동기 처리와 비동기 처리
함수가 실행되려면 함수 코드 평가 과정에서 생성된 함수 실행 컨텍스트가 실행 컨텍스트 스택에 푸시되어야 한다. 함수가 호출된 순서대로 순차적으로 실행되는 이유는 함수가 호출된 순서대로 함수 실행 컨텍스트가 실행 컨텍스트 스택에 푸시되기 때문이다.
자바스크립트 엔진은 단 하나의 실행 컨텍스트 스택을 갖는다. 즉 2개 이상의 함수를 동시에 실행할 수 없다. 실행 컨텍스트 스택의 최상위 요소인 실행 중인 컨텍스트를 제외한 모든 실행 컨텍스트는 실행 대기 중인 태스크들이다.
이처럼 자바스크립트 엔진은 한 번에 하나의 태스크만 실행할 수 있는 싱글 스레드 방식으로 동작한다. 싱글 스레드 방식은 한 번에 하나의 태스크만 실행할 수 있기 때문에 처리에 시간이 걸리는 태스크를 실행할 경우 블로킹(작업 중단)이 발생한다.
이처럼 현재 실행 중인 태스크가 종료할 때까지 다음 실행될 태스크가 대기하는 방식을 동기 처리라 한다.
setTimeout 함수를 생각해 보자. setTimeout 함수는 일정 시간이 경과한 후 콜백 함수를 호출하며, setTimeout 함수 이후 블로킹 없이 다음 태스크를 실행한다.
이처럼 현재 실행 중인 태스크가 종료되지 않은 상태라 해도 다음 태스크를 곧바로 실행하는 방식을 비동기 처리라 한다.
동기 처리의 경우 태스크가 블로킹되는 단점이 있지만 실행 순서를 보장한다는 장점이 있다. 반면 비동기 처리의 경우 태스크가 블로킹되지 않지만 실행 순서를 보장할 수 없다는 단점이 있다.
이벤트 루프와 태스크 큐
자바스크립트는 싱글 스레드로 동작하지만 브라우저의 동작을 살펴보면 태스크가 동시에 처리되는 것처럼 느껴진다. 자바스크립트는 이벤트 루프를 통해 동시성을 지원한다. 이벤트 루프는 브라우저에 내장되어 있는 기능 중 하나이다. 이벤트 루프와 브라우저 환경을 도식화 하면 아래 그림과 같다.
함수를 호출하면 함수 실행 컨텍스트가 순차적으로 콜 스택에 푸시되어 순차적으로 실행된다. 실행 컨텍스트는 힙에 저장된 객체를 참조한다. 콜 스택과 힙으로 구성된 자바스크립트 엔진은 단순히 태스크가 요청되면 콜 스택을 통해 요청된 작업을 순차적으로 실행할 뿐이다. 비동기 처리에서 소스코드의 평가와 실행을 제외한 모든 처리는 자바스크립트 엔진을 구동하는 환경인 브라우저 또는 Node.js가 담당한다. 비동기 처리의 스케줄을 위해 브라우저 환경은 태스크 큐와 이벤트 루프를 제공한다.
태스크 큐는 비동기 함수의 콜백 함수 또는 이벤트 핸들러가 일시적으로 보관되는 영역이다. 이벤트 루프는 콜 스택에서 현재 실행 중인 실행 컨텍스트가 있는지, 태스크 큐에 대기 중인 함수가 있는지를 반복적으로 확인한다. 만약 콜 스택이 비어있고 태스크 큐에 대기 중인 함수가 있다면 이벤트 루프는 순차적으로 태스크 큐에 대기 중인 함수를 콜 스택으로 이동시킨다. 콜 스택으로 이동한 함수는 실행된다.
중요한 점은 자바스크립트 엔진은 싱글 스레드로 동작하지만 브라우저는 멀티 스레드로 동작한다는 것이다.