동기 처리와 비동기 처리
함수를 호출하면 함수 코드가 평가되어 함수 실행 컨텍스트가 생성된다. 이때 생성된 함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택 ( 콜스택 )에 푸시되고 함수코드가 실행된다.
함수코드의 실행이 종료되면 함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 팝되서 제거된다.
즉, 함수가 실행되려면 "함수 코드 평가과정"에서 생성된 함수 실행 컨텍스트가 실행 컨텍스트 스택에 푸시되어야 한다.
자바스크립트 엔진은 단 하나의 실행 컨텍스트 스택을 갖는다. 이는 함수를 실행할 수 있는 창구가 단 하나이며, 동시에 2개 이상의 함수를 동시에 실행 할 수 없다는 것을 의미한다.
실행 컨텍스트 스택의 최상위 요소인 '실행중인 실행 컨텍스트'를 제외한 모든 실행 컨텍스트는 모두 실행 대기중인 태스크들이다. 대기 중인 태스크들은 현재 실행중인 실행 컨텍스트가 팝되어 실행 컨텍스트 스택에서 제거되면, 비로소 실행되기 시작한다.
이처럼 자바스크립트 엔진은 한번에 하나의 태스크만 처리할 수 있는 싱글 스레드 방식으로 동작한다.
그렇기 때문에 처리에 시간이 걸리는 태스크를 실행하는 경우 블로킹(작업중단)이 발생한다.
이벤트 루프와 태스크 큐
예를 들어, HTML요소가 애니메이션 효과를 통해 움직이면서 이벤트 처리를 하기도 하고, HTTP 요청을 통해 서버로부터 데이터를 가지고 오면서 렌더링 하기도 한다. 이처럼 자바스크립트의 동시성 (concurrency)을 지원하는 것이 바로 이벤트 루프다.
이벤트 루프는 브라우저에 내장되어 있는 기능 중 하나다. 브라우저 환경을 그림과 같이 표현하면 다음과 같다.
구글의 V8 엔진을 비롯한 자바스크립트 엔진은 크게 2가지의 영역으로 나눌 수 있다.
- 콜스택 : 소스코드 (전역코드나 함수 코드등)의 평가과정에서 생성된 실행 컨텍스트가 추가되고 제거되는 스택 자료구조인 실행 컨텍스트 스택이 바로 콜스택이다.
- 힙 : 객체가 저장되는 메모리 공간이다. 콜스택의 요소인 실행 컨텍스트는 힙에 저장된 객체를 참조한다. 객체는 원시값과 달리 크기가 정해져 있지 않으므로 할당해야 할 메모리 크기를 런타임에 결정 (동적할당) 해야 한다. 따라서 객체가 저장되는 메모리 공간인 힙은 구조화 되어 있지 않다는 특징이 있다.
이처럼 콜스택과 힙으로 구성되어 있는 자바스크립트 엔진은 단순히 태스크가 요청되면 콜 스택을 통해 요청된 작업을 순차적으로 실행할 뿐이다. 비동기 처리에서 소스코드의 평가와 실행을 제외한 모든 처리는 브라우저 또는 Node.js가 담당한다.
예를 들어 비동기 방식으로 동작하는 setTimeout의 콜백 함수의 평가와 실행은 자바스크립트 엔진이 담당하지만 호출 스케줄링을 위한 타이머 설정과 콜백함수의 등록은 브라우저 또는 Node.js가 담당한다.
이벤트 루프
이벤트 루프는 콜 스택에 현재 실행중인 컨텍스트가 있는지 그리고 태스크 큐에 대기중인 함수 (콜백함수, 이벤트 핸들러)가 있는지 반복해서 확인한다. 만약 콜스택이 비어있고 태스크큐에 대기중인 함수가 있다면 이벤트 루프는 순차적(FIFO)으로 태스크 큐에 대기중인 함수를 콜스택으로 이동시킨다. 이 때 콜스택으로 이동한 함수는 실행된다. 즉, 태스크 큐에 일시 보관된 함수들은 비동기 처리 방식으로 동작한다.
콜백 큐, 태스크 큐, 이벤트 큐
setTimeout이나 setInterval과 같은 비동기 함수의 콜백 함수 또는 이벤트 핸들러가 일시적으로 보관되는 영역이다. 별도로 프로미스의 후속 처리 메서드의 콜백함수가 일시적으로 보관되는 마이크로 태스크 큐도 존재한다.
