동기 함수와 비동기 함수

1. 동기 함수

비동기 함수에 대하여 제대로 알아보기 전에, 먼저 동기 함수에 대하여 먼저 알아보도록 하겠다.

 

동기 함수란?
동기 함수란 현재 실행 중인 태스크가 종료될 때까지 다음에 실행되는 태스크가 대기한다.(블로킹)
즉시 결과를 반환하고, 실행 흐름을 예측 가능하고 직관적으로 만든다.

동기 함수의 장점: 태스크를 순서대로 하나씩 처리하므로 실행 순서가 보장된다.
동기 함수의 단점: 앞선 태스크가 종료될 때까지 이후 태스크들이 블로킹되는 단점이 있다.

 

함수를 호출시 함수 코드가 평가되어 함수 실행 컨텍스트가 생성된다.

이때 생성된 함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택(콜 스텍)에 푸쉬되고 함수 코드가 실행된다.

함수가 호출된 순서대로 순차적으로 함수 실행 컨텍스트가 실행 컨텍스트 스택에 푸쉬된다.

함수 코드의 실행이 종료되면 함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 팝되어 제거된다.

 

const foo = () => {};
const var = () => {};

foo();
bar();

 

이처럼 함수의 실행 순서는 실행 컨텍스트 스택을 통하여 관리한다.

자바스크립트는 단 하나의 실행 컨텍스트 스택(콜 스택)을 갖는다.

함수를 실행할 수 있는 창구가 단 하나이며, 두 개 이상의 함수를 동시에 실행할 수 없다.

자바스크립트 엔진은 한 번에 하나의 태스크(실행 컨텍스트)만 실행할 수 있는 싱글 스레드 방식으로 동작한다.

 

실행 컨텍스트 스택의 최상위 요소인 "실행 중인 컨텍스트"를 제외한 모든 실행 컨텍스트는 실행 대기 중인 태스크다.

대기 중인 태스크들은 현재 실행 중인 컨텍스트가 종료되어 실행 컨텍스트 스택에서 제거되면 비로소 실행되기 시작한다.

 

싱글 스레드 방식은 한 번에 하나의 태스크만 실행할 수 있기 때문에

처리에 시간이 걸리는 태스크를 실행하는 경우 블로킹(작업 중단)이 발생한다.

 

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

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

function foo () {
  console.log("bar");
}

sleep(foo, 3 * 1000);
bar();

 

sleep 함수는 3초 후에 foo 함수를 호출한다.

bar 함수는 sleep 함수의 실행이 종료된 이후에 호출된다.

3초 + foo 함수 실행 시간동안 블로킹(작업 중단) 되는 것이다.

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2. 비동기 함수

이제 비동기 함수에 대하여 알아보도록 하겠다.

 

비동기 함수란?
비동기 함수란 현재 실행 중인 태스크가 종료되지 않은 상태라고 해도 다음 태스크를 곧바로 실행한다.
호출하자마자 결과를 즉시 반환하지 않고 나중에 결과를 준비해서 알려주는 함수다.
한 마디로 처리에 시간이 걸리는 함수(네트워크 요청, 파일 읽기, 타이머 등) 이후의 태스크를 블로킹하지 않는다.

비동기 함수의 장점:
현재 실행 중인 태스크가 종료되지 않은 상태라고 해도 다음 태스크를 곧바로 실행하므로 블로킹이 발생하지 않는다.
비동기 함수의 단점: 태스크를 실행 순서가 보장되지 않는다는 단점이 있다.

 

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

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

setTimeout(foo, 3 * 1000);
bar();

 

비동기 함수인 setTimeout 함수는 일정 시간(3초)이 경과한 이후에 콜백 함수(foo 함수)를 호출한다.

setTimeout 함수 이후의 태스크(bar 함수)는 블로킹되지 않고 곧바로 실행된다.

 

이렇게 타이머 함수인 setTimeout, setInterval, HTTP 요청, 이벤트 핸들러는 비동기 처리 방식으로 동작한다.

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2-1. 이벤트 루프와 태스크 큐

이제 비동기 함수가 정확히 어떻게 동작하는지 알아보도록 하겠다.

비동기 처리는 이벤트 루프와 태스크 큐와 깊은 관계가 있다.

 

위에서 말한 대로 자바스크립트는 싱글 스레드로 동작한다.(자바스크립트의 특징 중 하나)

싱글 스레드 방식은 한 번에 하나의 태스크만 처리할 수 있다는 것을 의미한다.

하지만 브라우저가 동작하는 것을 살펴보면 많은 태스크가 동시에 처리되는 것처럼 느껴진다.

이처럼 자바스크립트의 동시성을 지원하는 것이 바로 이벤트 루프다.

이벤트 루프는 브라우저에 내장되어 있는 기능 중 하나다.

 

 

일단 기본적으로 동작하는 자바스크립트 엔진은 크게 두 개의 영역, 실행 컨텍스트 스택(콜 스택)과 힙으로 구분할 수 있다.

 

콜 스택:
소스코드(전역 코드나 함수 코드 등) 평가 과정에서 생성된 실행 컨텍스트가
추가되고 제거되는 스택 자료구조인 실행 컨텍스트 스택을 의미한다.

힙:
객체가 저장되는 메모리 공간이다.
콜 스택의 요소인 실행 컨텍스트는 힙에 저장된 객체를 참조한다.
객체는 크기가 정해져 있지 않아 할당해야 할 메모리 공간의 크기를 런타임에 결정(동적 할당)한다.(구조화 X)

 

이처럼 콜 스택과 힙으로 구성되어 있는 자바스크립트 엔진은

단순히 태스크가 요청되면 콜 스택을 통해 요청된 작업을 순차적으로 실행할 뿐이다.

비동기 처리에서 소스 코드 평가와 실행을 제외한 모든 처리를

자바스크립트 엔진을 구동하는 환경인 브라우저 또는 Node.js가 담당한다.(멀티 스레드)

 

예를 들어, 비동기 함수 setTimeout를 예로 들면

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

이를 위해 브라우저 환경은 태스크 큐와 이벤트 루프를 제공한다.

 

태스크 큐:
비동기 함수의 콜백 함수나 이벤트 핸들러가 일시적으로 보관되는 영역이다.
태스크 큐와 별도로 프로미스의 후속 처리 메서드의 콜백 함수가 일시적으로 보관되는 마이크로태스크 큐도 존재한다.

이벤트 루프:
실행 컨텍스트 스택(콜 스택)에 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 순차적으로 태스크 큐에 대기 중인 함수를 콜 스택으로 이동시켜 실행한다.
태크스 큐에 일시 보관된 함수들은 비동기 처리 방식으로 동작한다.

 

비동기 함수의 개념에 대한 연장선으로,

비동기 함수의 단점과 프로미스에 관하여 정리한 글은 아래에서 확인할 수 있다.

2025.04.28 - [Javascript/Concept] - 비동기 함수의 단점과 프로미스.