모던 자바스크립트 : 비동기 프로그래밍

1. 동기처리와 비동기 처리

• 실행 컨텍스트 스택에 함수 실행컨텍스트가 푸시되는 것은 함수 실행의 시작 의미
• 자바스크립트 엔진은 단 하나의 실행 컨텍스트 스택을 가짐 => 도시에 2개 이상의 함수를 실행할 수 없다는 것

a. 싱글 스레드

• 싱글 스레드 : 자바스크립트 엔진은 한번에 하나의 태스크만 실행 가능함
• 자바스크립트는 싱글 스레드라서 처리에 시간이 걸리는 태스크를 실행하는 경우 블로킹(작업 중단) 발생

b. 동기 처리 방식

• 동기 처리 방식은 태스크를 순서대로 하나씩 처리하므로 실행 순서가 보장됨
• 앞선 태스크가 종료할 때까지 이후 태스크들이 블로킹되는 단점
• 예시
  • 일정 시간이 경과한 이후 콜백함수 foo를 호출하는 sleep함수가 있음
  • bar 함수는 sleep 함수의 실행이 종료된 이후에 호출되므로 일정 시간동안 블로킹됨

c. 비동기 처리 방식

• 비동기 처리 방식은 현재 실행중인 태스크가 종료되지 않은 상태라 해도 다음 태스크를 곧바로 실행해 블로킹이 발생하지 않음
• 태스크 실행 순서가 보장되지 않는 단점
• 비동기 함수인 setTimeout의 콜백 함수는 태스크 큐에 푸시되어 대기하다가 콜 스택이 비게 되면 콜스택에 푸시되어 실행
• 비동기 함수
  • 비동기 처리를 수행하는 비동기함수는 전통적으로 콜백 패턴 사용
  • 콜백패턴은 콜백 헬을 발생시켜 가독성을 나쁘게 하고 비동기 처리 중 발생한 에러의 예외처리가 어렵고 여러개의 비동기 처리를 한번에 처리하는데 한계가 있음
• 예시
  • 타이머 함수인 setTimeout, setInterval, HTTP 요청, 이벤트 핸들러는 비동기 처리 방식으로 동작
  • setTimeout을 사용하면 bar함수를 블로킹하지 않고 곧바로 실행함 
  • 비동기 처리 : 현재 실행 중인 태스크가 종료되지 않은 상태라 해도 다음 태스크를 곧바로 실행하는 방식

 

2. 이벤트 루프와 태스크 큐

• 비동기 처리는 이벤트 루프와 태스크 큐와 깊은 관계가 있음
• 자바스크립트 특징 중 하나는 싱글스레드라서 한번에 하나의 태스크만 처리 가능

a. 이벤트 루프

• 이벤트 루프 : 자바스크립트의 동시성 지원
• 이벤트 루프는 브라우저에 내장되어 있는 기능 중 하나

b. 구글의 V8 자바스크립트 엔진을 비롯한 대부분의 자바스크립트 엔진은 크개 2개의 영역

b-1. 콜스택

• 콜스택 : 소스코드 평가 과정에서 생성된 실행 컨텍스트가 추가되고 제거되는 스택 자료구조인 실행 컨텍스트 스택
• 함수 호출 시 함수 실행 컨텍스트가 순차적으로 콜 스택에 푸시되어 순차적으로 실행
• 자바스크립트 엔진은 단 하나의 콜 스택을 사용하기 때문에 최상위 실행 컨텍스트가 종료되어 콜 스택에서 제거되기 전까지 다른 어떤 태스크도 실행되지 않음

b-2. 힙

• 힙 : 객체가 저장되는 메모리 공간
• 콜스택의 요소인 실행 컨텍스트는 힙에 저장된 객체 참조
• 메모리에 값 저장하려면 먼저 값을 저장할 메모리 공간의 크기를 결정해야함
• 객체는 원시 값과는 달리 크기가 정해져있지 않으므로 할당해야할 메모리 공간의 크기를 런타임에 결정(동적 할당) 해야함
  • => 객체가 저장되는 메모리 공간인 힙은 구조화 되어있지 않음

