동기 처리와 비동기 처리

함수를 호출하면 함수 코드가 평가되어 함수 실행 컨텍스트가 생성되어 실행 컨텍스트 스택에 푸시되고 함수 코드가 실행된다. 자바스크립트 엔진은 단 하나의 실행 컨텍스트 스택을 갖기 때문에 동시에 2개 이상의 함수를 실행할 수 없다.

동기 처리

현재 실행 중인 태스크가 종료할 때까지 다음에 실행될 태스크가 대기하는 방식을 동기 처리라고 한다. 동기 처리 방식은 태스크를 순서대로 하나씩 처리하므로 실행 순서가 보장된다는 장점이 있지만 앞선 태스크가 종료할 때까지 이후 태스크들이 블로킹되는 단점이 있다.

// sleep 함수는 일정 시간(delay)이 경과한 이후에 콜백 함수를 호출한다.
function sleep(func, delay) {
    ...
}

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

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

sleep(foo, 3 * 1000);

// bar 함수는 sleep 함수의 실행이 종료된 이후에 호출되므로 3초 이상 블로킹된다.
bar();
// sleep 함수는 일정 시간(delay)이 경과한 이후에 콜백 함수를 호출한다.
function sleep(func, delay) {
    ...
}

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

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

sleep(foo, 3 * 1000);

// bar 함수는 sleep 함수의 실행이 종료된 이후에 호출되므로 3초 이상 블로킹된다.
bar();

비동기 처리

현재 실행 중인 태스크가 종료되지 않은 상태라 해도 다음 태스크를 곧바로 실행하는 방식을 비동기 처리라고 한다. 아래 setTimeout 함수는 앞서 살펴본 sleep 함수와 유사하게 일정 시간이 경과한 이후에 콜백 함수를 호출하지만 setTImeout 함수 이후의 태스크를 블로킹하지 않고 곧바로 실행한다.

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

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

setTimeout(foo, 3 * 1000);
bar();
// bar 호출 -> (3초 경과후) foo 호출
function foo() {
	console.log('foo');
}

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

setTimeout(foo, 3 * 1000);
bar();
// bar 호출 -> (3초 경과후) foo 호출

이벤트 루프와 태스크 큐

자바스크립트의 특징 중 하나는 싱글 스레드로 동작한다는 것이다. 하지만 브라우저가 동작하는 것을 살펴보면 많은 태스크가 동시에 처리되는 것처럼 느껴진다. 이처럼 자바스크립트의 동시성을 지원하는 것이 바로 이벤트 루프이다.

[ 이미지 출처 : https://dev.to/lydiahallie/javascript-visualized-event-loop-3dif ]

자바스크립트 엔진

콜 스택과 힙으로 구성되어 있는 자바스크립트 엔진은 단순히 태스크가 요청되면 콜 스택을 통해 요청된 작업을 순차적으로 실행한다.

• 콜 스택 : 소스코드 평가 과정에서 생성된 실행 컨텍스트가 추가되고 제거되는 스택 자료구조인 실행 컨텍스트 스택
• 힙 : 객체가 저장되는 메모리 공간이다. 콜 스택은 힙에 저장된 객체를 참조한다.

브라우저 or Node.js

비동기 처리에서 소스코드의 평가와 실행을 제외한 모든 처리는 자바스크립트 엔진을 구동하는 환경인 브라우저 또는 Node.js가 담당한다. 예를 들어, 비동기 방식으로 동작하는 setTimeout의 콜백 함수의 평가와 실행은 자바스크립트 엔진이 담당하지만 호출 스케줄링을 위한 타이머 설정과 콜백 함수 등록은 브라우저 또는 Node.js가 담당한다. 이를 위해 브라우저 환경은 태스크 큐와 이벤트 루프를 제공한다.

• 태스크 큐 : setTimeout이나 setInterval과 같은 비동기 함수의 콜백 함수 또는 이벤트 핸들러가 일시적으로 보관되는 영역이다. 태스크 큐와는 별도로 프로미스의 후속 처리 메서드의 콜백 함수가 일시적으로 보관되는 마이크로태스크 큐도 존재한다.
• 이벤트 루프 : 콜 스택에 현재 실행 중인 실행 컨텍스트가 있는지, 그리고 태스크 큐에 대기 중인 함수가 있는지 반복해서 확인한다. 만약 콜 스택이 비어 있고 태스크 큐에 대기 중인 함수가 있다면 이벤트 루프는 태스크 큐에 대기 중인 함수를 콜 스택으로 이동시킨다. 이때 콜 스택으로 이동한 함수는 실행된다.

예제

브라우저 환경에서 다음 예제가 어떻게 동작할지 살펴보자. foo 함수와 bar 함수 중에 어떤 함수가 먼저 실행될까?

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

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

setTimeout(foo, 0); // 0초(실제는 4ms) 후에 foo 함수가 호출된다.
bar();
function foo() {
	console.log('foo');
}

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

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

-> bar 함수가 실행된 후에 foo 함수가 실행된다.

비동기 함수인 setTimeout의 콜백 함수는 태스크 큐에 푸시되어 대기하다가 콜 스택이 비게 되면, 다시 말해 전역 코드 및 명시적으로 호출된 함수가 모두 종료하면 비로소 콜 스택에 푸시되어 실행된다.