[JS] 비동기

비동기 프로그래밍

자바스크립트 엔진은 한 번에 하나의 테스크만 실행할 수 있는 싱글 스레드 방식으로 동작한다. 때문에 처리에 시간이 걸리는 태스크를 실행하는 경우 블로킹(작업중단)이 발생한다.

// sleep 함수는 일정 시간(delay)이 경과한 이후에 콜백 함수(func)를 호출한다.
function sleep(func, delay) {
  // Date.now()는 현재 시간을 숫자(ms)로 반환한다.("30.2.1. Date.now" 참고)
  const delayUntil = Date.now() + delay;

  // 현재 시간(Date.now())에 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();
// (3초 경과 후) foo 호출 -> bar 호출

위 예제의 sleep 함수는 3초 후에 foo함수를 호출한다. 이때 bar 함수는 sleep함수의 실행이 종료된 이후에 호출되므로 3초 이상 호출되지 못하고 블로킹된다. 이처럼 현재 실행중인 태스크가 종료할 때까지 다음에 실행될 태스크가 대기하는 방식을 동기(synchronous) 처리라고 한다.
동기 처리 방식은 태스크를 순서대로 하나씩 처리하므로 실행 순서가 보장된다는 장점이 있지만, 앞선 태스크가 종료할 때까지 이후 태스크들이 블로킹 되는 단점이 있다.

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

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

// 타이머 함수 setTimeout은 일정 시간이 경과한 이후에 콜백 함수 foo를 호출한다.
// 타이머 함수 setTimeout은 bar 함수를 블로킹하지 않는다.
setTimeout(foo, 3 * 1000);
bar();
// bar 호출 -> (3초 경과 후) foo 호출

setTimeout 함수는 sleep함수와 유사하게 일정 시간이 경과한 이후에 콜백 함수를 호출하지만 setTimeout 함수 이후의 태스크를 블로킹 하지 않고 곧바로 실행한다. 이처럼 현재 실행중인 태스크가 종료되지 않은 상태라 해도 다음 태스크를 곧바로 실행하는 방식을 비동기(asynchronous) 처리라고 한다.

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.

타이머 함수 setTimeout, setInterval, HTTP요청, 이벤트 핸들러는 비동기 처리 방식으로 동작한다.

이벤트 루프

앞서 여러번 언급했지만 자바스크립트의 특징 중 하나는 싱글 스레드로 동작한다는 것이다. 하지만 브라우저가 동작하는 것을 살펴보면 많은 태스크가 동시에 처리되는 것처럼 느껴진다.

예를 들어, HTML 요소가 애니메이션 효과를 통해 움직이면서 이벤트를 처리하기도 하고, HTTP요청을 통해 서버로부터 데이터를 가지고 오면서 렌더링하기도 한다. 이처럼 자바스크립트의 동시성을 지원하는 것이 바로 이벤트 루프다.

자바스크립트 엔진은 크게** 콜 스택(call stack)과 **힙(heap) 2개의 영역으로 구분되는데 단순히 태스크가 요청되면 콜 스택을 통해 요청된 작업을 순차적으로 실행할 뿐이다. 비동기 처리에서 소스코드의 평과와 실행을 제외한 모든 처리는 자바스크립트 엔진을 구동하는 환경인 브라우저나 Node.js가 담당한다. 예를 들어, 비동기 방식으로 동작하는 setTimeout의 콜백 함수의 평과와 실행은 자바스크립트 엔진이 담당하지만 호출 스케줄링을 위한 타이머 설정과 콜백 함수의 등록은 브라우저 또는 Node.js가 담당한다. 이를 위해 브러우저 환경은 태스크 큐와 이벤트 루프를 제공한다.

• 콜 스택 : 소스코드 평가 과정에서 생성된 실행 컨텍스트가 추가되고 제거되는 스택자료 구조
• 힙: 객체가 저장되는 메모리 공간
• 태스크 큐: 비동기 함수의 콜백 함수 또는 이벤트 핸들러가 일시적으로 보관되는 영역
• 이벤트 루프: 콜 스택에 현재 실행중인 실행 컨텍스트가 있는지, 태스크 큐에 대기중인 함수가 있는지 반복해서 확인하는 작업.

