비동기 프로그래밍
42.1 동기 처리와 비동기 처리
실행 컨텍스트 스텍에 함수 실행 컨텍스트가 푸시되는 것은 바로 함수 실행의 시작을 의미한다.
함수가 호출된 순서대로 순차적으로 실행되는 이유는
함수가 호출된 순서대로 함수 실행 컨텍스트가 실행 컨텍스트 스택에 푸시되기 때문이다.
이처럼 함수 실행 순서는 실행 컨텍스트 스택으로 관리한다.
자바스크립트는 단 하나의 실행 컨텍스트 스택을 갖는다.
이는 함수를 실행할 수 있는 창구가 단 하나이며,
동시에 2개 이상의 함수를 실행할 수 없다는 것을 의미한다.
자바스크립트 엔진은 한 번에 하나의 테스크만 실행할 수 있는 싱글 스레드 방식으로 동작한다.
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 태스크가 대기하는 방식을 동기(synchronous)처리 라고 한다.
동기 처리 방식은 태스크를 순서대로 하나씩 처리하므로 실행 순서가 보장된다는 장점이 있지만,
앞선 태스크가 종료할 때까지 이후 태스크들이 블로킹되는 단점이 있다.
현재 실행 중인 태스크가 종료되지 않은 상태라 해도
다음 태스크를 곧바로 실행하는 방식을 비동기(asynchronous) 처리라고 한다.
비동기 처리 방식은 현재 실행 중인 태스크가 종료되지 않은 상태라 해도 다음 태스크를 곧바로 실행하므로 블로킹이 발생하지 않는다는 장점이 있지만,
태스크의 실행 순서가 보장되지 않는다는 단점이있다.
비동기 처리를 수행하는 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,
여러개의 비동기 처리를 한 번에 처리하는 데도 한계가 있다.
타이머 함수인 setTimeout과 setInterval, HTTP요청, 이벤트 핸들러는 비동기 처리 방식으로 동작한다.
42.2 이벤트 루프와 테스크 큐
자바스크립트의 동시성을 지원하는 것이 바로 이벤트 루프이다.
이벤트 루프는 브라우저에 내장되어 있는 기능 중 하나이다.
대부분의 자바스크립트 엔진은 크게 2개의 영역으로 구분할 수 있다.
자바스크립트 엔진
1.콜 스택(call stack)
소스코드(전역 코드나 함수 코드 등)평가 과정에서 생성된 실행 컨텍스트가 추가되고 제거되는 스택 자료구조인 실행 컨텍스트 스텍이 바로 콜스텍이다!
자바스크립트 엔진은 단 하나의 콜 스택을 사용하기 때문에 최상위 실행 컨텍스트(실행 중인 실행 컨텍스트)가 종료되어 콜 스택에서 제거되기 전까지는 다른 어떤 태스크도 실행되지 않는다.
원시 타입 데이터 또한 콜스텍에 저장된다.
메모리 힙에 저장된 참조 데이터의 주소값도 콜스텍에 저장된다!
- 힙(heap)
힙은 객체(참조 데이터)가 저장되는 메모리 공간이다.
콜 스텍의 요소인 실행 컨텍스트는 힙에 저장된 객체를 참조한다.
(실행 컨텍스트의 렉시컬 환경의 환경 레코드에 저장된 식별자에는
메모리 힙에 저장된 참조 값의 주소값을 값으로 담은 메모리의 주소값이 저장된다.)
- 메모리에 값을 저장하려면, 먼저 값을 저장할 메모리 공간의 크기를 결정해야 한다.
- 객체는 원시 값과는 달리 크기가 정해져 있지 않으므로 할당해야 할 메모리 공간의 크기를 런타임에 결정(동적 할당)해야 한다.
- 따라서 객체(참조 데이터)가 저장되는 메모리 공간인 메모리 힙은 구조화 되어있지 않다는 특징이 있다.
이처럼 콜스텍과 힙으로 구성되어 있는 자바스크립트 엔진은
단순히 태스크가 요청되면 콜 스텍을 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 실행(콜스택에 올라갔을 때)은 자바스크립트 엔진이 담당하지만
-> 호출 스케줄링(콜백 함수가 호출되기까지 걸리는 시간 설정)을 위한 타이머 설정과
콜백 함수의 등록은 브라우저 또는 Node.js가 담당한다.
이를 위해 브라우저 환경은 태스크 큐와 이벤트 루프를 제공한다.
브라우저 환경이 제공하는 태스크 큐와 이벤트 루프
1. 태스크 큐
setTimeout과 같은 비동기 함수의 콜백 함수 또는 이벤트 핸들러가 일시적으로 보관되는 영역이다.
태스크 큐와 별도로 프로미스의 후속 처리 메서드의 콜백 함수가 일시적으로 보관되는 마이크로태스크 큐도 존재한다.
2. 이벤트 루프
이벤트 루프는 콜 스택에 현재 실행 중인 실행 컨텍스트가 있는지,
그리고 태스크 큐에 대기 중인 함수(콜백 함수, 이벤트 핸들러 등)가 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.
이 때 콜스택으로 이동한 함수는 실행(자바스크립트 엔진에 의해서)된다.
즉, 태스크 큐에 일시 보관된 함수들은 비동기 처리 방식으로 동작한다.
자바스크립트 엔진은 싱글 스레드로 동작하지만, 브라우저는 멀티 스레드로 동작한다.
브라우저는 자바스크립트 엔진 외에도 렌더링 엔진과 Web API를 제공한다.
Web API는 ECMAScript 사양에 정의된 함수가 아니라
브라우저에서 제공하는 API이며,
DOM API와 타이머 함수, HTTP 요청(Ajax)과 같은 비동기 처리를 포함한다.
