자바스크립트 엔진은 단 하나의 실행 컨텍스트를 갖는다.

따라서 한 번에 하나의 테스크만 실행할 수 있는 싱글 스레드 방식으로 동작한다. 이 방식은 처리 시간이 걸리는 태스크를 실행하는 경우 블로킹(작업 중단) 이 발생한다.

그렇다면 자바스크립트는 어떻게 비동기 처리(멀티 스레드)가 되는 것처럼 보일까?

실제로 자바스크립트 엔진은 싱글 스레드 방식으로 동작하지만 브라우저는 멀티 스레드로 동작하기 때문이다.

동기와 비동기 처리

동기 처리로 인한 블로킹 발생

예를 들어, setTimeout 함수와 유사하게 일정 시간이 경과한 이후에 콜백 함수를 호출하는 sleep 함수를 작성해보자.

// sleep 함수는 일정 시간(delay)이 경과한 이후에 콜백 함수(func)를 호출한다.
function sleep(func, delay) {
  const delayUtil = Date.now() + delay;

  // 현재 시간에 delay를 더한 delayUtil이 현재 시간보다 작으면 계속 반복한다.
  while(Date.now() < delayUtil);

  // 일정 시간이 경과한 후에 콜백함수를 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 3초이상 블로킹된다.
bar();
// 3초 경과 후 foo 호출 -> bar 호출

위 예제의 sleep 함수는 3초 후에 foo 함수를 호출하고 이때 bar 함수는 sleep 함수 실행이 종료된 이후에 호출되므로 3초 이상 호출되지 못하고 블로킹된다.

이처럼 현재 실행 중인 테스크가 종료할 때까지 다음에 실행될 태스크가 대기하는 방식을 동기 처리라고 한다.

비동기 처리 함수로 수정

위 예제를 타이머 함수인 setTimeout을 사용하여 수정해보자.

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

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

bar();
// bar 호출 -> 3초 경과 후 foo 호출

setTimeout 함수는 sleep 함수와 유사하게 일정 시간 이후 콜백함수를 실행하지만 setTimeout 함수 이후의 태스크를 블로킹하지 않고 곧바로 실행한다.

이처럼 실행중인 태스크가 종료되지 않더라고 다음 태스크를 곧바로 실행하는 방식을 비동기 처리라고 한다.

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

비동기 처리는 이벤트 루프와 태스트 큐와 깊은 관계가 있다.

이벤트 루프와 태스크 큐

💡 요약
이벤트 루프: 싱글 스레드인 자바스크립트의 동시성을 지원하는 것 (브라우저 내장 기능 중 하나)

싱글 스레드 방식으로 동작하는 것은 브라우저가 아니라 브라우저에 내장된 자바스크립트 엔진이다.

자바스크립트 엔진은 싱글 스레드 방식으로 동작하지만 브라우저는 멀티 스레드로 동작한다.

위 사진에서 각 영역을 살펴보자.

자바스크립트 엔진

구글의 V8 자바스크립트 엔진을 비롯한 자바스크립트 엔진 영역은 2가지가 있다.

1. 콜스택

실행 컨텍스트가 추가되고 제거되는 스택 자료구조인 실행 컨텍스트 스택
함수 호출 시 함수 실행 컨텍스트가 콜 스백에 푸쉬되어 순차 실행
단 하나의 콜 스택만 사용

2. 힙

힙은 객체가 저장되는 메모리 공간
콜스택의 요소인 실행 컨텍스트는 힙에 저장된 객체를 참조
메모리에 값을 저장하기 위해 먼저 메모리 공간 크기를 결정해야 한다. 객체는 메모리 공간 크기를 런타임에 결정(동적 할당) 해야한다.
구조화되어있지 않다.

→ 자바스크립트 엔진은 단순히 태스크가 요청되면 콜 스택을 통해 요청된 작업을 순차적으로 실행할 뿐이다.

브라우저와 Node.js

비동기 처리에서 setTimeout의 콜백 함수의 평가와 실행은 자바스크립트 엔진이 담당하지만, 호출 스케줄링을 위한 타이머 설정과 콜백 함수의 등록은 브라우저 또는 Node.js가 담당한다.

3. 태스크 큐 (task q, event q, callback q 모두 같은 말임)

setTimeout, setInterval과 같은 비동기 함수의 콜백 함수 또는 이벤트 핸들러가 일시적으로 보관되는 영역
태스크 큐와는 별도로 프로미스의 후속 처리 메서드의 콜백 함수가 일시적으로 보관되는 마이크로태스크 큐도 존재

4. 이벤트 루프

콜 스택에서 현재 실행 중인 실행 컨텍스트가 있는지, 태스크 큐에 대기 중인 함수(콜백 함수, 이벤트 핸들러 등)가 있는지 반복해서 확인
만약 콜 스택이 비었고 태스크 큐에 대기 중인 함수가 있다면 이벤트 루프는 순차적으로(FIFO) 태스크 큐에 대기 중인 함수를 콜 스택으로 이동시킨다.
태스크 큐에 일시 보관된 함수들은 비동기 처리 방식으로 동작한다.

자바스크립트는 싱글 스레드인데 어떻게 멀티 스레드처럼 동작할까?

자바스크립트 비동기 처리의 핵심! V8 엔진의 콜 스택과 브라우저의 이벤트 루프 동작 원리를 살펴보자