c. 브라우저의 역할

• 자바스크립트 엔진은 단순히 태스크가 요청되면 콜스택을 통해 요청된 작업을 순차적으로 실행
• 비동기 처리에서 소스코드의 평가와 실행을 제외한 모든 처리는 자바스크립트 엔진을 구동하는 환경인 브라우저 또는 Node.js 담당
  • 비동기 방식으로 동작하는 setTimeout의 콜백함수의 평가와 실행은 자바스크립트 엔진이 담당하지만 호출 스케줄링을 위한 타이머 설정과 콜백 함수의 등록은 브라우저 또는 Node.js 담당
  • 이를 위해 브라우저 환경은 태스크 큐와 이벤트 루프 제공
• 자바스크립트는 싱글 스레드 방식으로 동작, 브라우저는 멀티 스레드로 동작
  • 브라우저는 자바스크립트 엔진 외에도 렌더링 엔진과 Web API 제공
    • Web API는 DOM API, 타이머 함수, HTTP 요청(Ajax)와 같은 비동기 처리 포함
    • setTimeout 함수의 타이머 설정과 타이머가 만료하면 콜백함수를 태스크 큐에 등록하는 처리는 자바스크립트 엔진이 아니라 브라우저가 실행함

c-1. 태스크 큐

• setTimeout이나 setInterval과 같은 비동기 함수의 콜백 함수 또는 이벤트 핸들러가 일시적으로 보관되는 영역
• 태스크 큐와는 별도로 프로미스의 후속 처리 메서드의 콜백함수가 일시적으로 보관되는 마이크로태스크 큐도 존재

c-2. 이벤트 루프

• 이벤트 루프 : 콜스택에 현재 실행죽인 실행 컨텍스트가 있는지, 태스크 큐에 대기중인 함수(콜백 함수, 이벤트 핸들러 등)가 있는지 반복해서 확인
• 만약 콜 스택이 비어있고 태스크 큐에 대기중인 함수가 있다면 이벤트 루프는 순차적으로 태스크 큐에 대리중인 함수를 콜 스택으로 이동
• 콜 스택으로 이동한 함수 실행
• 태스크 큐에 일시 보관된 함수들은 비동기 처리 방식으로 동작

d. 동작 과정

1. 전역 코드가 평가되어 전역 실행 컨텍스트 생성되고 콜 스택에 푸시
2. 전역 코드 실행되기 시작해 setTimeout 함수 호출
   1. setTimeout 함수의 함수 실행 컨텍스트가 생성되고 콜스택에 푸시되어 현재 실행중인 실행 컨텍스트가 됨
   2. 브라우저의 Web API(호스트 객체)인 타이머 함수도 함수이므로 함수 실행 컨텍스트 생성
3. setTimeout 함수가 실행되면 콜백 함수를 호출 스케줄링하고 종료되어 콜 스택에서 팝 됨
   1. 이때 호출 스케줄링, 즉 타이머 설정과 타이머가 만료되면 콜백 함수를 태스크 큐에 푸시하는 것은 브라우저의 역할
4. 브라우저가 수행하는 과정과 자바스크립트 엔진이 수행하는 과정은 병행 처리
   • 브라우저가 수행
     1. 브라우저는 타이머 설정하고 타이머의 만료 기다림
     2. 타이머가 만료되면 콜백 함수 foo가 태스크 큐에 푸시
     3. 지연시간이 4ms 이하인 경우 최소 지연시간 4ms가 지정
     4. 4ms 이후 콜백함수 foo가 태스크 큐에 푸시되어 대기하게 됨
     5. 이처럼 setTimeout 함수로 호출 스케줄링한 콜백 함수는 정확히 지연 시간 후에 호출된다는 보장은 없음
     6. 지연 시간 이후에 콜백 함수가 태스크 큐에 푸시되어 대기하게 되지만 콜 스택이 비어야 호출되므로 약간의 시간차 발생할 수 있어서
   • 자바스크립트 엔진이 수행
     1. bar 함수가 호출되어 bar 함수의 함수 실행 컨텍스트가 생성되고 콜 스택에 푸시되어 현재 실행 중인 실행 컨텍스트가 됨
     2. 이후 bar 함수가 종료되어 콜 스택에서 팝됨
     3. 이때 브라우저가 타이머를 설정한 후 4ms가 경과했다면 foo 함수는 아직 태스크 큐에서 대기중
5. 전역 코드 실행이 종료되고 전역 실행 컨텍스트가 콜 스택에서 팝됨
   1. 콜스택에는 아무런 실행 컨텍스트도 존재하지 않음
6. 이벤트 루프에 의해 콜 스택이 비어있음이 감지되고 태스트 큐에서 대기중인 콜백 함수 foo가 이벤트 루프에 의해 콜 스택에 푸시됨
   1. 콜백함수 foo의 함수 실행 컨텍스트가 생성되고 콜 스택에 푸시되어 현재 실행중인 실행 컨텍스트가 됨
   2. 이후 foo 함수가종료되어 콜 스택에서 팝됨

 

 

모던 자바스크립트 딥다이브 책을 정리한 내용입니다!!