동기 처리와 비동기 처리
실행 컨텍스트에서 살펴본 바와 같이 함수를 호출하면 함수 코드가 평가되어 함수 실행 컨텍스트가 생성된다. 이때 생성된 함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택(콜 스택)에 푸시되고 함수 코드가 실행된다. 함수 코드의 실행이 종료하면 함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 팝되어 제거된다.
함수가 실행되려면 함수 코드 평가 과정에서 생성된 함수 실행 컨텍스트가 실행 컨텍스트 스택에 푸시되어야 한다. 다시 말해, 실행 컨텍스트 스택에 함수 실행 컨텍스트가 푸시되는 것은 바로 함수 실행의 시작을 의미한다. 함수가 호출된 순서대로 순차적으로 실행되는 이유는 함수가 호출된 순서대로 함수 실행 컨텍스트가 실행 컨텍스트 스택에 푸시되기 때문이다. 이처럼 함수의 실행 순서는 실행 컨텍스트 스택으로 관리한다.
자바스크립트 엔진은 단 하나의 실행 컨텍스트 스택을 갖는다. 이는 곧 자바스크립트 엔진이 한 번에 하나의 태스크만 실행할 수 있는 싱글 스레드 방식으로 동작한다는 것을 의미한다. 싱글 스레드 방식은 한 번에 하나의 태스크만 실행할 수 있기 때문에 처리에 시간이 걸리는 테스크를 실행하는 경우 블로킹(작업 중단)이 발생한다. 이처럼 현재 실행 중인 태스크가 종료할 때까지 다음에 실행될 태스크가 대기하는 방식을 동기 처리라고 한다. 동기 처리 방식은 태스크를 순서대로 하나씩 처리하므로 실행 순서가 보장된다는 장점이 있지만, 앞선 태스크가 종료할 때까지 이후 태스크들이 블로킹되는 단점이 있다.
동기 처리 방식과 반대되는 처리 방식이 비동기 처리 방식이다. 비동기 처리 방식은 현재 실행 중인 태스크가 종료되지 않은 상태라 해도 현재 태스크가 종료될 때까지 기다리지 않고, 다음 태스크를 곧바로 실행하므로 블로킹이 발생하지 않는다는 장점이 있지만 태스크의 실행 순서가 보장되지 않는 단점이 있다.
비동기 처리를 수행하는 비동기 함수는 전통적으로 콜백 패턴을 사용한다. 함수를 즉시 호출하지 않고 함수 호출 시점 제어권을 다른 함수에게 넘기기 위해서다. 이러한 콜백 패턴은 콜백 헬을 발생시켜 가독성을 나쁘게 하고, 비동기 처리 중 발생한 에러의 예외 처리가 곤란하며, 여러 개의 비동기 처리를 한 번에 처리하는 데도 한계가 있다. 이를 개선하기 위해 프로미스가 도입되었다.
타이머 함수인 setTimeout과 setIntervel, HTTP 요청, 이벤트 핸들러는 비동기 처리 방식으로 동작한다. 비동기 처리는 이벤트 루프와 태스크 큐와 깊은 관계가 있다.
이벤트 루프와 태스크 큐
자바스크립트의 특징 중 하나는 싱글 스레드로 동작한다는 것이다. 앞서 살펴본 바와 같이 싱글 스레드 방식은 한 번에 하나의 태스크만 처리할 수 있다는 것을 의미한다. 하지만 브라우저는 자바스크립트의 동시성을 지원하기 위해 이벤트 루프를 가지고 있다.
브라우저 환경에는 자바스크립트 엔진과 태스크 큐, 이벤트 루프, 호스트 객체가 포함된다.
