JavaScript 이벤트 루프: 글로벌 개발자를 위한 작업 큐 우선순위 및 마이크로태스크 스케줄링 마스터하기

웹 개발 및 서버 측 애플리케이션의 역동적인 세계에서 JavaScript가 코드를 실행하는 방식을 이해하는 것은 매우 중요합니다. 전 세계 개발자에게 JavaScript 이벤트 루프에 대한 깊은 이해는 유익할 뿐만 아니라 성능이 뛰어나고 반응성이 좋으며 예측 가능한 애플리케이션을 구축하는 데 필수적입니다. 이 게시물에서는 이벤트 루프의 신비를 풀고 작업 큐 우선순위 및 마이크로태스크 스케줄링의 중요한 개념에 중점을 두어 다양한 국제 청중에게 실행 가능한 통찰력을 제공합니다.

기본: JavaScript가 코드를 실행하는 방법

이벤트 루프의 복잡성에 대해 자세히 알아보기 전에 JavaScript의 기본 실행 모델을 파악하는 것이 중요합니다. 전통적으로 JavaScript는 단일 스레드 언어입니다. 즉, 한 번에 하나의 작업만 수행할 수 있습니다. 그러나 최신 JavaScript의 마법은 메인 스레드를 차단하지 않고 비동기 작업을 처리하여 애플리케이션이 매우 반응성이 좋게 느껴지도록 하는 능력에 있습니다.

이는 다음의 조합을 통해 달성됩니다.

• 콜 스택: 여기에서 함수 호출이 관리됩니다. 함수가 호출되면 스택의 맨 위에 추가됩니다. 함수가 반환되면 맨 위에서 제거됩니다. 동기 코드 실행은 여기에서 발생합니다.
• 웹 API (브라우저) 또는 C++ API (Node.js): 이는 JavaScript가 실행되는 환경에서 제공하는 기능입니다 (예: setTimeout, DOM 이벤트, fetch). 비동기 작업이 발생하면 이러한 API에 전달됩니다.
• 콜백 큐 (또는 작업 큐): 웹 API에서 시작된 비동기 작업이 완료되면 (예: 타이머가 만료되거나 네트워크 요청이 완료됨) 관련 콜백 함수가 콜백 큐에 배치됩니다.
• 이벤트 루프: 이것이 오케스트레이터입니다. 콜 스택과 콜백 큐를 지속적으로 모니터링합니다. 콜 스택이 비어 있으면 콜백 큐에서 첫 번째 콜백을 가져와 실행을 위해 콜 스택에 푸시합니다.

이 기본 모델은 setTimeout과 같은 간단한 비동기 작업이 처리되는 방식을 설명합니다. 그러나 Promises, async/await 및 기타 최신 기능의 도입으로 인해 마이크로태스크와 관련된 보다 미묘한 시스템이 도입되었습니다.

마이크로태스크 소개: 더 높은 우선순위

기존 콜백 큐는 종종 매크로태스크 큐 또는 단순히 작업 큐라고 합니다. 이와는 대조적으로 마이크로태스크는 매크로태스크보다 우선순위가 높은 별도의 큐를 나타냅니다. 이 구별은 비동기 작업의 정확한 실행 순서를 이해하는 데 중요합니다.

마이크로태스크를 구성하는 요소는 무엇입니까?

• Promises: Promises의 fulfillment 또는 rejection 콜백은 마이크로태스크로 예약됩니다. 여기에는 .then(), .catch() 및 .finally()에 전달된 콜백이 포함됩니다.
• queueMicrotask(): 마이크로태스크 큐에 작업을 추가하도록 특별히 설계된 기본 JavaScript 함수입니다.
• Mutation Observers: 이는 DOM에 대한 변경 사항을 관찰하고 콜백을 비동기적으로 트리거하는 데 사용됩니다.
• process.nextTick() (Node.js 특정): 개념은 비슷하지만 Node.js의 process.nextTick()은 훨씬 더 높은 우선순위를 가지며 모든 I/O 콜백 또는 타이머보다 먼저 실행되어 효과적으로 더 높은 계층의 마이크로태스크 역할을 합니다.

이벤트 루프의 향상된 주기

이벤트 루프의 작동은 마이크로태스크 큐의 도입으로 더욱 정교해집니다. 향상된 주기가 작동하는 방식은 다음과 같습니다.

