비동기 프로그래밍

모던 자바스크립트 Deep Dive을 요약한 내용입니다.

42.1 동기 처리와 비동기 처리

• 함수를 호출하면 함수 코드가 평가되어 함수 실행 컨텍스트가 생성된다.
• 생성된 함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에 푸시되고 함수 코드가 실행된다.
• 함수 코드의 실행이 종료하면 함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 팝되어 제거 된다.

• 자바크립트 엔진은 단 하나의 실행 컨텍스트 스택을 갖는다.
  • 동시 2개 이상의 함수를 동시에 실행할 수 없다는 것을 의미
  • “실행중인 실행 컨텍스트”를 제외한 모든 실행 컨텍스트는 모두 실행 대기 중인 태스크들이다.
• 자바스크립트 엔진은 한번에 하나의 태스크만 실행할 수 있는 싱글 스레드 방식으로 동작한다.
  • 싱글 스레드 방식은 한번에 하나의 태스크만 실행할 수 있기 때문에 처리시간이 걸리는 태스크를 실행하는 경우 블로킹이 발생한다.
• 일정 시간이 경과 한 이후에 콜백 함수를 호출하는 sleep함수
  • sleep 함수는 3초 후에 foo 함수를 호출
  • bar 함수는 sleep 함수의 실행이 종료된 이후에 호출됨

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()

• 현재 실행 중인 태스크가 종료할 때까지 다음에 실행될 캐스크가 대기하는 방식을 동기처리라고 한다.
• 동기 처리 방식은 태스크를 순서대로 하나씩 처리하므로 실행 순서가 보장된다는 장점이 있지만 앞선 태스크가 종료할 때까지 이후 태스크들이 블로킹 되는 단점이 있다.
• sleep 함수 예제를 setTimeout을 사용
• function foo() { console.log('foo') } function bar () { console.log('bar') } setTimeout(foo, 3 * 1000) bar()
• 현재 실행 중인 태스크가 종료되지 않은 상태라도 다음 태스크를 곧바로 실행하는 방식을 비동기처리라고 한다.
• 비동기 처리 방식은 현재 실행 중인 태스크가 종료되지 않은 상태라 해도 다음 태스크를 곧바로 실행하므로 블로킹이 발생하지 않는 장점이 있지만 태스크의 실행 순서가 보장되지 않는 단점이 있다.
• 비동기 처리를 수행하는 비동기 함수는 전동적으로 콜백 패턴을 사용한다.
  • 비동기 처리를 위한 콜백 패턴은 콜백 헬을 발생시켜 기독성을 나쁘게 하고, 비동기 처리 중 발생한 에러의 예외처리가 곤란하며, 여러개의 비동기 처리를 한번에 처리하는데도 한계가 있다.
• 타이머 함수인 setTimout과 setInterval, HTTP요청, 이벤트 핸들러는 비동기 처리 방식으로 동작한다.

42.2 이벤트 루프와 태스크 큐

• 브라우저가 동작하는 것을 살펴보면 많은 태스크가 동시체 처리되는 것처럼 느껴진다.
  • HTML 요소가 애니메이션 효과를 통해 움직이면서 이벤트를 처리, HTTP 요청을 통해 서버로부터 데이터를 가지고 오면서 렌더링하기도 한다.
• 자바스크립트의 동시성을 지원하는 것이 바로 이벤트 루프다
• 이벤트 루프는 브라우저에 내장되어 있는 기능중 하나다.
  • 구글의 V8 자바스크립트 엔진을 비롯한 대부분의 자바스크립트 엔진은 크게 2개의 영역으로 구분할 수 있다.
  