| 자바스크립트 엔진 | 자바스크립트 엔진은 콜 스택을 통해 태스크를 순차적으로 실행한다. 즉, 평가와 실행을 담당한다. | |
| 콜 스택 | 스택 자료구조 형태로 실행 컨텍스트의 실행 시점을 관리하는 영역(실행 컨텍스트 스택) 함수를 호출하면 함수 실행 컨텍스트가 콜 스택에 푸시되어 순차적으로 실행된다. 자바스크립트 엔진은 단 하나의 콜 스택을 사용하기 때문에 최상위 실행 컨텍스트가 종료되어 콜 스택에서 제거되기 전까지는 다른 어떤 테스크도 실행되지 않는다. |
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| 힙 | 객체가 저장되는 메모리 공간. 콜 스택에 저장된 실행 컨텍스트는 힙에 저장된 객체를 참조한다. 객체는 원시 값과는 달리 크기가 정해져 있지 않으므로 할당해야 할 메모리 공간의 크기를 런타임에 결정(동적 할당)해야 한다. 따라서 객체가 저장되는 메모리 공간인 힙은 구조화되어 있지 않다는 특징이 있다. |
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| 소스코드의 평가와 실행을 제외한 모든 처리는 자바스크립트 엔진을 구동하는 환경인 브라우저 또는 Node.js가 담당한다. 예를 들어, 비동기 방식으로 동작하는 호출 스케쥴링(타이머 설정과 콜백 함수의 등록)은 구동 환경인 브라우저 또는 Node.js에서 처리한다. | ||
| 태스크 큐 | 비동기 함수의 콜백 함수 또는 이벤트 핸들러가 일시적으로 보관되는 영역이다. (프로미스의 후속 처리 메서드의 콜백 함수가 보관되는 마이크로태스크 큐도 존재한다.) |
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| 이벤트 루프 | 콜 스택에 현재 실행 중인 컨텍스트가 있는지와 태스크 큐에 대기 중인 함수가 있는지를 반복해서 확인한다. 만약 콜 스택이 비어 있고 태스크 큐에 대기 중인 함수가 있다면 이벤트 루프는 순차적으로 태스크 큐에 대기 중인 함수를 콜 스택으로 이동시킨다. 이때 콜 스택으로 이동한 함수는 실행된다. 즉, 태스크 큐에 일시 보관된 함수들은 비동기 처리 방식으로 동작한다. | |
| 호스트 객체 | 브라우저 환경에서는 클라이언트 사이드 Web API(DOM API, 타이머 함수, HTTP 요청-XMLHttpRequest)를, Node.js 환경에서는 Node.js 고유의 API를 제공한다. 여기에 타이머 함수가 포함된다. | |
| 렌더링 엔진(브라우저) | 서버로부터 응답된 HTML과 CSS를 파싱하여 DOM과 CSSOM을 생성하고 이들을 결합하여 렌더 트리를 생성한다. 브라우저의 렌더링 엔진은 HTML을 파싱하는 도중에 외부 리소스를 로드하는 태그, 즉 CSS 파일을 로드하는 link태그, 이미지 파일을 로드하는 img 태그, 자바스크립트를 로드하는 script 태그 등을 만나면 HTML의 파싱을 일시 중단하고 Web API의 XMLHttpRequest를 통해 해당 리소스 파일을 서버로 요청한다. |
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비동기 함수인 setTimeout의 콜백 함수의 실행 시점을 살펴보자. setTimeout 함수가 실행되면 콜백 함수를 호출 스케쥴링하고 종료되어 콜 스택에서 팝된다. 이때 호출 스케쥴링은 브라우저에서 처리한다. 브라우저는 타이머를 설정하고 타이머의 만료를 기다린다. 이후 타이머가 만료되면 콜백 함수가 태스크 큐에 푸시된다. 이 때문에 콜백 함수는 정확히 지연 시간 후에 실행을 보장하지 않는 것이다. 지연 시간은 단지 콜백 함수가 태스크 큐에 푸시되는 시간을 지연할 뿐이다.
브라우저가 타이머 설정 처리를 하는 동시에, 자바스크립트 엔진은 콜 스택의 최상위 실행 컨텍스트부터 순차적으로 코드를 실행한다. 순차적으로 실행이 완료된 실행 컨택스트는 종료되며 콜 스택에서 제거된다.
콜백 함수는 태스크 큐에 푸시되어 대기하다가 콜 스택이 비게 되면, 즉 전역 코드 및 명시적으로 호출된 함수가 모두 종료하면 비로소 콜 스택에 푸시된다. 비어 있는 콜 스택에 푸시되었기 때문에 최상위 실행 컨텍스트가 되어 자바스크립트 엔진을 통해 실행된다.
자바스크립트는 싱글 스레드 방식으로 동작한다. 반면 브라우저는 멀티 스레드로 동작한다.
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