1. 현재 콜 스택 실행: 이벤트 루프는 먼저 콜 스택이 비어 있는지 확인합니다.
2. 마이크로태스크 처리: 콜 스택이 비어 있으면 이벤트 루프는 마이크로태스크 큐를 확인합니다. 큐에 있는 모든 마이크로태스크를 하나씩 마이크로태스크 큐가 비워질 때까지 실행합니다. 이것이 중요한 차이점입니다. 마이크로태스크는 각 매크로태스크 또는 스크립트 실행 후에 일괄 처리됩니다.
3. 업데이트 렌더링 (브라우저): JavaScript 환경이 브라우저인 경우 마이크로태스크를 처리한 후 렌더링 업데이트를 수행할 수 있습니다.
4. 매크로태스크 처리: 모든 마이크로태스크가 지워지면 이벤트 루프는 다음 매크로태스크 (예: 콜백 큐, setTimeout과 같은 타이머 큐, I/O 큐)에서 선택하여 콜 스택에 푸시합니다.
5. 반복: 그런 다음 주기가 1단계부터 반복됩니다.

이는 단일 매크로태스크 실행이 잠재적으로 다음 매크로태스크가 고려되기 전에 수많은 마이크로태스크의 실행으로 이어질 수 있음을 의미합니다. 이는 인지된 응답성 및 실행 순서에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.

작업 큐 우선순위 이해: 실용적인 관점

다양한 시나리오를 고려하여 전 세계 개발자와 관련된 실제 예시로 설명해 보겠습니다.

예시 1: `setTimeout` vs. `Promise`

다음 코드 스니펫을 고려하십시오.

            console.log('Start');

setTimeout(function callback1() {
  console.log('Timeout Callback 1');
}, 0);

Promise.resolve().then(function promiseCallback1() {
  console.log('Promise Callback 1');
});

console.log('End');

            

              
                Copy
              
            
          

출력이 어떻게 될 것이라고 생각하십니까? 런던, 뉴욕, 도쿄 또는 시드니의 개발자에게 기대치는 일관되어야 합니다.

1. console.log('Start');는 콜 스택에 있으므로 즉시 실행됩니다.
2. setTimeout이 발생합니다. 타이머는 0ms로 설정되지만 중요한 것은 타이머가 만료된 후 콜백 함수가 매크로태스크 큐에 배치됩니다 (즉시).
3. Promise.resolve().then(...)이 발생합니다. Promise는 즉시 resolve되고 해당 콜백 함수는 마이크로태스크 큐에 배치됩니다.
4. console.log('End');가 즉시 실행됩니다.

이제 콜 스택이 비어 있습니다. 이벤트 루프의 주기가 시작됩니다.

• 마이크로태스크 큐를 확인합니다. promiseCallback1을 찾아 실행합니다.
• 이제 마이크로태스크 큐가 비어 있습니다.
• 매크로태스크 큐를 확인합니다. callback1 (setTimeout에서)을 찾아 콜 스택에 푸시합니다.
• callback1이 실행되어 'Timeout Callback 1'을 기록합니다.

따라서 출력은 다음과 같습니다.

            Start
End
Promise Callback 1
Timeout Callback 1

            

              
                Copy
              
            
          

이는 `setTimeout`의 지연 시간이 0이더라도 마이크로태스크 (Promises)가 매크로태스크 (setTimeout)보다 먼저 처리됨을 명확하게 보여줍니다.

예시 2: 중첩된 비동기 작업

중첩된 작업과 관련된 보다 복잡한 시나리오를 살펴보겠습니다.

            console.log('Script Start');

setTimeout(() => {
  console.log('setTimeout 1');
  Promise.resolve().then(() => console.log('Promise 1.1'));
  setTimeout(() => console.log('setTimeout 1.1'), 0);
}, 0);

Promise.resolve().then(() => {
  console.log('Promise 1');
  setTimeout(() => console.log('setTimeout 2'), 0);
  Promise.resolve().then(() => console.log('Promise 1.2'));
});

console.log('Script End');

            

              
                Copy
              
            
          

실행을 추적해 보겠습니다.

1. console.log('Script Start');는 'Script Start'를 기록합니다.
2. 첫 번째 setTimeout이 발생합니다. 해당 콜백 (`timeout1Callback`이라고 함)은 매크로태스크로 큐에 대기됩니다.
3. 첫 번째 Promise.resolve().then(...)이 발생합니다. 해당 콜백 (`promise1Callback`)은 마이크로태스크로 큐에 대기됩니다.
4. console.log('Script End');는 'Script End'를 기록합니다.

이제 콜 스택이 비어 있습니다. 이벤트 루프가 시작됩니다.

