[딥 다이브 스터디] 42장 비동기 프로그래밍

*우테코 딥 다이브 스터디 준비 중 작성한 정리본으로 필자의 잘못 이해한 부분이나 부족한 부분이 있을 수 있습니다. 

 

동기 처리와 비동기 처리

 

일반적인 함수 호출

⇒ 함수 호출 → 함수 코드 평가 → 함수 실행 컨텍스트 생성 → 실행 컨텍스트 스택 (콜 스택) 에 푸시 → 함수 코드 실행 → 종료 시 콜 스택에서 팝 돼서 제거됨

 

함수가 실행되려면 함수 코드 평가에서 생성된 함수 실행 컨텍스트가 실행 컨텐스트 스택에 푸시

→ 함수의 실행 순서는 실행 컨텍스트 스택으로 관리함

 

 

 

자바스크립트 엔진은 단 하나의 실행 컨텍스트 스택을 갖는다. (싱글 스레드 방식)

: 동시에 2개 이상의 함수를 실행할 수 없다는 것을 의미함. == 한 번에 하나의 태스크만 실행할 수 있음

 

그래서 작업이 오래 걸리는 태스크를 실행하게 되면 블로킹(작업 중단)이 발생함

하나가 끝날 때까지 그다음 함수를 실행할 수 없음.

→ 이와 같이 현재 실행 중인 태스크가 종료할 때까지 다음 실행될 태스크가 대기하는 방식을 동기 처리라고 한다.

 

 

동기 처리

장점 : 태스크가 순서대로 하나씩 처리되어서 실행 순서가 보장됨

단점: 앞선 태스크가 종료될 때까지 이후 태스크들은 블로킹됨

비동기 처리

: 현재 실행 중인 태스크가 종료되지 않은 상태라고 해도 다음 태스크를 곧바로 실행하는 방식

: 장단점이 동기 처리와 반대

종류 : setTimeout, setInterval, Http 요청, 이벤트 핸들러 (이벤트 루프와 태스크 큐와 깊은 관계)

 

 

비동기 함수는 전통적으로 콜백 패턴을 사용한다. 그런데 이 패턴은 콜백 헬을 발생시켜서 가독성이 나쁘고, 예외 처리가 곤란하며, 여러 개의 비동기 처리를 하는데 한계가 있다.

 

 

 

 

이벤트 루프와 태스크 큐

자바스크립트의 특징은 싱글 스레드로 동작하는 것이다. 그런데 브라우저가 동작하는 것을 살펴보면 동시에 처리되는 것처럼 느껴진다.

예시) HTML 요소가 애니메이션 효과를 통해 움직이면서, 이벤트를 처리하기도 함. HTTP 요청을 통해 서버로부터 데이터를 가져오면서 랜더링도 함.

 

→ 이처럼 자바스크립트의 동시성을 지원하는 것이 바로 이벤트 루프이다.

 

 

 

 

이벤트 루프는 브라우저에 내장되어 있는 기능 중 하나이다.

• 콜 스택: 함수를 호출하면 실행 컨텍스트가 순차적으로 콜 스택에 푸시되어 순차적으로 실행된다. 자바스크릷트는 단 하나의 콜 스택을 사용하기 때문에 최상위 실행 컨텍스트 (실행 중인 실행 컨텍스트) 가 종료되어 콜스택에 제거되기 전까지 다른 어떤 태스크도 실행되지 않는다.
• 힙 : 힙은 객체가 저장되는 메모리 공간이다. 콜 스택의 요소인 실행 컨텍스트는 힘에 저장된 객체를 참조한다. 메모리에 값을 저장하려면 먼저 값을 저장할 메모리 공간의 크기를 결정해야 한다. 객체는 원시 값과는 달리 크기가 정해져 있지 않으므로 할당해야 할 메모리 공간의 크기를 런타임에 결정(동적 할당)해야 한다. 따라서 객체가 저장되는 메모리 공간인 힙은 구조화되어 있지 않다는 특징이 있다.

 

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

e.g.) 비동기 방식으로 동작하는 setTimeout 의 콜백 함수의 평가와 실행은 자바스크립트 엔진이 담당하지만 호출 스케줄링을 위한 타이머 설정과 콜백 함수 등록은 브라우저 또는 Node.js 가 담당한다.

→ 이를 위해 브라우저 환경은 태스크 큐와 이벤트 루프를 제공한다.

 

브라우저는 자바스크립트 엔진 외에도 랜더링 엔진, web api 를 제공한다. web api에는 dom api, 타이머 함수, http 요청 (ajax) 를 포함한다.

