동기 처리와 비동기 처리
실행 컨텍스트 스택에 함수 실행 컨텍스트가 푸시되는 것은 함수 실행의 시작을 의미한다. 함수가 호출된 순서대로 함수 실행 컨텍스트가 실행 컨텍스트 스택에 푸시된다. 이처럼 함수의 실행 순서는 실행 컨텍스트 스택으로 관리한다.
자바스크립트 엔진은 단 하나의 실행 컨텍스트 스택을 갖는데, 이는 동시에 2개 이상의 함수를 동시에 실행할 수 없다는 것을 의미한다. 실행 중인 실행 컨텍스트를 제외한 모든 실행 컨텍스트는 모두 실행 대기 중인 태스크들이다.
이처럼 자바스크립트 엔진은 한 번에 하나의 태스크만 실행할 수 있는 싱글 스레드 방식으로 동작한다. 싱글 스레드 방식은 처리에 시간이 걸리는 태스크를 실행하는 경우 블로킹이 발생한다.
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.
반면 현재 실행 중인 태스크가 종료되지 않은 상태라 해도 다음 태스크를 곧바로 실행하는 방식을 비동기 처리라고 한다. 비동기 처리 방식은 블로킹이 발생하지 않는다는 장점이 있지만, 태스크의 실행 순서가 보장되지 않는 단점이 있다.
타이머 함수인 setTimeout과 setInterval, HTTP 요청, 이벤트 핸들러는 비동기 처리 방식으로 동작한다.
이벤트 루프와 태스크 큐
자바스크립트는 싱글 스레드로 동작해 한 번에 하나의 태스크만 처리할 수 있지만, 브라우저가 동작하는 것을 보면 많은 태스크가 동시에 처리되는 것처럼 느껴진다. HTML 요소가 애니메이션 효과를 통해 움직이면서 이벤트를 처리하는 등, 자바스크립트의 동시성을 지원하는 것이 이벤트 루프다.
자바스크립트 엔진은 크게 아래 2개의 영역으로 구분할 수 있다.
- 콜 스택call stack
- 소스코드 평가 과정에서 생성된 실행 컨텍스트가 추가되고 제거되는 스택 자료구조인 실행 컨텍스트 스택
- 함수를 호출하면 함수 실행 컨텍스트가 순차적으로 콜 스택에 푸시되어 순차적으로 실행
- 최상위 실행 컨텍스트가 종료되어 콜 스택에서 제거되기 전까지 다른 어떤 태스크도 실행되지 않음
- 자바스크립트 엔진은 단 하나의 콜 스택을 사용
- 힙heap
- 객체가 저장되는 메모리 공간
- 콜 스택의 요소인 실행 컨텍스트는 힙에 저장된 객체를 참조
- 구조화 되어 있지 않음
- 할당해야 할 메모리 공간의 크기를 런타임에 동적 할당
비동기 처리에서 소스코드의 평가와 실행을 제외한 모든 처리는 자바스크립트 엔진을 구동하는 환경인 브라우저 또는 Node.js가 담당한다. 이를 위해 브라우저 환경은 태스크 큐와 이벤트 루프를 제공한다.
- 태스크 큐task/event/callback queue
- setTimeout과 같은 비동기 함수의 콜백 함수 또는 이벤트 핸들러가 일시적으로 보관되는 영역
- 이벤트 루프event loop
- 콜 스택에 현재 실행 중인 실행 컨텍스트가 있는지, 태스크 큐에 대기 중인 함수가 있는지 반복해서 확인
- 콜 스택이 비어 있고 태스크 큐에 대기 중인 함수가 있다면 순차적FIFO으로 태스크 큐에 대기 중인 함수를 콜 스택으로 이동 시킴
- 이때, 콜 스택으로 이동한 함수는 실행된다.
자바스크립트는 싱글 스레드 방식으로 동작한다. 이때 싱글 스레드 방식으로 동작하는 것은 브라우저가 아니라 브라우저에 내장된 자바스크립트 엔진이다. 즉, 자바스크립트 엔진은 싱글 스레드로 동작하지만 브라우저는 멀티 스레드로 동작한다.
브라우저는 자바스크립트 엔진 외에도 렌더링 엔진과 Web API를 제공한다. Web API는 ECMAScript 사양에 정의된 함수가 아니라 브라우저에서 제공하는 API이며, DOM API와 타이머 함수, HTTP 요청(Ajax)과 같은 비동기 처리를 포함한다.