[240303] 42장 비동기 프로그래밍

동기 처리와 비동기 처리

실행 컨텍스트

• 코드를 실행하는데 필요한 환경을 제공하는 객체
• 코드 실행 시 식별자를 효율적으로 결정하기 위한 수단임
• 추후 자세히 공부 필요

1. 함수를 호출하면 함수 코드가 평가되어 함수 실행 컨텍스트가 생성된다.
2. 생성된 함수 실행 컨텐스트는 실행 컨텍스트 스택(콜 스택)에 푸시되고 함수 코드가 실행된다.
3. 함수 코드의 실행이 종료하면 함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 팝되어 제거된다.

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

foo();
bar();

• 함수의 실행 순서는 실행 컨텍스트 스택으로 관리
• 자바스크립트 엔진은 단 하나의 실행 컨텍스트 스택을 갖는다.
• 실행 컨텍스트 스택의 최상위 요소인 실행 중인 실행 컨텍스트를 제외한 모든 실행 컨텍스트는 대기중인 태스크들이다.
• 한 번에 하나의 태스트만 실행할 수 있는 “싱글 스레드” 방식으로 동작

동기

• 현재 실행 중인 태스크가 종료할 때까지 다음에 실행될 태스크가 대기하는 방식을 동기(synchronous) 처리라고 한다.
• 한 번에 하나의 태스크만 실행할 수 있기 때문에 처리에 시간이 걸리는 태스크를 실행하는 “블로킹(작업중단)” 이 발생

비동기

→ 현재 실행 중인 태스크가 종료되지 않은 상태에서 곧바로 실행 비동기 (asynchronous) 처리

• 블로킹이 발생하지 않는다.
• 태스크의 실행 순서 보장 X
• 전통적으로는 콜백 패턴을 사용
  • 콜백 헬을 발생
  • 비동기 처리 중 발생한 에러의 예외처리 곤란

  • 여러 개의 비동기 처리를 한 번에 처리하는데 한계

    (이에 대해선 프로미스에서 살펴봄)

이벤트 루프와 태스크 큐

• 자바스크립트의 특징 중 하나는 싱글 스레드로 동작한다는 것

• 브라우저가 동작하는 것을 살펴보면 많은 태스크가 동시에 처리되는 것처럼 느껴짐

  (HTTP 요청을 통해 데이터 가지고 오면서 렌더링하는 등등)

• 자바스크립트의 동시성을 지원하는 것이 이벤트 루프다.
  • 브라우저에 내장되어 있는 기능 중 하나
  • nodejs 에서 이벤트 루프 구현체 : libuv
  • 브라우저(크롬)에서 이벤트 루프 구현체: libevent

구글의 V8 자바스크립트 엔진을 비롯한 대부분의 자바스크립트 엔진은 크게 2개의 영역으로 구분

콜 스택(Call Stack)

• 스택 자료구조인 실행 컨텍스트 스택이 바로 콜 스택
• 함수를 호출하면 함수 실행 컨텍스트가 순차적으로 콜 스택에 푸시되어 순차적으로 실행된다. 자바스크립트 엔진은 단 하나의 콜스택을 사용하기 때문에 최상위 실행 컨텍스트가 종료되어 콜 스택에서 제거 되기 전까지 다른 어떤 태스크도 실행되지 않는다.

힙(Heap)

• 힙은 객체가 저장되는 메모리 공간이다. 콜 스택의 요소인 실행 컨텍스트는 힙에 저장된 객체를 참조한다.
• 메모리에 값을 저장하려면 먼저 값을 저장할 메모리 공간의 크기를 결정해야 한다. 객체는 원시 값과는 달리 크기가 정해져 있지 않으므로 할당해야 할 메모리 공간의 크기를 런타임에 결정(동적 할당) 해야한다. 따라서 객체가 저장되는 메모리 공간인 힙은 구조화 되어 있지 않다는 특징이 있다.