마이크로태스크 큐 처리 (1라운드):

• 이벤트 루프는 마이크로태스크 큐에서 `promise1Callback`을 찾습니다.
• `promise1Callback`이 실행됩니다.
• 'Promise 1'을 기록합니다.
• setTimeout을 만납니다. 해당 콜백 (`timeout2Callback`)은 매크로태스크로 큐에 대기됩니다.
• 다른 Promise.resolve().then(...)을 만납니다. 해당 콜백 (`promise1.2Callback`)은 마이크로태스크로 큐에 대기됩니다.
• 이제 마이크로태스크 큐에 `promise1.2Callback`이 포함됩니다.
• 이벤트 루프는 마이크로태스크 처리를 계속합니다. `promise1.2Callback`을 찾아 실행합니다.
• 이제 마이크로태스크 큐가 비어 있습니다.

매크로태스크 큐 처리 (1라운드):

• 이벤트 루프는 매크로태스크 큐를 확인합니다. `timeout1Callback`을 찾습니다.
• `timeout1Callback`이 실행됩니다.
• 'setTimeout 1'을 기록합니다.
• Promise.resolve().then(...)을 만납니다. 해당 콜백 (`promise1.1Callback`)은 마이크로태스크로 큐에 대기됩니다.
• 다른 setTimeout을 만납니다. 해당 콜백 (`timeout1.1Callback`)은 매크로태스크로 큐에 대기됩니다.
• 이제 마이크로태스크 큐에 `promise1.1Callback`이 포함됩니다.

콜 스택이 다시 비어 있습니다. 이벤트 루프가 주기를 다시 시작합니다.

마이크로태스크 큐 처리 (2라운드):

• 이벤트 루프는 마이크로태스크 큐에서 `promise1.1Callback`을 찾아 실행합니다.
• 이제 마이크로태스크 큐가 비어 있습니다.

매크로태스크 큐 처리 (2라운드):

• 이벤트 루프는 매크로태스크 큐를 확인합니다. `timeout2Callback` (첫 번째 setTimeout의 중첩된 setTimeout에서)을 찾습니다.
• `timeout2Callback`이 실행되어 'setTimeout 2'를 기록합니다.
• 이제 매크로태스크 큐에 `timeout1.1Callback`이 포함됩니다.

콜 스택이 다시 비어 있습니다. 이벤트 루프가 주기를 다시 시작합니다.

마이크로태스크 큐 처리 (3라운드):

• 마이크로태스크 큐가 비어 있습니다.

매크로태스크 큐 처리 (3라운드):

• 이벤트 루프는 `timeout1.1Callback`을 찾아 실행하여 'setTimeout 1.1'을 기록합니다.

이제 큐가 비어 있습니다. 최종 출력은 다음과 같습니다.

            Script Start
Script End
Promise 1
Promise 1.2
setTimeout 1
setTimeout 2
Promise 1.1
setTimeout 1.1

            

              
                Copy
              
            
          

이 예는 단일 매크로태스크가 마이크로태스크의 연쇄 반응을 트리거할 수 있으며, 이는 이벤트 루프가 다음 매크로태스크를 고려하기 전에 모두 처리됨을 강조합니다.

예시 3: `requestAnimationFrame` vs. `setTimeout`

브라우저 환경에서 requestAnimationFrame은 또 다른 흥미로운 스케줄링 메커니즘입니다. 애니메이션용으로 설계되었으며 일반적으로 매크로태스크 후에 처리되지만 다른 렌더링 업데이트 전에 처리됩니다. 우선순위는 일반적으로 setTimeout(..., 0)보다 높지만 마이크로태스크보다 낮습니다.

다음을 고려하십시오.

            console.log('Start');

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

requestAnimationFrame(() => console.log('requestAnimationFrame'));

Promise.resolve().then(() => console.log('Promise'));

console.log('End');

            

              
                Copy
              
            
          

예상 출력:

            Start
End
Promise
setTimeout
requestAnimationFrame

            

              
                Copy
              
            
          

이유는 다음과 같습니다.

1. 스크립트 실행은 'Start', 'End'를 기록하고 setTimeout에 대한 매크로태스크를 큐에 대기시키고 Promise에 대한 마이크로태스크를 큐에 대기시킵니다.
2. 이벤트 루프는 마이크로태스크를 처리합니다. 'Promise'가 기록됩니다.
3. 이벤트 루프는 매크로태스크를 처리합니다. 'setTimeout'이 기록됩니다.
4. 매크로태스크와 마이크로태스크가 처리된 후 브라우저의 렌더링 파이프라인이 시작됩니다. requestAnimationFrame 콜백은 일반적으로 이 단계에서 다음 프레임이 그려지기 전에 실행됩니다. 따라서 'requestAnimationFrame'이 기록됩니다.

이는 대화형 UI를 구축하는 모든 글로벌 개발자에게 매우 중요하며 애니메이션이 부드럽고 반응성이 유지되도록 합니다.

