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자바스크립트 런타임과 이벤트 루프, 비동기 처리에 대한 이해스터디/[패스트캠퍼스] 데브캠프: 김민태의 프론트엔드 개발 3기 2025. 1. 24. 14:26
자바스크립트(JavaScript)는 현대 웹 개발에서 빼놓을 수 없는 핵심 언어이다. 특히 브라우저 환경뿐 아니라 Node.js를 통해 서버 측에서도 사용되면서 더욱 그 범위가 확장되고 있다. 이러한 자바스크립트의 동작 방식을 이해하는 것은 개발자로서 필수적인 역량이다. 그중에서도 “어떻게 자바스크립트가 비동기 처리(Asynchronous)를 수행하는가?”라는 질문에 대한 답을 알고 있으면, 예측하기 어려운 오류나 성능 문제를 미연에 방지하고 코드의 유지보수성도 높일 수 있다. 이번 글에서는 자바스크립트 런타임의 핵심 개념인 이벤트 루프(Event Loop), 싱글 스레드 모델, 비동기 처리 방식 등에 관해 자세히 살펴보도록 하겠다.
자바스크립트 런타임이란?
자바스크립트 런타임이란 자바스크립트 코드가 실행되는 환경을 의미한다. 흔히 브라우저(Chrome, Firefox, Safari 등)나 Node.js가 자바스크립트 런타임의 대표적인 예이다. 런타임은 자바스크립트 코드가 돌아가는 데 필요한 엔진, API, 이벤트 루프 등을 모두 포함하며, 여기서 언급되는 이벤트 루프 메커니즘이 바로 비동기 처리를 가능하게 하는 핵심이다.
자바스크립트 엔진(예: 구글 V8, SpiderMonkey 등)은 기본적으로 자바스크립트 문법을 해석하고 실행하는 역할을 한다. 그러나 자바스크립트가 타이머 함수를 사용하거나, 서버로부터 데이터를 받아오는 AJAX 통신 등을 수행할 때는 브라우저나 Node.js에서 제공하는 Web API 혹은 Node.js API가 필요하다. 이처럼 단순히 엔진만으로는 모든 작업을 처리할 수 없고, 런타임 환경이 제공하는 여러 기능들이 종합적으로 작동함으로써 비동기 처리가 가능해진다.
싱글 스레드 모델
자바스크립트는 기본적으로 싱글 스레드(Single-Thread) 언어이다. 즉, 동시에 여러 줄의 코드를 병렬로 실행하는 것이 아니라, 단 하나의 스레드가 코드를 위에서 아래로 한 줄씩 처리한다. 그렇다면 자바스크립트 코드가 비동기로 동작하는 것처럼 보이는 이유는 무엇일까?
이는 자바스크립트 엔진이 아닌, 그 런타임(브라우저 혹은 Node.js)이 제공하는 비동기 처리 메커니즘과 이벤트 루프 덕분이다. 싱글 스레드 환경에서도 적절한 스케줄링을 통해 비동기 처리가 가능하도록 설계된 것이다.
예를 들어, 브라우저에서 setTimeout() 함수나 이벤트 핸들러, AJAX 요청 등이 비동기적으로 동작하는 이유는 이 함수들이 브라우저의 Web API에 의해 별도의 영역에서 처리되기 때문이다. 그리고 일정 시점이 되면 런타임이 콜백 함수를 자바스크립트 엔진으로 되돌려(콜백 큐에 쌓은 뒤) 실행을 요청한다. 그 가운데서 엔진은 계속해서 싱글 스레드를 유지한다.
이벤트 루프(Event Loop)의 기초
이벤트 루프는 간단히 말해, “무한정 돌아가면서(Loop) 일정 큐에서 대기 중인 콜백이나 이벤트를 확인하고, 메인 스레드에서 처리할 수 있도록 전달하는 존재”이다. 이벤트 루프는 아래와 같은 과정으로 작동한다.
- 콜 스택(Call Stack) 확인
- 현재 자바스크립트 엔진이 실행해야 하는 함수를 차례대로 스택에 쌓아둔다. 실행 중인 함수가 종료되면 콜 스택에서 제거한다.
- 콜백(Callback) 큐 혹은 태스크(Task) 큐 확인
- 브라우저 환경이라면 Web API에서 수행 중이던 비동기 작업(예: 타이머 만료, AJAX 요청 완료 등)이 끝날 때, 해당 콜백 함수를 큐에 추가한다.
- Node.js 환경이라면 Node.js API에 의해 처리가 끝난 콜백을 큐에 추가한다.
- 콜 스택이 비어있다면 큐에서 대기 중인 작업을 꺼내 실행
- 이 과정을 반복하면서 비동기적인 함수들도 결국 자바스크립트 엔진 스레드에 의해 순차적으로 실행된다.
