[JavaScript] 비동기 프로그래밍

동기식 처리 모델과 비동기식 처리 모델

 

- 함수 호출 시 함수의 실행 컨텍스트 생성

- 해당 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에 푸시되고 함수 코드가 실행됨

- 함수 코드의 실행 종료 시 함수의 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 POP되어 제거

 

 

함수가 실행되려면 반드시 실행 컨텍스트 스택에 PUSH되어야 함

(즉, 실행 컨텍스트 스택에 PUSH되는 것은 함수의 실행을 의미)

 

함수가 호출된 순서대로 순차적으로 실행되는 이유는 함수가 호출된 순서대로 실행 컨텍스트 스택에 PUSH 되기 때문이다.

이처럼 함수의 실행순서는 실행 컨텍스트 스택으로 관리한다.

 

자바스크립트 엔진은 단 하나의 실행 컨텍스트 스택을 갖는다. 자바스크립트 엔진이 동작하는 브라우저 환경이나 Node.js 환경은 한번에 하나의 태스크만을 실행할 수 있는 싱글 스레드 방식로 동작한다. 싱글 스레드 방식은 한번에 하나의 태스크만을 실행할 수 있기 때문에 처리에 시간이 걸리는 태스크를 실행하는 경우 블로킹이 발생한다.

 

실행중인 태스트가 종료할 때까지 다음 실행될 태스크가 대기하는 방식을 동기식 처리 모델(Symchronous processing model)이라고 한다. 동기식 처리 모델은 태스크를 순차적으로 하나씩 처리하는 방식이다. 실행 순서가 직관적이라는 장점이 있지만 앞선 태스크가 종료할 때까지 이후 태스크들이 블로킹되는 단점이 있다.

 

현재 실행중인 태스크가 종료되지 않은 상태라 하더라도 다음 태스크를 곧바로 실행하는 방식을 비동기식 처리 모델(Asynchronous processing model)이라고 한다. 자바스크립트의 타이머 함수(setTimeout, setInterval)과 HTTP 요청은 비동기식 처리 모델로 동작한다. 이러한 처리 모델은 자바스크립트에게 동시성을 부여하여 싱글 스레드의 단점을 보완한다. 하지만 비동기식 처리 모델로 동작하는 코드는 순차적으로 실행되지 않아 가독성이 좋지 않고 콜백 헬을 유발시키하며 에러 처리가 곤란하다는 단점이 있다. 

 

 

이벤트 루프와 동시성

 

위 글에서 알았듯 자바스크립트는 싱글 스레드로 동작한다. 하지만 브라우저가 동작하는 것을 살펴보면 많은 태스크가 동시에 처리되는 것처럼 느껴진다.

 

이처럼 자바스크립트의 동시성을 지원하는 것이 바로 이벤트 루프이다. 브라우저 환경을 그림으로 표현하면 아래와 같다.

 

이벤트 루프와 브라우저 환경 (출처: poiemaweb)

 

- 콜 스택(Call stack, 실행 컨텍스트 스택)

소스 코드의 평가에 의해 생성된 실행 컨텍스트가 추가되고 제거되는 스택 자료 구조인 실행 컨텍스트 스택이 바로 콜 스택이다. 함수를 호출하면 함수 실행 컨텍스트가 순차적으로 콜 스택에 쌓이게 되고 순차적으로 실행된다. 자바스크립트 엔진은 단 하나의 콜 스택을 사용하기 때문에 해당 실행 컨텍스트가 종료되어 콜 스택에서 제거되기 전까지는 다른 어떤 태스크도 수행되지 않는다.

 

- 힙(Heap)

객체가 할당되는 구조화되지 않은 넓은 메모리 영역이다.

 

자바스크립트 엔진은 단순히 작업이 요청되면 콜 스택을 통해 요청된 작업을 순차적으로 실행한다.

앞에서 언급한 동시성을 지원하기 위해 필요한 비동기처리는 자바스크립트 엔진을 구동하는 환경인 브라우저 또는 Node.js가 담당한다. 이를 위해 브라우저 환경은 태스크 큐와 이벤트 루프를 제공한다.

 

- 태스크 큐 (Task queue / Event queue / Callback queue)

타이머 함수와 같은 비동기 처리 함수의 콜백 함수 또는 이벤트 핸들러가 일시적으로 보관되는 영역이다. 태스크 큐에서 대기 중인 함수는 콜 스택이 비어졌을 때 이벤트 루프에 의해 순차적으로 콜 스택으로 이동되어 실행된다. 즉, 태스크 큐에 일시 보관된 함수들은 비동기 처리 모델로 동작한다.

 

- 이벤트 루프 (Event Loop)

콜 스택에 현재 실행중인 실행 컨텍스트가 있는지 그리고 태스크 큐에 대기 중인 함수가 있는지 반복하여 확인한다. 만약 콜 스 택이 빙있다면 태스크 큐에 대기 중인 함수를 순차적으로 콜 스택으로 이동시킨다.