[JS] 비동기 프로그래밍 - 동기 처리와 비동기 처리, 이벤트 루프와 테스크 큐

🎶 자바스크립트의 비동기 프로그래밍 개념에 대해 살펴보고 이벤트 루프, 테스크 큐에 대해 알아보자.

1. 동기 처리와 비동기 처리

일반적으로 함수를 호출하면 함수 코드가 평가되어 함수 실행 컨텍스트가 생성된다. 이때 생성된 함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택(콜 스텍)에 푸시되고, 함수 코드가 실행된다. 함수 코드의 실행이 종료되면 함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 pop돼 제거된다.

자바스크립트 엔진은 단 하나의 실행 컨텍스트 스택을 갖는다. 즉, 함수를 실행할 수 있는 창구가 단 하나이며, 동시에 2개 이상의 함수를 동시에 실행할 수 없다는 것이다.

자바스크립트 엔진은 이처럼 한 번에 하나의 태스크만 실행할 수 있는 싱글 스레드 방식으로 동작한다. 때문에 처리에 시간이 걸리는 태스크를 실행하는 경우 블로킹이 발생한다.

function sleep(func, delay){
    const delayU = Date.now() + delay;
    // delayU 시간동안 func 실행 x
    while(Date.now() < delayU);
    func();
}

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

function foo2(){
    console.log('foo2');
}

// sleep 함수는 3초 이상 실행된다.
sleep(foo, 3*1000);

// 3초 이상 블로킹됨
foo2();

위 에제에서 sleep 함수는 3초 후에 foo 함수를 호출하므로, foo2 함수는 sleep 함수의 실행이 종료된 이후에 호출된다. 즉, 3초 이상 호출되지 못하고 블로킹된다.

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

function foo2(){
    console.log('foo2');
}

setTimeout(foo, 3*1000);
// 위 함수에 의해 블로킹 될 것 같지만, 곧바로 foo2 함수가 실행된다
foo2();

단, 타이머 함수인 setTimeout과 setInterval, HTTP요청, 이벤트 핸들러는 비동기 처리 방식으로 동작한다. 이에 대해 자세히 알아보자.

 

2. 이벤트 루프와 테스크 큐

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

자바스크립트 엔진은 크게 콜 스택 부분과 힙 스택으로 나눌 수 있는데, 그 구조는 다음과 같다.

• 콜 스택

소스코드 평가 과정에서 생성된 실행 컨텍스트가 추가되고 제거되는 스택구조인 실행 컨텍스트 스택이다. 자바스크립트 엔진은 단 하나의 콜 스택을 사용하기 때문에 최상위 실행 컨텍스트 이하 현재 실행중인 실행 컨텍스트가 종료되어 콜 스택에서 제거되기 전까지는 다른 어떤 태스크도 실행되지 않는다.

• 힙

힙은 객체가 저장되는 메모리 공간으로, 콜 스택의 요소인 실행 컨텍스트는 힙에 저장된 객체를 참조한다. 객체는 원시 값과는 달리 크기가 정해져 있지 않으므로 할당해야 할 메모리 공간의 크기를 런타임에 결정해야 한다. 따라서 객체가 저장되는 메모리 공간인 힙은 구조화 되어 있지 않다.

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

• 태스크 큐

SetTimeout이나 setInterval과 같은 비동기 함수의 콜백 함수 또는 이벤트 핸들러가 일시적으로 보관되는 영역

• 이벤트 루프

콜 스택에 현재 실행 중인 실행 컨텍스트가 있는지, 그리고 태스크 큐에 대기 중인 함수가 있는지 반복해서 확인한다. 만약 콜 스택이 비어 있고 태스크 큐에 대기 중인 함수가 있다면 이벤트 루프는 순차적으로(FIFO) 태스크 큐에 대기 중인 함수를 콜 스택으로 이동시킨다.

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

function foo2(){
    console.log('foo2');
}

setTimeout(foo, 3*1000);
foo2();

앞에서 봤던 예제를 참고하자면, 비동기 함수인 setTimeout의 콜백 함수는 태스크 큐에 푸시되어 대기하다가 콜 스택이 비게 되면, 즉 전역 코드 및 명시적으로 호출된 함수가 모두 종료하면 비로소 콜 스택에 푸시되어 실행된다.

⚔️ 정리하자면, 자바스크립트 엔진은 싱글 스레드 방식으로 동작한다. 단, 이 방식은 브라우저가 아니라 브라우저에 내장된 자바스크립트 엔진이라는 것에 유의하자. 즉, 자바스크립트 엔진은 싱글 스레드로 동작하지만, 브라우저는 멀티 스레드로 동작한다.