이렇게 이벤트 루프는 계속 큐를 확인하고, 스택이 비면 큐에 쌓인 콜백을 처리하는 방식으로 작동한다.
큐와 콜 스택(Call Stack)
콜 스택
- 자바스크립트 엔진이 현재 실행 중인 함수들의 **“실행 컨텍스트”**가 쌓이는 곳이다.
- 스택 자료구조를 사용하기 때문에 후입선출(LIFO) 원칙으로 작동한다.
- 함수가 호출될 때마다 스택에 쌓이고, 함수 실행이 완료되면 스택에서 제거된다.
태스크 큐(Task Queue) 혹은 콜백 큐(Callback Queue)
- 비동기 함수(예: setTimeout(), 이벤트 핸들러, AJAX 요청 등)의 콜백이 준비 완료 상태가 되면 이 큐에 들어간다.
- 이벤트 루프는 콜 스택이 비면 태스크 큐에서 콜백을 하나씩 꺼내 실행한다.
- 브라우저 환경에서는 “매크로 태스크 큐”, “마이크로 태스크 큐” 등으로 나누어 다르게 우선순위를 부여하기도 한다.
마이크로태스크(Microtask)와 매크로태스크(Macrotask)
자바스크립트 이벤트 루프를 이해할 때, 마이크로태스크와 매크로태스크에 대한 이해도 중요하다. 모든 비동기 콜백이 동일한 우선순위로 처리되는 것은 아니기 때문이다.
- 매크로태스크(Macrotask)
- setTimeout(), setInterval(), setImmediate()(Node.js), 이벤트 핸들러 등
- 일반적인 비동기 함수가 완료되면, 해당 콜백은 매크로태스크 큐에 들어간다.
- 마이크로태스크(Microtask)
- Promise의 then(), async/await의 후속 처리, MutationObserver, queueMicrotask() 등
- 마이크로태스크 큐에 쌓인 콜백은 매크로태스크보다 우선순위가 높다.
- 이벤트 루프에서 매크로태스크를 하나 끝낼 때마다, 마이크로태스크 큐가 빌 때까지 계속해서 마이크로태스크를 처리한다.
이러한 구분 때문에, 예를 들어 Promise.then() 콜백이 setTimeout() 콜백보다 우선순위가 높으므로 먼저 실행될 수 있다. 간단히 예시 코드를 보자.
js복사console.log("시작"); setTimeout(() => { console.log("setTimeout"); }, 0); Promise.resolve().then(() => { console.log("Promise then"); }); console.log("끝");위 예시의 실행 결과는 일반적으로 다음과 같은 순서를 가진다.
javascript복사시작 끝 Promise then setTimeout이유는 다음과 같다.
- console.log("시작") → 즉시 실행
- console.log("끝") → 즉시 실행
- Promise.then(...) → 마이크로태스크
- setTimeout(...) → 매크로태스크
이러한 메커니즘을 이해하면, “왜 0ms 지연의 setTimeout()보다 Promise.then()이 먼저 실행되는가?”에 대한 궁금증이 해소된다.
비동기 처리의 특징
논블로킹(Non-Blocking)
자바스크립트는 싱글 스레드이면서도 비동기 처리를 통해 논블로킹을 구현한다. 예컨대 긴 시간이 걸리는 I/O 작업(AJAX 요청, 파일 읽기 등)은 런타임(브라우저나 Node.js)에 맡겨놓고, 메인 스레드는 다음 작업을 계속 수행한다. 작업이 완료되면 콜백이 큐에 올라오고, 이벤트 루프가 이를 인지해 실행 순서가 도래했을 때 처리한다.
직관적이지 않을 수 있음
비동기 처리는 결과가 나오는 시점을 예측하기가 어려울 수 있다. 코드 상으로는 위에 있는 줄이 먼저 실행될 것 같지만, 실제로는 콜백이 큐에서 대기하다가 실행되므로 예상치 못한 타이밍에 실행될 수 있다. 따라서 비동기 코드를 작성할 때는 콜백 패턴, Promise, async/await 등의 방법을 사용해 흐름을 제어하는 데 주의를 기울여야 한다.
자바스크립트 런타임의 활용 예시
1. 브라우저 환경에서의 비동기 예시
아래 코드는 AJAX 통신과 setTimeout()을 사용해 비동기 처리가 어떤 식으로 작동하는지 간단히 나타낸다.
html복사<!DOCTYPE html> <html> <head> <meta charset="utf-8" /> <title>비동기 예시</title> </head> <body> <script> console.log("스크립트 시작"); // AJAX 요청 (Fetch API) fetch("https://jsonplaceholder.typicode.com/todos/1") .then(response => response.json()) .then(json => { console.log("AJAX 결과:", json); }); setTimeout(() => { console.log("타이머 만료"); }, 0); console.log("스크립트 끝"); </script> </body> </html>결과(콘솔 출력)는 일반적으로 다음과 같은 순서를 보인다.
