42. 비동기 프로그래밍

42.1 동기 처리와 비동기 처리

1. 함수 실행 프로세스

1. 함수 호출 → 함수코드 평가 → 함수 실행 컨텍스트 생성
2. 함수 실행 컨텍스트가 콜 스택에 푸시되어 함수 코드가 실행된다.
3. 함수 코드 실행이 종료되면 콜 스택에서 팝 되어 제거된다.

  함수의 실행 순서는 이 콜 스택으로 관리하는데, 자바스크립트 엔진은 단 하나의 실행 컨텍스트 스택(콜 스택)을 갖는다.

 

2. 동기 처리로 인한 블로킹 현상 이처럼 자바스크립트 엔진은 한 번에 하나의 태스크만 실행할 수 있는 싱글 스레드(single thread) 방식으로 동작하기 때문에 처리에 시간이 걸리는 태스크를 실행하는 경우 블로킹(작업중단) 현상이 발생한다.

 

 

3. 비동기 처리 만약 타이머 함수인 setTimeout 을 이용하면 이후의 태스크를 블로킹하지 않고 곧바로 실행하는데, 이와 같이 현재 실행 중인 태스크가 종료되지 않은 상태에도 다음 태스크를 곧바로 실행하는 방식을 비동기 처리라 한다.

 

 

이처럼 타이머 함수인 setTimeout 과 setInterval, HTTP 요청, 이벤트 핸들러 는 비동기 처리 방식으로 동작한다.

 

42.2 이벤트 루프와 태스크 큐(비동기 처리하는 프로세스)

브라우저의 동작을 보면 태스크가 동시에 처리되는 것처럼 느껴지는데, 이처럼 자바스크립트의 동시성(concurrency) 을 지원하는 것이 이벤트 루프(event loop)이다. 이벤트 루프는 브라우저에 내장되어 있는 기능이다.

 

 

• 콜 스택: 실행 컨텍스트에서 살펴본 바와 같이 소스코드(전역 코드나 함수 코드 등) 평가 과정에서 생성된 실행 컨텍스트가 추가되고 제거되는 스택 자료구조인 실행 컨텍스트 스택이 바로 콜 스택이다. 함수를 호출하면 함수 실행 컨텍스트가 순차적으로 콜 스택에 푸시되어 순차적으로 실행된다. 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.
• 힙: 객체가 저장되는 메모리 공간으로 콜 스택의 요소인 실행 컨텍스트는 힙에 저장된 객체를 참조한다. 저장할 객체는 원시 값과 달리 크기가 정해져 있지 않기 때문에 할당해야 할 메모리 공간의 크기를 런타임에 동적으로 할당해야 한다. 즉, 메모리 공간인 힙은 구조화 되어 있지 않다.
• 태스크 큐: 비동기 함수의 콜백 함수 또는 이벤트 핸들러가 일시적으로 보관되는 영역
• 이벤트 루프: 콜 스택과 태스크 큐를 반복해서 확인하고, 콜 스택이 비어 있고 태스크 큐에 대기 중인 함수가 있으면 이 이벤트 루프가 순차적으로 태스크 큐에서 콜 스택으로 함수를 이동 시킨다. 즉, 태스크 큐의 함수들은 비동기 처리 방식으로 동작하는 것이다.

비동기 처리에서 소스코드의 평가와 실행을 제외한 모든 처리는 자바스크립트 엔진을 구동하는 환경인 브라우저 또는 Node.js 가 담당한다.

• 자바스크립트 엔진: 비동기로 동작하는 setTimeout 의 콜백 함수의 평가와 실행 담당
• 브라우저 || Node.js: 호출 스케쥴링을 위한 타이머 설정과 콜백 함수 태스크 큐에 등록 담당. 이를 위해 브라우저 환경이 태스크 큐와 이벤트 루프를 제공한다.

Here, You can test How Event loop works!!!

비동기처리 프로세스 예제

1. 전역 코드 평가 → 전역 실행 컨텍스트 생성 → 콜 스택 푸시
2. setTimeout 함수 실행 컨텍스트 생성 → 콜 스택 푸시
3. 브라우저가 setTimeout 함수의 콜백 함수를 호출 스케쥴링(타이머 설정) 하고, 이 setTimeout 함수는 콜 스택에서 팝 된다.
4. 병행 처리
   1. 브라우저: 타이머 만료시 콜백함수 foo 를 태스크 큐에 푸시한다.
   2. 자바스크립트 엔진: bar 함수 실행 컨텍스트 생성 → 콜스택 푸시 → 현재 실행 중인 실행 컨텍스트 → bar 함수 종료 → 콜스택에서 팝
5. 전역 코드 실행 종료 → 전역 실행 컨텍스트 팝
6. 이벤트 루프에 의해 콜스택 비어 있음이 감지 → 태스크 큐의 콜백함수 foo 가 콜스택에 푸시 되어 실행된다. → foo 팝

자바스크립트 엔진은 싱글 스레드로 동작하고, 브라우저는 멀티 스레드로 동작하기 때문에 비동기 처리가 가능하다.

즉, 브라우저와 자바 스크립트 엔진이 협력하여 비동기 함수를 실행하는 것이다.

 

-알라딘 eBook <모던 자바스크립트 Deep Dive> (이웅모 지음) 중에서