• 콜스택
  • 소스코드 평가 과정에서 생성된 실행 컨텍스트가 추가되고 제거되는 스택 자로구조인 실행 컨텍스트 스택
  • 함수를 호출하면서 함수 실행 컨텍스트가 순차적으로 콜 스택에 푸시되어 순차적으로 실행된다.
  • 자바스크립트 엔진은 단 하나의 콜 스택을 사용하기 때문에 최상위 실행 컨텍스트가 종료되어 콜스택에서 제거되기 전까지는 다른 어떤 태스크도 실행되지 않는다.
• 힙
  • 객체가 저장되는 메모리 공간이다.
  • 콜 스택의 요소인 실행 컨텍스트는 힘에 저장된 객체를 참조한다.
  • 메모리에 값을 저장하려면 먼저 값을 저장할 메모리 공간의 크기를 결정해야한다.
    • 객체는 원시 값과는 달리 크기가 정해져 있지 않으므로 할당해야 할 메모리 공간의 크기를 런타임에 결정 해야한다.
    • 객체가 저장되는 메모리 공간인 힙은 구조화 되어 있지 않다는 특징이 있다.
  • 비동기 처리에서 소스코드의 평가와 실행을 제외한 모든 처리는 자바스크립트 엔진을 구동하는 환경인 브라우저 또는 Node.js가 담당한다.
  • 비동기 방식으로 동작하는 setTimeout의 콜백 함수의 평가와 실행은 자바스크립트 엔진이 담당하지만 호출 스케줄링을 위한 타이머 설정과 콜백 함수의 등록은 브라우저 또는 Node.js가 담당한다.
  • 브라우저 환경은 태스크 큐와 이벤트 루프를 제공한다.
• 태스크 큐
  • setTimeout이나 setInterval과 같은 비동기 함수의 콜백 함수 또는 이벤트 핸들러가 일시적으로 보관되는 영역이다.
  • 태스크 큐와는 별도로 프로미스의 후속 처리 메서드의 콜백 함수가 일시적으로 보관되는 마이크로태스크 큐도 존재한다.
• 이벤트 루프
  • 이벤트 루프는 콜 스택에 현재 실행 중인 실행 컨텍스트가 있는지, 그리고 태스크 큐에 대기 중인 함수가 있는지 반복해서 확인한다.
  • 콜 스택이 비어 있고 태스크 큐에 대기 중인 함수가 있다면 이벤트 루프는 순차적으로 태스크 큐에 대기중인 함수를 콜 스택으로 이동시킨다.
  • 콜 스택으로 이동한 함수는 실행된다.
• 브라우저 환경에서 foo 함수와 bar 함수중 먼저 실행될 함수는?
  1. 전역 코드가 평가되어 전역 실행 컨텍스트가 생성되고 콜 스택에 푸시된다.
  2. 전역 코드가 실행되기 시작하여 setTimeout 함수가 호출된다.
     1. setTimeout 함수의 함수 실행 컨텍스트가 생성되고 콜 스택에 푸쉬되어 현재 실행중인 실행 컨텍스트가 된다.
  3. setTimeout 함수가 실행되면 콜백 함수를 호출 스캐줄링하고 종료되어 콘스택에서 팝된다.
     1. 타이머 설정과 타이머가 만료되면 콜백 함수를 태스크 큐에 푸시하는 것은 브라우저의 역활이다.
  4. 브라우저가 수행하는 4-1과 자바스크립트 엔진이 수행하는 4-2는 평행 처리된다.타이머가 만료되면 콜백 함수 foo가 태스크 큐에 푸시된다.4ms 이후에 콜백 함수 foo가 태스크 큐에 푸시되어 대기하게 된다.setTimeout 함수로 호출 스케줄링한 콜백 함수는 정확히 지연 시간 후에 호출된다는 보장은 없다.4-2. bar 함수가 호출되어 bar 함수의 함수 실행 컨텍스트가 생성되고 콜 스택에 푸시되어 현재 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다.브라우저가 타이머를 설정한 후 4ms가 경과했다면 foo 함수는 아직 태스크 큐에서 대기 중이다.
  5. bar 함수가 종료되어 콜 스택에서 팝된다.
  6. 지연 시간 이후에 콜백 함수가 태스크 큐에 푸시되어 대기하게 되지만 콜 스택이 비어야 호출되므로 약간의 시간차가 발생할 수 있기 때문
  7. 이 처리는 자바스크립트 엔진이 아닌 브라우저가 수행한다.
  8. 지연시간이 4ms이하인 경우 최소 지연시간 4ms가 지정된다.
  9. 4-1. 브라우저는 타이머를 설정하고 타이머의 만료를 기다린다.
  10. 전역 코드 실행이 종료되고 전역 실행 컨텍스트가 콜 스택에서 팝된다.
      1. 콜 스택에는 아무런 실행 컨텍스트도 존재하지 않게 된다.
  11. 이벤트 루프에 의해 콜스택이 비어 있음이 감지되고 태스크 큐에서 대기 중인 콜백 함수 foo가 이벤트 루프에 의해 콜 스택에 푸시된다.

  function foo() {
  	console.log('foo')
  }
  
  function bar () {
  	console.log('bar')
  }
  
  setTimeout(foo, 0)
  bar()
  

• 비동기 함수인 setTimeout의 콜백 함수는 태스크 큐에 푸시되어 대기하다가 콜 스택이 비게 되면 콜 스택에 푸시되어 실행된다.
• 자바스크립트는 싱글 스래드 방식으로 동작한다.
  • 싱글 스레드 방식으로 동작하는 것은 브라우저가 아니라 브라우저에 내장된 자바스크립트 엔진이다.
  • 모든 자바스크립트 코드가 자바스크립트 엔진에서 싱글 스래드 방식으로 동작한다면 자바스크립트는 비동기로 동작할 수 없다.
  • 자바스크립트 엔진은 싱글 스레드로 동작하지만 브라우저는 멀티 스레드로 동작한다.