글로벌 개발자를 위한 실행 가능한 통찰력

이벤트 루프의 메커니즘을 이해하는 것은 학문적인 연습이 아닙니다. 전 세계적으로 강력한 애플리케이션을 구축하는 데 실질적인 이점이 있습니다.

• 예측 가능한 성능: 실행 순서를 알면 특히 사용자 상호 작용, 네트워크 요청 또는 타이머를 처리할 때 코드가 어떻게 동작하는지 예상할 수 있습니다. 이는 사용자의 지리적 위치 또는 인터넷 속도에 관계없이 보다 예측 가능한 애플리케이션 성능으로 이어집니다.
• 예상치 못한 동작 방지: 마이크로태스크와 매크로태스크 우선순위를 잘못 이해하면 예상치 못한 지연이나 순서가 잘못된 실행이 발생할 수 있으며, 이는 분산 시스템 또는 복잡한 비동기 워크플로가 있는 애플리케이션을 디버깅할 때 특히 좌절스러울 수 있습니다.
• 사용자 경험 최적화: 전 세계 사용자에게 서비스를 제공하는 애플리케이션의 경우 응답성이 중요합니다. 시간 민감한 업데이트에 Promises 및 async/await (마이크로태스크에 의존)을 전략적으로 사용하면 백그라운드 작업이 발생하는 경우에도 UI가 유동적이고 대화형으로 유지되도록 할 수 있습니다. 예를 들어 사용자의 작업 직후에 덜 중요한 백그라운드 작업을 처리하기 전에 UI의 중요한 부분을 즉시 업데이트합니다.
• 효율적인 리소스 관리 (Node.js): Node.js 환경에서 process.nextTick()과 다른 마이크로태스크 및 매크로태스크와의 관계를 이해하는 것은 비동기 I/O 작업의 효율적인 처리에 매우 중요하며 중요한 콜백이 즉시 처리되도록 합니다.
• 복잡한 비동기 디버깅: 디버깅할 때 브라우저 개발자 도구 (예: Chrome DevTools의 성능 탭) 또는 Node.js 디버깅 도구를 사용하면 이벤트 루프의 활동을 시각적으로 나타내어 병목 현상을 식별하고 실행 흐름을 이해하는 데 도움이 됩니다.

비동기 코드를 위한 모범 사례

• 즉각적인 연속에 Promise 및 async/await 선호: 비동기 작업의 결과가 다른 즉각적인 작업 또는 업데이트를 트리거해야 하는 경우 setTimeout(..., 0)에 비해 더 빠른 실행을 보장하는 마이크로태스크 스케줄링으로 인해 일반적으로 Promises 또는 async/await가 선호됩니다.
• 이벤트 루프에 양보하려면 setTimeout(..., 0) 사용: 때로는 다음 매크로태스크 주기로 작업을 연기할 수 있습니다. 예를 들어 브라우저가 업데이트를 렌더링하거나 장기 실행 동기 작업을 분할할 수 있도록 합니다.
• 중첩된 비동기성에 유의하십시오: 예에서 볼 수 있듯이 깊이 중첩된 비동기 호출은 코드를 추론하기 어렵게 만들 수 있습니다. 가능한 경우 비동기 논리를 평면화하거나 복잡한 비동기 흐름을 관리하는 데 도움이 되는 라이브러리를 사용하는 것이 좋습니다.
• 환경 차이 이해: 핵심 이벤트 루프 원칙은 비슷하지만 특정 동작 (예: Node.js의 process.nextTick())은 다를 수 있습니다. 코드가 실행되는 환경을 항상 인식하십시오.
• 다양한 조건에서 테스트: 전 세계 사용자를 위해 다양한 네트워크 조건 및 장치 기능에서 애플리케이션의 응답성을 테스트하여 일관된 환경을 보장하십시오.

결론

마이크로태스크와 매크로태스크에 대한 뚜렷한 큐가 있는 JavaScript 이벤트 루프는 JavaScript의 비동기적 특성을 강화하는 조용한 엔진입니다. 전 세계 개발자에게 우선순위 시스템에 대한 철저한 이해는 단순한 학문적 호기심의 문제가 아니라 고품질의 응답성이 좋고 성능이 뛰어난 애플리케이션을 구축하기 위한 실질적인 필요성입니다. 콜 스택, 마이크로태스크 큐 및 매크로태스크 큐 간의 상호 작용을 마스터하면 보다 예측 가능한 코드를 작성하고 사용자 경험을 최적화하며 모든 개발 환경에서 복잡한 비동기 문제를 자신 있게 해결할 수 있습니다.

계속 실험하고, 계속 배우고, 행복한 코딩을 하세요!