**만약 콜 스택이 비어있고 태스크 큐에 대기중인 함수가 있다면 이벤트 루프는 순차적으로 태스크 큐에 대기중인 함수를 콜 스택으로 이동시켜 실행한다. **

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

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

setTimeout(foo, 0); // 0초(실제는 4ms) 후에 foo 함수가 호출된다.
bar();

위 예제의 실행 순서를 살펴보자.

1. 전역 코드가 평가돼 전역 실행 컨텍스트가 생성되고 콜 스택에 푸시된다.

2. 전역 코드가 실행되기 시작해 setTimeout함수가 호출된다. 동시에 setTimeout 함수의 함수 실행 컨텍스트가 생성되고 콜스택에 푸시되어 연재 실행중인 실행 컨텍스트가 된다. 타이머 함수도 함수이므로 함수 실행 컨텍스트를 생성한다.

3. setTimeout 함수가 실행되면 콜백 함수를 호출 스케줄링하고 종료되어 콜 스택에서 팝된다. 이때 호춧 스케줄링, 즉 타이머 설정과 타이머가 만료되면 콜백 함수를 태스크 큐에 푸시하는 것은 브라우저의 역할이다.

4. 브라우저가 수행하는 4-1과 자바스크립트 엔진이 수행하는 4-2는 병행 처리된다.

   4-1. 브라우저는 타이머를 설정하고 타이머의 만료를 기다린다. 이후 타이머가 만료되면 콜백 함수 foo가 태스크 큐에 푸시된다. 예제의 경우 지연시간이 0이지만 지연시간이 4ms이하인 경우 최소 지연 시간 4ms가 지정돼 4ms 후에 콜백 함수 foo가 태스크 큐에 푸시되어 대기하게 된다.

   4-2. bar함수가 호출되어 bar함수의 함수 실행 컨텍스트가 생성되고 콜 스택에 푸시되어 현재 실행중인 실행 컨텍스트가 된다. 이후 bar함수가 종료되어 콜 스택에서 팝된다. 이때 브라우저가 타이머를 설정한 후 4ms가 경과했으면 foo함수는 아직 태스크 큐에서 대기중이다.

5. 전역 코드 실행이 종료되고 전역 실행 컨텍스트가 콜 스택에서 팝된다. 이로서 콜 스택에는 아무런 실행 컨텍스트도 존재하지 않게 된다.

6. 이벤트 루프에 의해 콜 스택이 비어 있음이 감지되고 태스크 큐에서 대기중인 콜백 함수 foo가 이벤트 루프에 의해 콜 스택에 푸시된다. 다시 말해, 콜백 함수 foo의 함수 실행 컨텍스트가 생성되고 콜 스택에 푸시되어 현재 실행중인 실행 컨텍스트가 된다. 이후 foo함수가 종료되어 콜 스택에서 팝된다.

**다시 한 번 말하지만 자바스크립트는 싱글 스레드 방식으로 동작한다. 비동기 처리 방식이 동작하는 것은 자바스크립트 엔진은 싱글 스레드로 동작하지만 브라우저는 멀티 스레드로 동작하기 때문임을 기억하자. **

Ajax

Asynchronous JavaScript and XML, 줄여서 Ajax는 자바스크립트를 사용해 브라우저가 서버에게 비동기 방식으로 데이터를 요정하고, 서버가 응답한 데이터를 수신해 웹페이지를 동적으로 갱신하는 프로그래밍 방식을 말한다. 중요한 것은 비동기 방식이라는 것이다.

Ajax 등장 이전의 웹페이지는 html 태그로 시작해 html 태그로 끝나는 완전한 HTML을 서버로부터 전송받아 웨페이지 전체를 처음부터 다시 렌더링 하는 방식으로 동작했다. 따라서 화면이 전환되면 서버로부터 새로운 HTML을 전송받아 웹페이지 전체를 처음부터 다시 렌더링했다.

Ajax의 등장은 이런 전통적인 방식을 획기적으로 전환했다. 서버로부터 웹페이지의변경에 필요한 데이터만 비동기 방식으로 전송받아 웹페이지를 변경할 필요가 없는 부분은 다시 렌더링하지 않고, 변경할 필요가 있는 부분만 한정적으로 렌더링 하는 방식이 가능해졌다.