자바스크립트는 어떻게 동시성을 지원할까?

자바스크립트는 싱글스레드 언어

• Memory Heap : 메모리 할당을 담당하는 곳

• Call Stack : 코드가 호출되면서, 스택으로 쌓이는 곳

싱글스레드라며? 어떻게 동시성을 가질 수 있는거지?

Node.js는 비동기 이벤트 주도 javaScript 런타임으로써 Node.js 는 확장성 있는 네트워크 애플리케이션을 만들 수 있도록 설계되었습니다.

node.js 구조

libuv is a multi-platform support library with a focus on asynchronous I/O. It was primarily developed for use by Node.js, but it’s also used by Luvit, Julia, uvloop, and others.

1. Node.js는 Javascript와 C++언어로 구성되어 있다. V8엔진도 70% 이상의 C++로 구성되어 있으며, libuv는 100%의 C++언어로 구성된 라이브러리이다.

2. Node.js의 코어 라이브러리는 binding API을 통해 javascript 환경에서 사용될 수 있다. (예를 들면 Node.js의 내장 모듈인 crypto는 원래 C++ 언어로 작성되어 있다고 한다)

3. Node.js에 동작하는 이벤트 루프는 libuv 내에서 구현된다. 이벤트 루프가 libuv 내에서 실행된다고 해서 Javascript의 스레드와 이벤트 루프의 스레드가 별도로 존재한다고 생각할 수도 있지만, Node.js는 싱글스레드이기 때문에 하나의 이벤트 루프를 가지며, 하나의 스레드가 모든 것을 처리한다.

이벤트루프

• 이벤트 루프가 태스크 큐에서 콜스택으로 콜백 함수를 넘겨주는 작업은 콜스택에 쌓여있는 함수가 없을때만 수행된다. 따라서 콜스택에 많은 함수들을 쌓아 놓는 것들은 다른 태스크들을 블로킹할 여지를 높이게 된다. (실행이 오래 걸리는 코드들은 적절하게 작업을 세분화하여 비동기 호출을 통해 성능을 개선하자!)

• 매 이벤트를 처리하며 순환되는 Event Loop는 싱글 쓰레드이며 한 번에 하나의 이벤트만 처리할 수 있다. 이벤트 루프는 여러 개의 페이즈(Phase)들을 갖고 있으며, 해당 페이즈들은 각자만의 큐(Queue)를 갖는다.

• 이벤트 루프는 라운드 로빈(round-robin) 방식으로 노드 프로세스가 종료될때까지 일정 규칙에 따라 여러 개의 페이즈들을 계속 순회한다.

setTimeout(() => {
  console.log('timeout');
}, 0);

setImmediate(() => {
  console.log('immediate');
});

논블로킹(Non-Blocking)

여기서 백그라운드란 OS 커널 혹은 libuv의 스레드 풀을 의미한다. libuv는 OS 커널에서 어떤 비동기 작업들을 지원해주는지 알고 있기때문에, 작업 종류에 따라 커널 혹은 스레드 풀로 분기한다. 작업이 완료되면 이벤트 루프에게 이를 알려주고, 이벤트 루프에 콜백함수로 등록된다.

동시성의 의미

처음부터 멀티스레드를 지원하게 만들면 되지 않았을까?

ios나 android에서도 UI에 대한 변경은 UI thread(main thread)에서만 가능한 것으로 알고 있다.

내가 애용하는 python(CPython 기준)도 멀티 쓰레드로 코드를 짜도, 실상은 python 인터프리터에 하나의 유저 레벨 스레드만 코드에 접근이 가능한 GIL(Global Iterpreter Lock)이라는 개념이 있다.이 역시 python에서 thread-safe 관련한 문제들을 가장 간단하게 해결하기 위한 방법이었을 것이라는 생각이 든다.

참고