태스크가 요청되면 콜 스택을 통해 요청된 작업을 순차적으로 실행할 뿐임. 비동기 처리에서 소스코드의 평가와 실행을 제외한 모든 처리는 자바 스크립트 엔진을 구동하는 환경인 브라우저 또는 Node.js 가 담당한다.

예를 들어 비동기 방식으로 동작하는

• setTimeout 의 콜백 함수의 평가와 실행은 자바스크립트 엔진이 담당
• 호출 스케줄링을 위한 타이머 설정과 콜백 함수 등록은 브라우저 또는 Node.js 가 담당한다.

브라우저 환경에서 태스크 큐와 이벤트 루프 제공

태스트 큐

• setTimeout setInterval 과 같은 비동기 함수의 콜백 함수 또는 이벤트 핸들러가 일시적으로 보관되는 영역
• 태스크 큐와 별도로 프로미스의 후속 처리 메서드의 콜백 함수가 일시적으로 보관되는 마이크로태스트 큐도 존재

이벤트 루프

• 콜 스택에 현재 실행 중인 실행 컨텍스트가 있는지, 태스트 큐에 대기중인 함수(콜백함수, 이벤트 핸들러 등) 있는지 반복해서 확인
• 대기 중인 함수가 있다면 이벤트 루프는 순차적으로 태스크 큐에 대기 중인 함수를 콜 스택으로 이동 시킴
• 태스크 큐에 일시 보관된 함수들은 비동기 처리 방식으로 동작한다.

문제) 브라우저 환경에서 어떻게 동작할까?

foo, bar 함수 중에 먼저 실행될 함수는 무엇일까?

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

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

setTimeout(foo,0);
bar();

1. 전역 코드가 평가되어 전역 실행 컨텍스트가 생성되고 콜 스택에 푸시된다.
2. 전역 코드가 실행되기 시작하여 setTimeout 함수가 호출된다. 이때 setTimeout 함수의 함수 실행 컨텍스트가 생성되고, 콜스택에 푸시되어 현재 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다. 브라우저의 Web API (호스크 객체)인 타이머 함수도 함수이므로 함수 실행 컨텍스트를 생성한다.
3. setTimeout 함수가 실행되면 콜백 함수를 호출 스케줄링하고 종료되어 콜 스택에서 팝된다. 이때 호출 스케줄링, 즉 타이머 설정과 타이머가 만료되면 콜백 함수를 태스크 큐에 푸시하는 것은 브라우저의 역할이다.

4. 브라우저가 수행하는 4-1과 자바스크립트 엔진이 수행하는 4-2는 병행처리 된다.

   4-1.

   브라우저는 타이머를 설정하고 타이머의 만료를 기다림

   타이머가 만료되면 콜백함수 foo 가 태스크 큐에 푸쉬된다.

   위 예제의 경우 지연시간이 0이지만 4ms 이하인 경우 최소 지연시간 4ms 가 지정됨. 따라서 4ms 후에 콜백함수 foo가 태스크 큐에 푸시되어 대기하게 된다.

   정확한 지연 시간 후에 호출된다는 보장이 없음

   (지연 시간 이후 콜백함수가 태스크 큐에 푸시되어 대기하게 되지만 콜 스택이 비어야 호출 되기 때문이다. )

   4-2.

   bar 함수가 호출되어 bar 함수의 함수 실행 컨텍스트가 생성되고 콜 스택에 푸시되어 현재 실행 중인 실행 컨텍스트가 된다. bar 함수 종료되어 콜 스택에서 팝 된다.

5. 전역 코드 실행이 종료되고 전역 실행 컨텍스트가 콜 스택에서 팝된다.
6. 이벤트 루프에 의해 콜 스택이 비어 있음이 감지되고 태스크 큐에서 대기중인 콜백함수 foo 가 이벤트 루프에 의해 콜스팩에 푸시

• 싱글 스레드 방식으로 동작하는 것은 자바스크립트 엔진이다.
• 브라우저는 멀티 스레드로 동작한다.
• 모든 자바스크립트 코드가 싱글 스레드라면 비동기로 동작할 수 없다.
• 자바스크립트는 non-blocking , event driven modal