Javascript Deep Dive -42장 (비동기 프로그래밍)

동기 처리와 비동기 처리

함수를 호출하면 함수 코드가 평가되어 함수 실행 컨텍스트가 생성된다.

이때 생성된 함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택(콜스택)에 푸시되고 함수코드가 실행된다.

함수 코드의 실행이 종료하면 함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 팝 되어 제거된다.

다음 예제의 foo 함수와 bar 함수는 호출된 순서대로 스택 자료구조인 실행 컨텍스트 스택에 푸시되어 실행된다.

const foo = () => {};
const bar = () => {};

foo();
bar();

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 단하나의 실행 컨텍스트 스택을 갖는다.
이는 함수를 실행할 수 있는 창구가 단 하나이며, 동시에 2개 이상의 함수를 동시에 실행할 수 없다는 것을 의미한다.
실행 컨텍스트 스택의 최상위 요소인 '실행 중인 실행 컨텍스트'를 제외한 모든 실행 컨텍스트는 모두 실행 대기 중인 테스크들이다.
대기 중인 테스크들은 현재 실행 중인 실행 컨텍스트가 팝되어 실행 컨텍스트 스택에서 제거되면, 다시 말해 현재 실행중인 함수가 종료하면 비로소 실행되기 시작한다.

이처럼 자바스크립트 엔진은 한 번에 하나의 테스크만 실행할 수 있는 싱글 스레드 방식으로 동작한다. 싱글 스레드 방식은 한 번에 하나의 테스크만 실행할 수 있기 때문에 처리에 시간이 걸리는 테스크를 실행하는 경우 블로킹이 발생한다.
예를 들어, setTimeout 함수와 유사하게 일정 시간이 경과한 이후에 콜백 함수를 호출하는 sleep 함수를 구현해 보자.

//sleep 함수는 일정 시간이 경과한 이후에 콜백 함수를 호출한다.

function sleep(func, delay) {
  //Date.now()는 현재 시간을 숫자(ms)로 반환한다.
  const delayUntil = Date.now() + delay; 
  
  //현재 시간에 delay를 더한 delayUntil이 현재 시간보다 작으면 계속 반복한다.
  
  while(Date.now() < delayUntil);
  //일정 시간(delay)이 경과한 이후에 콜백 함수(func)를 호출한다.
  func();
}

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

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

//sleep 함수는 3초 이상 실행된다.
sleep(foo, 3 * 1000);

//bar 함수는 sleep 함수의 실행이 종료된 이후에 호출되므로 3초 이상 블로킹된다.
bar();
//(1초 경과 후) foo 호출 -> bar 호출

위 예제의 sleep 함수를 3초 후에 foo 함수를 호출한다.
이때 bar 함수는 sleep 함수의 실행이 종료된 이후에 호출되므로
3초 이상(foo 함수의 실행 시간 + 3초) 호출되지 못하고 블로킹 된다.
이처럼 현재 실행 중인 테스크가 종료할 때까지 다음에 실행될 테스크가 대기하는 방식을 동기처리라고 한다. 동기 처리 방식은 테스크를 순서대로 하나씩 처리하므로 실행 순서가 보장된다는 장점이 있지만, 앞선 태스크가 종료할 때까지 이후 태스크들이 블로킹되는 단점이 있다.

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

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

//타이머 함수 setTimeout은 일정 시간이 경과된 이후에 콜백 함수 foo를 호출한다.
// 타이머 함수 setTimeout은 bar 함수를 블로킹하지 않는다.
setTimeout(foo, 3*1000);
bar()

setTimeout 함수는 앞서 살펴본 sleep 함수와 유사하게 일정 시간이 경과된 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 비동기처리라고 한다.

동기 처리 방식은 태스크를 순서대로 하나씩 처리하므로 실행 순서가 보장된다는 장점이 있지만 앞선 태스크가 종료할 때까지 이후 태스크들이 블로킹되는 단점이 있었다.

비동기 처리 방식은 현재 실행 중인 태스크가 종료되지 않은 상태라 해도 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. 비동기 처리를 위한 콜백 패턴은 콜백 핼을 발생시켜 가독성을 나쁘게 하고 비동기 처리 중 발생한 에러의 예외 처리가 곤란하며, 여러 개의 비동기 처리를 한 번에 처리하는 데도 한계가 있다. 이에 대해서는 45절 프로미스에서 자세히 살펴보자.

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

비동기 처리는 이벤트 루프와 태스크 큐와 깉은 관계가 있다.

이벤트 루프와 태스크 큐