[JS 완벽 가이드] 노드와 서버 사이드 자바스크립트 (part1)

개발 log·2022년 8월 27일

JS 지식

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16 | 노드와 서버 사이드 자바스크립트

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

노드의 용도

bash나 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 특징

태생부터 비동기적인 API를 바탕으로 한 싱글 스레드의 이벤트 기반 병렬 환경

노드 프로그래밍 기본

콘솔 출력

console.log('Hello World!');

표준 출력을 사용하는 더 저수준의 메서드가 없는 건 아니지만 가장 쉽고 공식적인 방법은 console.log()이다.

console.error()는 표준 에러(stderr) 스트림에 기록한다는 점이 console.log()와 다르다.

명령행 인자와 환경 변수

노드는 유닉스와 비슷하게 명령행 인자와 환경 변수를 통해 입력을 받는다.

노드 프로그램은 문자열 배열인 process.argv에서 명령행 인자를 읽을 수 있다.

console.log(process.argv);

$ node --trace-uncaught argv.js --arg1 --arg2 filename
[
  '/usr/local/bin/node',
  '/private/tmp/argv.js',
  '--arg1',
  '--arg2',
  'filename'
]

process.argv의 첫번째와 두번째 요소는 항상 노드 실행 파일과 JS 파일의 절대 경로이며, 명령행에 어떻게 타이핑했는지는 중요하지 않다.
노드 실행 파일 자체에서 사용하는 명령행 인자는 process.argv에 포함되지 않는다.

노드 모듈

node는 JS에서 모듈 시스템을 정립하기 전에 만들어졌으므로 그들만의 체계화된 모듈 시스템을 갖고 있다.

node의 모듈 시스템은 require()함수로 모듈에 값을 가져오고, exports객체나 module.exports 프로퍼티로 값을 내보낸다.

node 13부터는 그동안 사용하던 require 기반 모듈(노드에서는 CommonJS 모듈이라 부른다.) 외에도 ES6 모듈 표준도 추가로 지원한다.
두 모듈 시스템은 완전히 호환되지 않으므로 이들을 함께 사용하기는 조금 까다롭다.
모듈 종류를 노드에 알리는 가장 단순한 방법은 파일 확장자로 구분하는 것이다.
- .mjs: ES6모듈(import, export)
- .cjs: CommonJS모듈(require())
파일 확장자에 .mjs, .cjs를 쓰지 않았다면 노드는 파일과 같은 디렉터리, 부모 디렉터리에서 package.json파일을 찾는다.
가장 가까운 package.json파일을 찾으면 노드는 JSON객체에서 최상위 type프로퍼티를 체크한다.
type프로퍼티가 없으면 default로 commonjs 모듈로 간주한다.

노드 패키지 매니저

노드를 설치하면 일반적으로 npm이라는 프로그램이 함께 설치된다.

npm은 노드 패키지 매니저(Node Package Manager)의 축약어이다.

npm은 프로그램에 필요한 라이브러리를 내려받고 관리하는 일을 돕는다.

노드는 기본적으로 비동기적이다.

JS는 범용 프로그래밍 언어이므로 거대한 행렬 연산이나 복잡한 통계 분석같은 CPU 집약적인 프로그램도 얼마든지 작성할 수 있다.

반면 노드는 네트워크 서버처럼 입출력 집약적인 프로그램에 맞게 설계되고 최적화되었다.

특히 노드는 최대한 많은 요청을 동시에 처리할 수 있는 서버를 쉽게 만들 수 있도록 설계되었다.

노드는 대부분의 프로그래밍 언어와 달리 동시성을 스레드로 구현하지 않았다.
멀티스레드는 정확하게 프로그래밍하기 어렵고, 디버깅도 어렵다.
또한 스레드는 비교적 무거운 작업이므로 수백개의 스레드를 사용해 수백개의 요청을 동시에 처리하려면 엄청난 메모리가 필요하다.
노드는 JS의 싱글스레드 프로그래밍 모델을 받아들였다.
- 전문 지식을 오랫동안 공부하지 않고도 네트워크 서버를 만들 수 있을 정도로 단순화하기 위해서였다.

버퍼

버퍼 클래스는 파일이나 네트워크에서 데이터를 읽을 때 특히 자주 사용하는 데이터 타입이다.

버퍼는 문자열과 아주 비슷하지만 문자 시퀀스가 아닌 바이트 시퀀스라는 점이 다르다.
현재는 부호 없는 바이트 배열을 나타내는 Unit8Array의 서브 클래스이다.

이벤트와 이벤트이미터

const EventEmitter = require('events');
const net = require('net');
let server = new net.Server(); // 서버 객체 생성
server instanceof EventEmitter; // true: 서버는 이벤트이미터이다.

