[JavaScript] 동기와 비동기, 자바스크립트 엔진과 브라우저 환경

동기(Sync)

JavaScript 엔진은 하나의 실행 컨텍스트 스택을 가지고, 한번에 하나의 태스크(함수)만 실행할 수 있는 싱글 스레드(single thread) 방식으로 동작한다. 따라서 처리에 시간이 걸리는 태스크를 실행 중이면 작업 중단(blocking)이 발생하고, 다음에 실행될 태스크는 대기해야 한다. 이를 동기(synchronous) 처리 방식이라고 한다.

const sleep = (func, delay) => {
    const delayUntil = Date.now() + delay;
    while (Date.now() < delayUntil);
    func();
}

const foo = () => {
    console.log('함수1 실행');
}

const bar = () => {
    console.log('함수2 실행');
}

sleep(foo, 3000);
bar();

// 함수1 실행
// 함수2 실행

위 코드의 경우 bar 함수가 foo 함수의 3초 지연을 기다렸다가 순차적으로 실행되는데, 동기 방식은 이러한 블로킹이 일어나게 된다.

비동기(Async)

동기 처리와는 반대로 현재 실행 중인 태스크가 종료되지 않은 상태여도 다음 태스크를 곧바로 실행하는 방식을 비동기(asynchronous) 라고 한다. 비동기 처리 방식은 동기 처리 방식처럼 실행 순서는 보장되지 않지만, 이후 태스크에 블로킹이 발생하지 않는다는 장점이 있다.

console.log("Sending request to server!");

setTimeout(() => {
    console.log("Here is your data from the server...")
}, 3000);

console.log("delay1");
console.log("delay2");
console.log("delay3");

console.log("I AM AT THE END OF THE FILE!");

// Sending request to server!
// delay1
// delay2
// delay3
// I AM AT THE END OF THE FILE!
// Here is your data from the server...

자바스크립트 엔진

자바스크립트 엔진은 힙과 콜 스택으로 구성되어 있다.

> 힙(Heap)

객체(참조 타입)가 저장되는 메모리 공간. 콜 스택의 실행 컨텍스트는 힙에 저장된 객체를 참조한다.

> 콜 스택(Call Stack)

소스 코드 평가 과정에서 생성한 실행 컨텍스트가 추가되고 제거되는 실행 컨텍스트 스택. 최상위 실행 컨텍스트가 종료되어 콜 스택에서 제거되기 전까지는 다른 어떤 태스크도 실행되지 않는다. (블로킹)

브라우저 환경

브라우저 환경은 태스크 큐와 이벤트 루프로 구성되어 있다.

> 태스크 큐(Task/Event/Callback Queue)

setTimeout이나 setInterval 같은 비동기 함수의 콜백 또는 이벤트 핸들러가 일시적으로 보관되는 영역.

태스크 큐와 별도로 프로미스의 후속 처리 메서드(then, catch, finally)의 콜백이 일시적으로 보관되는 마이크로태스크 큐도 존재한다.

> 이벤트 루프(Event Loop)

콜 스택에 현재 실행 중인 실행 컨텍스트가 있는지, 태스크 큐에 대기 중인 함수(콜백, 이벤트 핸들러 등)가 있는지 반복해서 확인하다가 콜 스택이 비어 있고 태스크 큐에 대기 중인 함수가 있다면 이벤트 루프가 순차적(FIFO; First In First Out)으로 태스크 큐에 대기 중인 함수를 콜 스택으로 이동시킨다.

자바스크립트의 동시성(concurrency)을 지원한다.

콜 스택이 비어 있는지 감지 → 비어 있다면 태스크 큐에 대기 중인 함수를 호출(FIFO) → 함수의 실행 컨텍스트 생성 → 콜 스택에 push → 함수 실행 → 함수 종료 후 콜 스택에서 pop

정리

자바스크립트 엔진은 싱글 스레드로 동작하지만, 브라우저는 멀티 스레드로 동작한다.

브라우저의 Web API인 setTimeout 함수의 두 가지 기능인 타이머 설정과 타이머가 만료하면 콜백 함수를 태스크 큐에 등록하는 처리는 자바스크립트 엔진이 아니라 브라우저가 실행한다.

setTimeout 함수로 호출 스케줄링한 함수는 정확히 지연 시간 후에 호출된다는 보장이 없다. 지연 시간 후에 콜백 함수가 태스크 큐에 푸시되어 대기하지만, 콜 스택이 비어 있어야 호출되므로 시간차가 발생할 수 있기 때문이다.

Reference >

모던 자바스크립트 Deep Dive p.809-815
Udemy The Web Developer 부트캠프 2022 강의, Section 27