- 스크립트 시작
- 스크립트 끝
- 타이머 만료
- AJAX 결과: {...}
왜냐하면 fetch() 요청은 Web API가 관리하고, 응답이 도착할 때까지 메인 스레드는 기다리지 않는다. setTimeout() 역시 Web API에 의해 타이머가 관리되고, 0ms 후에 콜백이 태스크 큐로 들어간다. AJAX 응답이 도착하는 데 걸리는 시간은 통신 환경마다 다르므로, 보통은 setTimeout()의 콜백이 먼저 큐에 들어와 처리된다.
2. Node.js 환경에서의 비동기 예시
Node.js에서도 마찬가지로 I/O 작업은 논블로킹 방식으로 수행된다. 예를 들어 파일을 읽는 비동기 함수 fs.readFile()을 사용해보면 다음과 같은 코드 흐름을 확인할 수 있다.
js복사const fs = require("fs"); console.log("파일 읽기 시작"); fs.readFile("example.txt", "utf-8", (err, data) => { if (err) { return console.error(err); } console.log("파일 내용:", data); }); console.log("다음 작업 진행...");이 경우에도 이벤트 루프와 태스크 큐 메커니즘에 의해, fs.readFile()가 바로 파일을 읽어 오는 것이 아니라 Node.js 내부 스레드풀에서 I/O 작업을 처리한다. 그리고 그 작업이 완료되면 콜백이 큐에 들어가고, 메인 스레드가 준비되었을 때 처리된다. 출력 결과 예시는 다음과 같다.
- 파일 읽기 시작
- 다음 작업 진행...
- 파일 내용: (파일 실제 내용)
이벤트 루프를 마스터하기 위한 팁
- 콜백 큐의 순서 파악
- 코드가 복잡해질수록 어떤 콜백이 먼저 실행되는지 예측하기가 어려워진다. 콘솔 로그를 충분히 활용하고, 각 콜백의 트리거 조건을 명확히 파악해야 한다.
- 마이크로태스크 vs 매크로태스크
- Promise나 async/await를 사용할 때 이벤트 루프가 마이크로태스크를 어떤 순서로 처리하는지 이해해두면 디버깅이 훨씬 수월하다.
- 비동기 디자인 패턴
- 콜백 지옥(Callback Hell)을 피하기 위해 Promise, async/await, Generator 패턴 등 다양한 방식을 학습하고 사용해보자.
- 특히 async/await는 동기 코드처럼 작성할 수 있어 가독성을 높이는 데에 도움이 된다.
- 실험하고 디버깅하기
- 크롬 개발자 도구나 Node.js 디버거를 사용해 콜 스택, 브레이크포인트, 네트워크 탭 등을 살펴보자. 이벤트 루프의 흐름을 시각적으로 확인하면 훨씬 이해가 빨라진다.
맺음말
자바스크립트의 런타임 구조와 이벤트 루프, 비동기 처리 메커니즘은 언뜻 복잡해 보이지만, 핵심 원리를 파악해두면 예측 가능하고 안전한 코드를 작성할 수 있다.
- 싱글 스레드 언어임에도 불구하고 비동기 처리가 어떻게 가능한지 이해하려면, 결국 이벤트 루프가 제공하는 구조와 Web API/Node.js API의 협업을 이해해야 한다.
- 마이크로태스크와 매크로태스크에 관한 지식이 있으면, 콜백 실행 순서와 타이밍을 좀 더 세밀하게 다룰 수 있다.
- 비동기 함수를 어떻게 순차 실행할지, 에러 처리는 어떻게 할지 등 고민해야 할 부분이 많지만, 그만큼 자바스크립트의 진정한 강력함을 체감할 수 있는 부분이기도 하다.
이벤트 루프를 이해하면 디버깅이나 최적화, 복잡한 비동기 로직 작성에서 막히는 부분이 크게 줄어들 것이다. 새로운 자바스크립트 문법과 API가 계속 추가되고 있지만, 그 핵심 원리는 이벤트 루프와 함께 크게 달라지지 않는다. 앞으로 자바스크립트를 더 깊이 다루게 될수록, 이벤트 루프에 대한 이해는 더욱 중요해질 것이다.
이상으로 자바스크립트 런타임과 이벤트 루프, 비동기 처리의 전반적인 개념을 살펴보았다. 이 글이 자바스크립트 런타임을 이해하고, 더욱 효율적이고 유지보수하기 쉬운 비동기 코드를 작성하는 데 도움이 되길 바란다.
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