참고한 인사이트 : https://dlwoals727.medium.com/그래서-nodejs-가-싱글스레드야-멀티스레드야-6bb43eb44501, https://helloinyong.tistory.com/350
https://velog.io/@surim014/async-io-in-nodejs
Node.js
Node.js는 Chrome V8 JavaScript 엔진 위에서 구동되는 JavaScript 런타임입니다. 자바스크립트를 브라우저 밖, 즉 서버 사이드에서도 실행할 수 있게 해준다.
Node.js는 싱글 스레드 기반이지만, libuv 기반의 이벤트 루프 + 쓰레드 풀 구조를 활용해서 비동기적으로 많은 요청을 동시에 처리할 수 있는 특징이 있다.
싱글 스레드란
- 하나의 메인 스레드에서 자바스크립트 코드를 실행.
- 한 번에 한 줄의 JS 코드만 실행되므로 락, 데드락 문제 없다.
- 구조가 단순하고 가벼워 메모리 소비도 적음.
동시성을 스레드 수가 아니라 비동기 처리 구조로 해결.
논블로킹 I/O (비동기 처리)
- Node.js는 I/O 작업(파일 읽기, DB, 네트워크 등)을 기다리지 않고 다음 작업을 바로 수행하는 논블로킹 방식을 사용.
- 오래 걸리는 작업은 libuv의 쓰레드 풀에 맡기고, 완료되면 콜백(또는 Promise) 형태로 알려준다.
- 이 콜백은 콜백 큐(Task Queue)에 쌓이고, 이벤트 루프(Event Loop)가 이를 순차적으로 실행.
싱글 스레드지만, 쓰레드 풀을 활용해 병렬 I/O 처리가 가능하고, 이벤트 루프가 콜백을 비동기적으로 처리하기 때문에 수많은 요청을 동시에 다룰 수 있는 구조가 되는 것이다.
이벤트 루프 (Event Loop)
- Node.js 비동기 처리의 핵심 메커니즘.
- 백그라운드에서 완료된 작업의 콜백을 콜백 큐에 쌓고, 이벤트 루프가 이를 순차적으로 실행.
[JS 코드 실행]
→ [I/O 작업은 libuv 쓰레드 풀로 위임]
→ [작업 완료 시 콜백 큐에 등록]
→ [이벤트 루프가 콜백 실행]비유
식당에서 요리사는 주문만 받고 요리는 주방에 맡김. 음식이 다 되면 알림을 받고 서빙한다. 요리사가 모든 손님을 직접 응대하는 구조가 바로 Node.js의 이벤트 루프이다.
경량화 & 모듈화
- 불필요한 기능 없이, 필요한 기능만 require 혹은 import로 불러와 사용.
- 멀티스레드 기반 서버에 비해 컨텍스트 스위칭 비용이 없고, 구조가 단순해서 빠르고 가벼움.
왜 Node.js는 빠르고 효율적인가
- 요청마다 스레드를 생성하지 않는다.
- 하나의 메인 스레드가 요청을 받고, I/O 작업은 백그라운드 쓰레드 풀로 넘김.
- 따라서 I/O 중심 서비스에서 높은 처리량을 낼 수 있다.
Node.js 작동 원리
V8 엔진
- Google Chrome에서 사용하는 자바스크립트 엔진.
- JS 코드를 빠르게 머신 코드로 변환해 실행.
Libuv
Libuv는 Node.js의 비동기 처리를 담당하는 C 기반 라이브러리.
자바스크립트 자체는 비동기 I/O 기능이 없기 때문에, 이를 위해 libuv가 필요한 것.
libuv가 담당하는 일
- 이벤트 루프 실행
- 비동기 I/O 처리 (파일, 네트워크 등)
- 쓰레드 풀 관리
- 타이머(setTimeout 등) 처리
- OS와 저수준 비동기 통
이벤트 루프 + 쓰레드 풀 구조
Node.js는 다음과 같은 구조로 작동함.
- 자바스크립트 코드는 V8 엔진이 메인 스레드에서 실행.
- 비동기 작업(예를 들어 fs.readFile, setTimeout, DB 요청 등)은 libuv를 통해 백그라운드 쓰레드 풀로 위임.
- 작업이 완료되면 해당 작업의 콜백이 Callback Queue(콜백 큐) 에 등록.
- 이벤트 루프가 이 큐를 순회하며 준비된 콜백을 순차적으로 실행함.
이 구조가 바로 Node.js가 논블로킹 I/O를 구현하는 핵심 메커니즘.
Thread Pool (기본 4개)
libuv는 내부적으로 4개의 워커 스레드(기본값)를 가지고 있음.
fs, crypto, zlib 같은 무거운 작업은 여기서 처리한다.
완료되면 콜백을 메인 스레드에서 실행.
Node.js의 단점
- CPU 연산에 약하다
복잡한 계산이 많은 작업은 워커 스레드, 또는 다른 언어로 분리하는 것이 바람직하다.
- 콜백 지옥 우려
과거에는 중첩된 콜백 형태가 많았으나, 지금은 Promise와 async/await로 대부분 해결 가능해졌다.
정리
Node.js는 싱글 스레드 기반이지만, 내부적으로는 libuv라는 C++ 라이브러리를 통해 이벤트 루프와 쓰레드 풀을 같이 운용하면서 비동기 처리를 효율적으로 수행합니다. I/O 같은 느린 작업은 백그라운드 쓰레드 풀에서 처리되고, 완료되면 메인 이벤트 루프가 콜백을 실행한다. 실제로 무거운 작업이 많을 땐 worker_threads 모듈을 활용해서 별도의 워커 스레드에서 처리하도록 구현해야 한다.
