[Deep Dive] 42장 - 비동기 프로그래밍

1. 동기 처리와 비동기 처리

실행 컨택스트 스택에 함수 실행 컨텍스트가 푸시되는 것은
바로 함수 실행의 시작을 의미한다.

함수의 실행 순서는 실행 컨텍스트 스택으로 관리한다.

 

JS 엔진은 단 하나의 실행 컨텍스트 스택을 갖는다.

함수를 실행할 수 있는 창구가 단 하나이며,

동시에 2개 이상의 함수를 동시에 실행할 수 없다는 것을 의미한다.

 

JS 엔진은 싱글 스레드 방식으로 동작한다.

한번에 하나의 태스크만 실행할 수 있기 때문에

처리에 시간이 걸리는 태스크를 실행하는 경우 블로킹(작업 중단)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 경과후) foo 호출) -> bar 호출

bar 함수는 sleep 함수의 실행이 종료된 이후에 호출되므로

3초 이상(foo 함수의 실행 시간 + 3초) 호출되지 못하고 블로킹된다.

 

이처럼

현재 실행 중인 태스크가 종료할 때까지

다음에 실행될 태스크가 대기하는 방식을 동기 처리라고 한다.

장점: 실행 순서의 보장

단점: 앞선 태스크가 종료할 때까지 이후 태스크들이 블로킹된다.

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

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

setTimeout(foo, 3 * 1000);
bar();
// bar 호출 -> (3초 경과 후) foo 호출

 

setTimeout 함수는 앞서 살펴본 sleep 함수와 유사하게 일정 시간이 경과한 이후에 콜백 함수를 호출하지만

setTimeout 함수 이후의 태스크를 블로킹하지 않고 곧바로 실행한다.

이처럼

현재 실행 중인 태스크가 종료되지 않은 상태라 해도

다음 태스크를 곧바로 실행하는 방식을 비동기 처리라고 한다.

 

비동기 처리를 수행하는 비동기 함수는 전통적으로 콜백 패턴을 사용한다.

비동기 처리를 위한 콜백 패턴은

콜백 헬을 발생시켜 가독성을 나쁘게하고

비동기 처리 중 발생한 에러의 예외 처리가 곤란하며,

여러 개의 비동기 처리를 한 번에 처리하는 데도 한계가 있다.

이에 대해서는 45장 프로미스에서 살펴보기로..

 

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

비동기 처리는 이벤트 루프와 태스크 큐와 깊은 관계가 있다.

 

2. 이벤트 루프와 태스크 큐

싱글 스레드 방식은 한 번에 하나의 태스크만 처리할 수 있다는 것을 의미한다.

하지만 브라우저가 동작하는 것을 살펴보면 많은 태스크가 동시에 처리되는 것처럼 느껴진다.

 

JS의 동시성을 지원하는 것이 바로 이벤트 루프다.

 

구글의 V8 JS 엔진을 비롯한 대부분의 JS 엔진은 크게 2개의 영역으로 구분할 수 있다.

• 콜 스택
  • 소스코드 평가 과정에서 생성된 실행 컨텍스트가
    추가되고 제거되는 스택 자료구조인 실행 컨텍스트 스택이 바로 콜 스택이다.
  • 함수를 호출하면 함수 실행 컨텍스트가 순차적으로 콜 스택에 푸시되어 순차적으로 실행된다.
    JS 엔진은 단 하나의 콜 스택을 사용하기 때문에 최상위 실행 컨텍스트(실행 중인 실행 컨텍스트)가 종료되어
    콜 스택에서 제거되기 전까지는 다른 어떤 태스크도 실행되지 않는다.
• 힙
  • 객체가 저장되는 메모리 공간,콜 스택의 요소인 실행 컨텍스트는 힙에 저장된 객체를 참조한다.
  • 메모리에 값을 저장하려면 먼저 값을 저장할 메모리 공간의 크기를 결정해야 한다.
    객체는 원시 값과는 달리 크기가 정해져 있지 않아 할당해야 할 메모리 공간의 크기를 런타임에 결정(동적 할당)해야 한다.
    따라서 객체가 저장되는 메모리 공간인 힙은 구조화 되어 있지 않다는 특징이 있다.

 

이처럼

콜 스택과 힙으로 구성되어 있는 JS 엔진은 단순히 태스크가 요청되면

콜 스택을 통해 요청된 작업을 순차적으로 실행할 뿐이다.

 

비동기 처리에서 소스코드의 평가와 실행을 제외한

모든 처리는 JS 엔진을 구동하는 환경인 브라우저 또는 Node.js가 담당한다.

 

비동기 방식으로 동작하는 setTimeout의 콜백 함수의 평가와 실행은JS 엔진이 담당하지만

호출 스케줄링을 위한 타이머 설정과 콜백 함수의 등록은 브라우저 또는 Node.js가 담당한다.

이를 위해

브라우저 환경은 태스크 큐와 이벤트 루프를 제공한다.

 

• 태스크 큐
  • setTimeout이나 setInterval과 같은 비동기 함수의 콜백 함수 또는 이벤트 핸들러가 일시적으로 보관되는 영역
    태스크 큐와는 별도로
    프로미스의 후속 처리 메서드의 콜백 함수가 일시적으로 보관되는 마이크로 태스크 큐도 존재한다.
• 이벤트 루프
  • 콜 스택에 현재 실행 중인 실행 컨텍스트가 있는지,
    태스크 큐에 대기 중인 함수(콜백 함수,이벤트 핸들러 등)가 있는지 확인한다.
    만약 콜 스택이 비어 있고 태스크 큐에 대기중인 함수가 있다면 이벤트 루프는 순차적으로
    태스크 큐에 대기 중인 함수를 콜 스택으로 이동시킨다.
  • 즉, 태스크 큐에 임시 보관된 함수들은 비동기 처리 방식으로 동작한다.

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

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

setTimeout(foo, 0); // 0초(실제는 4ms) 후에 foo 함수가 호출된다.
bar();

비동기 함수인 setTImeout의 콜백 함수는 태스크 큐에 푸시되어 대기하다가

콜 스택이 비게 되면,

전역 코드 및 명시적으로 호출된 함수가 모두 종료하면 비로소 콜 스택에 푸시되어 실행된다.

 

JS는 싱글 스레드 방식

이때 싱글 스레드 방식으로 동작하는 것은 브라우저가 아니라

브라우저에 내장된 JS엔진이라는 것에 주의해야 한다.

만약 모든 JS 코드가 JS 엔진에서 싱글 스레드 방식으로 동작한다면

JS는 비동기로 동작할 수 없다.

즉, JS 엔진은 싱글 스레드로 동작하지만 브라우저는 멀티 스레드로 동작한다.

 

setTimeout 함수의 두 가지 기능인 타이머 설정과 타이머가 만료하면

콜백 함수를 태스크 큐에 등록하는 처리는 JS 엔진이 아니라 브라우저가 실행한다.

브라우저가 수행하는 것과 JS 엔진이 수행하는 것은 병행 처리된다.

이처럼 브라우저와 JS 엔진이 협력하여 비동기 함수인 setTImeout 함수를 실행한다.