 

• 태스크 큐 :  setTimeout 이나 setInterval 과 같은 비동기 함수의 콜백함수 또는 이벤트 핸들러가 일시적으로 보관되는 영역 태스크 큐와 별도로 프로미스의 후속 처리 메서드의 콜백 함수가 일시적으로 보관되는 마이크로태스크 큐도 존재한다.
  
  
• 이벤트 루프 :  콜 스택에 현재 실행 중인 실행 컨텍스트가 있는지, 그리고 태스크 큐에 대기 중인 함수 (콜백 함수, 이벤트 핸들러) 가 있는지 반복해서 확인한다.
  만약 콜스택이 비어있고 태스크 큐에 대기 중인 함수가 있다면 이벤트 루프는 순차적으로 태스크 큐에 대기 중인 함수를 콜 스택으로 이동시킨다. 이때 콜스택으로 이동한 함수는 실행된다. → 즉 태스크 큐에 일시 보관된 함수들은 비동기 처리 방식으로 동작한다.

 

 

예제와 함께 이해하기

function foo() {
	console.log('foo');
}

function bar() {
	console.log('bar');
}

setTimeout(foo, 0); // 0초 (실제로는 4ms) 후에 호출됨 
bar();

 

실행 과정

1. 전역 코드가 평가되어 전역 실행 컨텍스트가 생성, 콜 스택에 푸시됨
2. 전역 코드가 실행되기 시작, setTimeout 함수가 호출됨
   1. 이때 setTimeout 함수 실행 컨텍스트가 생성되고 콜 스택에 푸시되어 현재 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다.
   2. 브라우저의 Web API (호스트 객체) 인 타이머 함수도 함수이므로 함수 실행 컨텍스트가 생성한다.
3. setTimeout 함수가 실행되면 콜백 함수를 호출 스케줄링 하고 종료되어 콜 스택에서 팝 된다.
   1. 호출 스케줄링(= 타이머 설정) 과 타이머가 만료되면 콜백 함수를 태스크 큐에 푸시하는 것은 브라우저의 역할이다.
4. 브라우저가 수행하는 4-1 와 자바스크립트 엔진이 수행하는 4-2는 병행 처리된다.
   1. 브라우저는 타이머를 설정하고 타이머 만료를 기다린다.
      1. 이후 타이머가 만료되면 콜백 함수인 foo 를 태스크 큐에 푸시한다.
      2. 위 예제와 같이 지연시간이 0인 4ms 이하인 경우들은 최소 지연 시간인 4ms이 지정된다. 그래서, 4ms 후에 콜백 함수 foo 가 태스크 큐에 푸시되어 대기한다.
      → 이 모든 과정은 브라우저가 수행함
      *이렇게 setTimeout 함수로 호출한 것이 정확히 지연 시간 후에 호출된다는 보장이 없다. 지연 시간 이후에 콜백 함수가 태스크 큐로 푸시되어 대기되지만 콜 스택이 비어야 호출되어서 약간의 시간차가 날 수 있다.
      
      
   2. 자바스크립트 엔진에서는 bar 함수가 호출되어 함수 실행 컨텍스트가 생성되고 콜 스택에 푸시되어 현재 실행 중인 실행 컨텐스트가 된다.
      1. 이후 함수가 종료되면 콜스택에서 팝된다.
      2. 이때 브라우저가 설정한 타이머가 경과되었다면 foo 는 태스크 큐에 대기 중
5. 전역 코드 실행이 종료되고 전역 실행 컨텍스트가 콜 스택에서 팝된다. 이로서 콜 스택에는 아무것도 존재하지 않는다.
6. 이벤트 루프에 의해 콜 스택이 비어 있음이 감지되고 태스크 큐에 대기 중인 foo 가 이벤트 루프에 의해 콜 스택으로 이동된다.
   1. 즉, foo 는 이후 함수 실행 컨텐스트를 생성하고 콜 스택에 푸시되어 실행 중인 실행 컨텍스트가 되고 이후 종료되면 팝된다.

 

 

이렇게 자바스크립트는 싱글 스레드 방식으로 동작한다.

 

하지만 ! 싱글 스레드로 동작하는 건 브라우저가 아니라 !브라우저에 내장된 자바스크립트 엔진! 이다

만약 모든 자바 스크립트 코드가 자바스크립트 엔진에서 싱글 스레드로 동작하면 자바 스크립트는 비동기로 동작할 수 없다.

 

 

즉 ! 자바스크립트 엔진 == 싱글 스레드로 동작 , 브라우저 == 멀티 스레드로 동작