[ 모던 자바스크립트 Deep Dive ] 42장 : 비동기프로그래밍

42.1 동기 처리와 비동기 처리

• 함수 실행 과정
  • 함수를 호출하면 함수 코드가 평가되어 함수 실행 컨텍스트가 생성된다.
  • 이때 생성된 함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택(콜 스택)에 푸시되고 함수 코드가 실행된다.
  • 함수 코드의 실행이 종료하면 함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 팝되어 제거된다.
    
• 함수가 호출된 순서대로 순차적으로 실행되는 이유는 함수가 호출된 순서대로 함수 실행 컨텍스트가 실행 컨텍스트 스택에 푸시되기 때문이다.

자바스크립트 엔진은 단 하나의 실행 컨텍스트 스택을 갖는다.

• 즉, 함수를 실행할 수 있는 창구가 단 하나이기 때문에 동시에 2개 이상의 함수를 동시에 실행할 수 없다.
• 따라서 현재 실행 중인 함수가 종료하면 비로소 다른 함수가 실행되기 시작한다.

자바스크립트 엔진은 한 번에 하나의 태스크만 실행할 수 있는 싱글 스레드 방식으로 동작한다.

• 싱글 스레드 방식은 한 번에 하나의 태스크만 실행할 수 있기 때문에 처리에 시간이 걸리는 태스크를 실행하는 경우 블로킹(작업 중단)이 발생한다.

  • 예를 들어, 1번 함수가 실행되고나서 3초 후에 2번 함수가 실행되고, 그 후에 3번 함수가 실행되도록 한다면 3번 함수는 그 시간 동안 호출되지 못하고 블로킹된다.

현재 실행 중인 태스크가 종료할 때까지 다음에 실행될 태스크가 대기하는 방식을 동기 처리라고 한다.

• 동기 처리 방식은 태스크를 순서대로 하나씩 처리하므로 실행 순서가 보장된다는 장점이 있다.
• 하지만 앞선 태스크가 종료할 때까지 이후 태스크들이 블로킹되는 단점이 있다.

반대로 현재 실행 중인 태스크가 종료되지 않은 상태라 해도 다음 태스크를 곧바로 실행하는 방식을 비동기 처리라고 한다.

• 비동기 처리 방식은 현재 실행 중인 태스크가 종료되지 않은 상태라 해도 다음 태스크를 곧바로 실행하므로 블로킹이 발생하지 않는다는 장점이 있다.
• 하지만 태스크의 실행 순서가 보장되지 않는 단점이 있다.
• 비동기 처리를 수행하는 비동기 함수는 전통적으로 콜백 패턴을 사용한다.
• 그러나 콜백 패턴은 콜백 헬을 발생시켜 가독성을 나쁘게 하고, 에러의 예외 처리가 곤란하며, 여러 개의 비동기 처리를 한 번에 처리하는 데도 한계가 있다.

타이머 함수인 setTimeout, setInterval, HTTP 요청, 이벤트 핸들러는 비동기 처리 방식으로 동작한다.

비동기 처리는 이벤트 루프와 태스크 큐와 깊은 관계가 있다.

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42.2 이벤트 루프와 태스크 큐

• 자바스크립트는 싱글 스레드 방식으로 동작하기 때문에 한 번에 하나의 태스크만 처리할 수 있지만, 브라우저가 동작하는 것을 보면 태스크가 동시에 처리되는 것처럼 느껴진다.

  • ex. HTTP 요청을 통해 서버로부터 데이터를 가져오면서 렌더링이 동시에 이루어짐

이처럼 자바스크립트의 동시성을 지원하는 것이 바로 이벤트 루프다.

• 이벤트 루프는 브라우저에 내장되어 있는 기능 중 하나다.
• 브라우저 환경을 그림으로 표현하면 아래와 같다.
  
• 구글의 V8 자바스크립트 엔진을 비롯한 대부분의 자바스크립트 엔진은 크게 2개의 영역으로 구분할 수 있다.

• 콜 스택 : 소스코드 평가 과정에서 생성된 실행 컨텍스트가 추가되고 제거되는 스택 자료구조인 실행 컨텍스트 스택이 콜 스택이다.
• 힙 : 객체가 저장되는 메모리 공간이다. 콜 스택의 요소인 실행 컨텍스트는 힙에 저장된 객체를 참조한다.

• 이처럼 콜 스택과 힙으로 구성되어 있는 자바스크립트 엔진은 단순히 태스크가 요청되면 콜 스택을 통해 요청된 작업을 순차적으로 실행한다.

• 비동기 처리에서 소스코드의 평가와 실행을 제외한 모든 처리는 자바스크립트 엔진을 구동하는 환경인 브라우저 또는 Nods.js가 담당한다.

• 예를 들어, 비동기 방식으로 동작하는 setTimeout의 콜백 함수의 평가와 실행은 자바스크립트 엔진이 담당하지만 호출 스케줄링을 위한 타이머 설정과 콜백 함수의 등록은 브라우저 또는 Node.js가 담당한다.

• 이를 위해 브라우저 환경은 태스크 큐와 이벤트 루프를 제공한다.

• 태스크 큐 : setTimeout이나 setInterval과 같은 비동기 함수의 콜백 함수 또는 이벤트 핸들러가 일시적으로 보관되는 영역이다.
• 이벤트 루프 : 이벤트 루프는 콜 스택에 현재 실행 중인 실행 컨텍스트가 있는지, 그리고 태스크 큐에 대기 중인 함수가 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. 즉, 태스크 큐에 일시 보관된 함수들은 비동기 처리 방식으로 동작한다.