[모던 자바스크립트 Deep Dive] 42장. 비동기 프로그래밍

1. 동기 처리와 비동기 처리

- 함수의 실행 순서는 실행 컨텍스트 스택으로 관리.

- 자바스크립트 엔진은 단 하나의 실행 컨텍스트를 가지고, 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(blocking, 작업중단)이 발생한다.

function sleep(func, delay){
    const delayUntil = Date.now() + delay;

    while(Date.now() < delayUntil);

    func();
}

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

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

sleep(foo, 3*1000);
bar();

// 3초 경과 후,
// foo
// bar

이처럼 현재 실행 중인 태스크가 종료할 때까지 다음에 실행될 태스크가 대기하는 방식을 동기(synchronous) 처리라 한다.

 

위 예제를 setTimeout 함수를 이용하면

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

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

setTimeout(foo, 3*1000);
bar();

// bar
// 3초 경과 후, foo

이처럼 현재 실행 중인 태스크가 종료되지 않은 상태라 해도 다음 태스크를 바로 실행하는 방식을 비동기(asynchronous) 처리라 한다.

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

 

2. 이벤트 루프와 태스크 

- HTML 요소가 애니메이션 효과를 통해 움직이면서 이벤트를 처리하기도 하고, HTTP 요청을 통해 서버로부터 데이터를 가지고 오면서 렌더링하기도 한다. 이처럼 자바스크립트의 동시성을 지원하는 것이 이벤트 루프이다. 

- 대부분의 자바스크립트 엔진은 크게 2개의 영역으로 구분할 수 있다.

 

* 콜 스택(Call Stack) 

> 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 제거되지 전까지는 다른 어떤 태스크도 실행되지 않는다. 스택 자료구조인 실행 컨텍스트 스택이 콜 스택이라고 할 수 있다.

 

* 힙(Heap)

> 힙은 객체가 저장되는 메모리 공간이다. 콜 스택의 요소인 실행 컨텍스트는 힙에 저장된 객체를 참조한다.

메모리에 값을 저장하려면 먼저 값을 저정할 메모리 공간의 크기를 결정해야 한다. 객체는 원시 값과 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.

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- 비동기 처리에서 소스코드의 평가와 실행을 제외한 모든 처리는 자바스크립트 엔진을 구동하는 환경인 브라우저 또는 Node.js 가 담당한다. 이를 위해 브라우저 환경은 태스크 큐와 이벤트 루프를 제공한다.

 

* 태스크 큐(Task Queue / Event Queue / Callback Queue)

> setTimeout이나 setInterval과 같은 비동기 함수의 콜백 함수 또는 이벤트 핸들러가 일시적으로 보관되는 영역.

 

* 이벤트 루프(Event Loop)

> 이벤트 루프는 콜 스택에 현재 실행 중인 실행 컨텍스트가 있는지, 그리고 태스크 큐에 대기중인 함수가 있는지 반복해서 확인한다. 만약 콜 스택이 비어있고 태스크 큐에 대기 중인 함수가 있다면 이벤트 루프는 순차적(FIFO)으로 태스크 큐에 대기 중인 함수를 콜 스택으로 이동시킨다. 이때 콜 스택으로 이동한 함수는 실행된다. 즉, 태스크 큐에 일시 보관된 함수들은 비동기 처리 방식으로 동작한다.

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- 비동기 함수의 콜백 함수는 태스크 큐에 푸시되어 대기하다가 콜 스택이 비게 되면, 다시 말해 전역 코드 및 명시적으로 호출된 함수가 모두 종료하면 비로소 콜 스택에 푸시되어 실행된다.

- 자바스크립트는 싱글 스레드 방식으로 동작하지만 브라우저는 멀티 스레드로 동작한다.