모던 JS Deep dive #42 | 비동기 프로그래밍

동기&비동기 처리

📌 동기 처리

일정 시간이 경과한 이후에 콜백 함수를 호출하는 sleep함수를 구현해 보자.

function sleep(func, delay) {
  const delayUntil = Date.now() + delay;
  while (Date.now() < delayUntil);
  func();
}

sleep(() => console.log("hello"), 3 * 1000);
console.log("hello2");

위의 sleep함수는 3초 후에 “hello”를 출력한다. 이때 “hello2”는 sleep함수의 실행이 종료된 이후에 호출되므로 3초 이상 호출되지 못하고 블로킹된다.

위와같이 실행 중인 태스크가 종료할 때까지 다음에 실행될 태스크가 대기하는 방식을 동기 처리(synchronous)라고 한다.

📌 비동기 처리

위의 예제에서 setTimeout을 사용해보자.

setTimeout(() => console.log("hello"), 3 * 1000);
console.log("hello2");

setTimeout함수가 3초 후에 “hello”를 출력하기 이전에 “hello2”를 먼저 출력하는 것을 확인할 수 있다.

위와 같이 현재 실행 중인 태스크가 종료되지 않은 상태라 해도 다음 태스크를 곧바로 실행하는 방식을 비동기 처리(asynchronous)라고 한다.

동기 처리는 실행 순서가 보장되지만 앞선 태스크가 시간을 많이 잡아먹으면 우선순위가 높은 작업을 진행하지 못한다.

비동기 처리는 시간이 많이 걸리는 작업을 해당 방식으로 처리할 수 있다는 장점을 갖지만 실행 순서가 보장되지 않는다.

비동기 처리를 사용할 때 전통적으로 콜백 패턴을 사용하는데 이는 가독성을 나쁘게 하므로, 45장의 “프로미스”에서 자세히 살펴보도록 하자.

JS가 동작하는 구조

📌 JS 엔진의 구성요소

구글의 V8 자바스크립트 엔진을 포함해 대부분 JS 엔진은 크게 2개의 영역으로 분리할 수 있다.

• 콜 스택: 함수를 호출하면 함수 실행 컨텍스트가 순차적으로 콜 스택에 push되어 순차적으로 실행된다.

  JS 엔진은 단 하나의 Call Stack만 사용하기 때문에 최상위 실행 컨텍스트(실행 중인 실행 컨텍스트)가 종료되어 콜 스택에서 제거되기 전까지는 다른 어떤 태스크도 실행되지 않는다.

• 힙: 객체가 저장되는 메모리 공간으로, 실행 컨텍스트는 힙에 저장된 객체를 참조한다.

  객체는 원시 값과는 달리 크기가 정해져 있지 않기 때문에 런타임에 동적 할당해야하기 때문이다.

JS엔진은 단순히 태스크가 요청되면 콜 스택을 통해 요청된 작업을 싱글 스레드로 순차적으로 실행할 뿐이다.

📌 이벤트 루프 & 태스크 큐

JS엔진은 싱글 스레드로 동작한다고 하지만 브라우저가 동작하는 것을 보면 많은 태스크가 동시에 처리되는 것처럼 느껴진다.

예를들어, HTML 요소가 애니메이션 효과를 통해 움직이면서 이벤트를 처리하기도 하고, HTTP요청을 통해 서버로부터 데이터를 받으면서 렌더링하기도 한다. 이처럼 자바스크립트의 동시성을 지원하는 것이 이벤트 루프, 태스크 큐이다.

비동기 처리에서 소스코드 평가와 실행을 제외한 모든 처리는 JS엔진을 구동하는 환경인 브라우저 또는 Node.js가 담당한다. ex) setTimeout의 콜백 함수의 평가와 실행은 JS엔진 담당, 타이머 설정 or 콜백 함수의 등록은 구동 환경이 담당.

이를 위해 구동 환경에서는 태스크 큐와 이벤트 루프를 제공한다.

• 태스크 큐(이벤트 큐, 콜백 큐): setTimeout이나 setInterval과 같은 비동기 함수의 콜백 함수 또는 이벤트 핸들러가 일시적으로 보관되는 영역이다. 태스크 큐와는 별도로 마이크로태스크 큐도 존재하는데, 이에 대해서는 “프로미스”의 45.7절을 참고하자.
• 이벤트 루프: 콜 스택에 현재 실행 중인 실행 컨텍스트가 있는지, 그리고 태스크 큐에 대기중인 함수가 있는지 반복해서 확인한다. 콜 스택이 비어 있을 때에만 순차적으로 태스크 큐의 대기 중인 함수를 콜 스택으로 이동시킨다.

📌 브라우저는 멀티 스레드

자바스크립트는 싱글 스레드 방식으로 동작한다. 이때 싱글 스레드 방식으로 동작하는 것은 브라우저가 아닌 브라우저에 내장된 자바스크립트 엔진이라는 것에 주의해야한다.

즉, JS엔진은 싱글 스레드로 동작하지만 브라우저는 멀티 스레드로 동작한다.

브라우저는 JS엔진 외에도 렌더링 엔진과 Web API를 제공한다. Web API는 ECMAScript 사양에 정의된 함수가 아니라 브라우저에서만 제공하는 API이며, DOM API와 타이머 함수, HTTP 요청과 같은 비동기 처리를 포함한다.

아래를 예로 들어보자

const foo = () => console.log("First");
const bar = () => setTimeout(() => console.log("Second"), 500);
const baz = () => console.log("Third");

bar();
foo();
baz();

setTimeout 함수의 두 가지 기능인 타이머 설정과 타이머가 만료하면 콜백 함수를 태스크 큐에 등록하는 처리는 브라우저가 실행한다는 것이다.

참고자료

이웅모, 모던 자바스크립트 Deep Dive(위키북스, 2020), 제42장.