트 '워커'에는 적용되지 않는다.

노드에서 워커를 사용하는 이유 3가지

• CPU 코어 하나로 감당하기 어려운 계산할 시
• 메인 스레드의 반응성을 더 높이기 위해
• 동기적인 동작이 비차단적이고 비동기적인 작업으로 바꾸고 싶을 때

워커 스레드는 자식 프로세스 만큼 부하가 크지는 않지만 그래도 가벼운 작업은 아니다. 워커에 맡길 일이 무거운 작업이 아니라면 굳이 워커를 사용할 필요는 없다.