[모던자바스크립트-DeepDive] 9. 비동기 프로그래밍

JS 엔진은 단 하나의 실행 컨텍스트 스택을 갖는다.

또한 싱글 스레드 방식으로 동작하기에, 처리에 시간이 걸리는 작업을 수행하는 경우 블로킹 현상이 발생한다.

비동기 처리를 수행하는 비동기 함수는 전통적으로 콜백 패턴을 사용한다.

비동기 처리를 위한 콜백 패턴은 콜백 헬을 발생시켜 가독성을 저하시키고, 비동기 처리 중 발생한 예외가 곤란하며,

여러 비동기를 한 번에 처리하는 데 한계가 있다. 이런 것들에 대해선 프로미스에서 살펴보자.

1. 이벤트 루프와 태스크 큐

JS의 동시성을 지원하는 것이 이벤트 루프이다. 브라우저 내장 기능 중 하나이다.

구글 V8 엔진을 비롯한 대부분의 JS 엔진은 2개의 영역으로 구분 가능하다.

1. 콜 스택: 소스코드 평가 과정에서 생성된 실행 컨텍스트가 추가되고 제거되는 스택 자료구조인 실행 컨텍스트 스택.
2. 힙: 객체가 저장되는 메모리 공간.

비동기 처리에서 소스코드 평가, 실행을 제외한 모든 처리는 브라우저 혹은 Node.js가 담당한다.

이를 위해 태스크 큐와 이벤트 루프를 제공한다.

1. 태스크 큐: 비동기 함수의 콜백 함수 또는 이벤트 핸들러가 일시적으로 보관되는 영역.
2. 이벤트 루프: 콜 스택에 실행 중인 실행 컨텍스트가 있는지, 태스크 큐에 대기 함수가 있는지 반복 확인한다.
   만약 콜 스택이 비어 있고 태스크 큐에 대기 중인 함수가 있으면 FIFO로 콜 스택으로 이동시킨다.
   즉, 태스크 큐에 일시 보관된 함수들은 비동기 처리 방식으로 동작한다.

JS는 싱글 스레드 방식으로 동작한다.

이때 “브라우저가 싱글 스레드로 동작하는 것”이 아니라 브라우저에 내장된 JS 엔진이라는 것에 주의하자.

만일 모든 JS 코드가 싱글 스레드로 동작하면 JS는 비동기로 동작할 수 없다.

즉 JS 엔진은 싱글 스레드로 동작하지만 브라우저는 멀티 스레드로 동작한다.

2. 비동기 프로그래밍 작동 원리

function foo() {
	console.log('foo');
}
function bar() {
	console.log('bar');
}
setTimeout(foo, 0); // 0초(실제로 4ms) 후에 foo 호출
bar();

 

1. 전역 코드가 평가되어 전역 실행 컨텍스트가 생성되고 콜 스택에 푸시된다.
2. 전역 코드가 실행되기 시작해 setTimeout 함수가 호출된다. 이때 setTimeout 함수 실행 컨텍스트가 생성되고 콜 스택에 푸시되어 현재 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다.
3. setTimeout 함수가 실행되면 콜백 함수를 호출 스케줄링 후 종료되어 콜 스택에서 팝된다. 이때 타이머 설정과 타이머 만료 시 콜백 함수를 태스크 큐에 푸시하는 것은 브라우저다.
4. 브라우저가 수행하는 4-1과 JS 엔진이 수행하는 4-2는 병렬 실행된다.
   1. 브라우저는 타이머를 설정, 만료를 기다린다. 이후 타이머 만료시 콜백 함수 foo가 태스크 큐에 푸시된다.
      위 예제의 경우 지연 시간이 0초이지만 지연 시간이 4ms 이하인 경우 최소 지연 시간인 4ms가 지정된다.
      따라서 4ms 후 콜백 함수 foo가 태스크 큐에 푸시되어 대기한다.
      이렇게 setTimeout로 호출 스케줄링한 콜백 함수는 지연 시간 이후 태스크 큐에 푸시되어 대기하게 되지만 콜 스택이 비어야 호출되므로 약간의 시간차가 발생 가능하다.
   2. bar 함수가 호출되어 함수 실행 컨텍스트가 생성되고 콜 스택에 푸시되어 현재 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다.
      이후 bar가 종료되어 콜 스택에서 팝된다.
      이때 타이머 설정 후 4ms가 경과했다면 foo 함수는 아직 태스크 큐에서 대기 중이다.
5. 전역 코드 실행이 끝나고 전역 실행 컨텍스트가 콜 스택에서 팝된다. 콜 스택은 비어있다.
6. 이벤트 루프가 콜 스택이 비어있음을 감지하고 태스크 큐에서 대기하는 콜백 함수 foo를 콜 스택에 푸시한다.