이벤트 루프 동작 원리

다음 코드를 보고 바로 답을 할 수 있다면, 이 글을 읽지 않으셔도 좋습니다.

console.log('A');

setTimeout(() => console.log('B'), 2000);
setTimeout(() => console.log('C'), 3000);
setTimeout(() => console.log('D'));
setTimeout(() => console.log('E'), 0);

Promise.resolve().then(() => console.log('F'));

console.log('G');

다음 코드를 실행시킨다면 어떤 순서로 로그를 찍는지와 이유에 대해 서술하시오

A 
G
F
D
E
B
C

동기, 비동기

1. 현재 실행 중인 태스크가 종료될 때까지 다음에 실행될 태스크가 대기하는 방식 을 동기(synchronous) 처리 방식이라고 하며
2. 현재 실행 중인 태스크가 종료되지 않은 상태라 해도 다음 태스크를 곧바로 실행하는 방식 을 비동기(asynchronous) 처리라고 한다.
3. 대표적으로 타이머 함수인 ① setTimeout/ setInterval ② HTTP 요청 ③ 이벤트 핸들러 는 비동기 처리 방식으로 동작한다.

해설

1. 비동기 코드는 동기 코드 보다 우선 순위가 낮다
   • 이벤트 루프가 순회하면서 동기 코드를 콜 스택에 모두 비운 이후, 비동기 코드를 하나씩 꺼내오기 때문이다
   • 따라서 호출 스케쥴링 함수인 setTimeout와 콜백 함수인 promise 는 모두 비동키 코드로 동기 코드가 모두 처리된 이후 실행된다
2. 프로미스의 후속처리 메서드(then)의 경우 마이크로 태스크 큐로 이동하며, 마이크로 태스크 큐는 일반적인 태스크 큐보다 우선 순위가 높기 때문에 먼저 실행된다
3. 호출 스케쥴링 함수 (setTimeout)는 콜백으로 0 을 넣어도, 넣지 않아도 같은 효과를 가진다
   • 실제로는 4ms 이후 호출된다
4. 호출 스케쥴링 함수는 호출된 이후 콜백으로 넣은 시간이 만료되는 순서대로 실행한다

이벤트 루프

자바스크립트는 싱글 스레드로 동작하기 때문에 한 번에 하나의 태스크만 처리할 수 있다 하지만 브라우저가 동작하는 것을 살펴보면 많은 태스크가 동시에 처리되는 것처럼 느껴진다

예를 들어, HTML 요소가 애니메이션 효과를 통해 움직이면서 이벤트를 처리하기도 하고, HTTP 요청을 통해 서버로부터 데이터를 가지고 오면서 렌더링하기도 한다. 이처럼 자바스크립트의 동시성을 지원하는 것이 바로 이벤트 루프(event loop)다.

이벤트 루프는 브라우저에 내장되어 있는 기능 중 하나다. 브라우저 환경을 그림으로 표현하면 다음과 같다.

 

이벤트 루프 동작 예시 이미지

 

그린 이미지

① 콜 스택 (call stack)

• 소스코드(전역 코드 및 함수 코드 등) 평가 과정에서 생성된 실행 컨텍스트가 추가되고 제거되는 스택 자료구조인 실행 컨텍스트 스택이 바로 콜 스택이다.
• 함수를 호출하면 함수 실행 컨텍스트가 순차적으로 콜 스택에 푸시되어 순차적으로 실행된다. 자바스크립트 엔진은 단 하나의 콜 스택을 사용하기 때문에 최상위 실행 컨텍스트(실행 중인 실행 컨텍스트)가 종료되어 콜 스택에서 제거되기 전까지는 다른 어떤 태스크도 실행되지 않는다.

②힙 (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)해야 한다. 따라서 객체가 저장되는 메모리 공간인 힙은 구조화되어 있지 않다는 특징이 있다.

이처럼 콜 스택과 힙으로 구성되어 있는 자바스크립트 엔진은 단순히 태스크가 요청되면 콜 스택을 통해 요청된 작업을 순차적으로 실행할 뿐이다. 비동기 처리에서 ① 소스코드의 평가와 ② 실행을 제외한 모든 처리는 자바스크립트 엔진을 구동하는 환경인 브라우저 또는 Node.js가 담당한다.

예를 들어,

 

① 비동기 방식으로 동작하는 setTimeout의 콜백 함수의 평가와 실행은 자바스크립트 엔진이 담당하지만

② 호출 스케줄링을 위한 타이머 설정과 콜백 함수의 등록은 브라우저 또는 Node.js가 담당한다

이를 위해 브라우저 환경은 태스크 큐와 이벤트 루프를 제공한다.

 

③ 태스크 큐 (task queue/event queue/callback queue)

• setTimeout이나 setInterval과 같은 비동기 함수의 콜백 함수 또는 이벤트 핸들러가 일시적으로 보관되는 영역이다
• 태스크 큐와는 별도로 프로미스 후속 처리 메서드의 콜백 함수가 일시적으로 보관되는 마이크로태스크 큐도 존재한다

큐 (queue)

• 스택 자료구조와 달리 선입선출(먼저 들어온 것이 먼저 나가는) 형식을 띈다
• F.I.F.O(First In First Out) 라고도 부른다

④ 이벤트 루프 (event loop)

• 이벤트 루프는 콜 스택에 현재 실행 중인 실행 컨텍스트가 있는지, 그리고 태스크 큐에 대기 중인 함수(콜백 함수, 이벤트 핸들러 등)가 있는지 반복해서 확인한다
• 만약 콜 스택이 비어 있고 태스크 큐에 대기 중인 함수가 있다면 이벤트 루프는 순차적(FIFO)으로 태스크 큐에 대기 중인 함수를 콜 스택으로 이동시킨다
• 이때 콜 스택으로 이동한 함수는 실행된다. 즉, 태스크 큐에 일시 보관된 함수들을 비동기 처리 방식으로 동작한다

호출 스케쥴링 함수

타이머 함수를 사용하여 명시적으로 호출하지 않고 일정 시간이 경기된 이후에 호출되도록 함수 호출을 예약하는 것을 호출 스케쥴링이라고 합니다.

1. setTimeout/ clearTimeout
2. setInterval/ clearInterval

마이크로 태스크 큐

마이크로태스크 큐는 태스크큐와 별도의 큐로 후속 처리 메서드의 콜백 함수가 일시 저장된다.

그 외의 비동기 함수 ① setTimeout/ setInterval ② HTTP 요청 ③ 이벤트 핸들러 의 콜백 함수나 이벤트 핸들러는 태스크 큐에 일시 저장된다.

콜백 함수나 이벤트 핸들러를 일시 저장한다는 점에서 태스크 큐와 동일하지만 마이크로태스크 큐는 태스크 큐보다 우선순위가 높다.