이벤트이미터의 핵심 기능은 on()메서드를 통해 이벤트 핸들러 함수를 등록하는 것이다.
이벤트이미터는 여러 타입의 이벤트를 방사할 수 있으며, 이벤트 타입은 이름으로 구분된다.

const net = require('net');
let server = new net.Server();

server.on('connection', (socket) => {
  // 서버 connection 이벤트는 연결된 클라이언트에 해당하는 소켓 객체를 전달받는다.
  // 여기서는 클라이언트에 약간의 데이터를 전송하고 연결을 끊는다.
  socket.end('Hello World', 'utf8');
});

스트림

데이터를 처리하는 알고리즘을 구현할 때는 데이터 전체를 메모리에 읽어들이고, 이를 처리한 다음 데이터를 내보내는 방식이 항상 가장 쉽다.

const fs = require('fs');

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

위 copyFile()함수는 비동기 함수와 콜백을 사용하므로, 차단적인 함수가 아니며 서버처럼 동시성이 중요한 프로그램에 알맞다.
하지만 이 함수는 반드시 파일의 콘텐츠 전체를 담기에 충분한 메모리를 할당받아야 한다.
이렇게 구현하면 파일의 크기가 커진다면 복사에 실패할수도 있고 원본 파일을 다 읽기 전에는 사본 파일의 기록을 시작할 수 없다는 단점이 있다.
이러한 문제의 해결책으로 데이터가 프로그램으로 흘러들어와서 처리되고 다시 흘러나가는 스트리밍 알고리즘이다.

스트리밍 알고리즘

데이터를 항상 작은 덩어리로 처리하며 절대 데이터 전체를 한 번에 메모리에 담지 않는다.

노드의 네트워크 API는 스트리밍 기반이고 노드의 파일시스템 모듈 역시 파일을 읽고 쓰는 스트리밍 API를 갖추고 있으므로, 노드 프로그램을 만들다보면 스트리밍 API를 자주 사용하게 될 것이다.

노드가 지원하는 네 가지 기본 스트리밍 타입

리더블: 데이터 소스
라이터블: 데이터가 향하는 대상
듀플렉스: 리더블 스트림과 라이터블 스트림을 객체 하나에 조합한 것
트랜스폼: 읽고 쓸 수 있는 스트림이지만 듀플렉스 스트림과는 차이가 있다.
- 트랜스폼 스트림에 출력된 데이터는 같은 스트림에서 읽을 수 있다.

파이프

때때로 스트림에서 데이터를 읽고, 같은 데이터를 다른 스트림에 쓰는 단순한 작업이 필요할 때도 있다.

예를 들어 정적 파일 디렉터리 역할을 하는 단순한 HTTP 서버를 만든다고 하면 이 서버는 파일 입력 스트림에서 데이터를 읽고, 네트워크 소켓에 출력해야한다.

하지만 데이터를 읽고 쓰는 코드를 직접 작성할 필요 없이 두 소켓을 파이프로 연결하기만 하면 나머지 복잡한 작업을 노드가 알아서 처리한다.

const fs = require('fs');

function pipeFileToSocket(filename, socket) {
  fs.createReadStream(filename).pipe(socket);
}

function pipe(readable, writable, callback) {
  // 에러 처리 코드
  function handleError(err) {
    readable.close();
    writable.close();
    callback(err);
  }

  // 파이프를 정의하고 일반적인 상황을 처리
  readable
    .on('error', handleError)
    .pipe(writable)
    .on('error', handleError)
    .on('finish', callback);
}

프로세스, CPU, 운영 체제 세부 사항

전역 객체 Process에는 현재 실행 중인 노드 프로세스의 상태에 관련된 유용한 프로퍼티와 함수가 많이 있다.

process.argv; // 명령행 인자 배열
process.arch; // x64같은 CPU 아키텍처
process.cwd(); // 현재 작업 디렉터리
process.chdir(); // 현재 작업 디렉터리 변경
process.cpuUsage(); // CPU 사용 현황 보고
process.env; // 환경 변수 객체
process.execPath; // 노드 실행 파일의 파일시스템 절대 경로
process.exit(); // 프로그램을 종료
process.exitCode; // 프로그램을 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 사용 현황을 객체로 반환
process.nextTick(); // setImmediate() 와 마찬가지로 합수를 곧 호출
process.pid; // 현재 프로세스의 프로세스 ID
process.ppid; // 부모 프로세스의 ID
process.platform; // 운영 체제. linux, darwin, win32 등
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 실행시간을 초 단위로 반환
process.version; // 노드 버전 문자열
process.versions; // 노드가 사용하는 라이브러리의 버전 문자열