동기와 비동기 & 블로킹과 논블로킹
들어가며
JavaScript is a single-threaded, non-blocking, asynchrounous programming language.
자바스크립트를 쓰는 개발자라면 한 번쯤은 들어본 자바스크립트에 대한 설명이다. 하지만, 이게 정확히 무슨 말인지 잘 와닿지 않는다. 논블로킹이면 막지 않는다라는 뜻이니까, 느낌상 여러 함수가 실행되는 것을 막지 않는다는 뜻인 것 같다. 근데, 동기적으로 실행되는 코드가 한 줄씩 차례대로 실행되니까 비동기는 여러 줄이 같이 실행되는건가..? 그럼 둘은 같은건가..? 매우 헷갈린다. 지금부터 이 블로킹과 논블로킹 그리고 동기와 비동기가 정확히 무엇을 의미하는지 알아보자.
제어권과 결과값
그 전에, 이 둘의 차이를 정확하게 이해하기 위해선 우선 제어권과 결과값이라는 개념을 알고 있어야한다.
제어권은 말그대로 함수를 제어할 수 있는 권한이다. 함수 안에 있는 내용이 실행되기 위해선, 해당 함수는 제어권을 부여받아야 한다. 쉽게, 함수가 행동할 수 있는 권리라고 생각하자.
결과값도 말그대로 함수의 결과 즉, 함수의 리턴값이다. 여기서 주의할 점이 있는데, 함수 실행 도중에 결과값을 요청하면, 아직 결과가 없더라도 함수는 ‘아직 결과 없음’이라는 결과값을 임시로 내놓을 수 있다.
함수들은 다음과 같이 서로 (제어권과) 결과값을 주고 받으며 실행된다.
블로킹과 논블로킹
블로킹과 논블로킹은 전체적인 작업의 흐름이 어떠한 작업에 의해 중단되는지 여부에 따라 결정된다. 즉, 함수를 실행하는 제어권이 누구한테 있는지가 핵심이다.
블로킹
전체적인 작업의 흐름이 다른 작업에 의해 멈추면 이는 블로킹이다. 제어권의 관점에서 보면, A 함수가 B 함수를 호출할 시 제어권이 A 함수에서 B 함수로 넘어간다. B 함수가 완료돼서야, 제어권이 B 함수에서 A 함수로 넘어온다.
이 과정을 그림과 함께 순서대로 살펴보자.
- A 함수가 B 함수를 호출한다. 제어권은 A 함수에서 B 함수로 넘어간다.
- 제어권을 받은 B 함수가 실행된다. 제어권을 잃은 A 함수는 A 함수의 실행을 멈춘다.
- B 함수의 실행이 끝나고 제어권을 다시 A 함수에게 돌려준다. 나머지 A 함수가 실행된다.
논블로킹
다른 작업의 실행이 전체적인 작업의 흐름을 중단시키지 않으면 이는 논블로킹이다. 제어권의 관점에서 보면, A 함수가 B 함수를 호출하지만 제어권은 계속 A 함수에게 있다. 즉, 제어권은 넘어가지 않는다.
이 과정을 그림과 함께 순서대로 살펴보자.
- A 함수가 B 함수를 호출한다. 하지만, 제어권은 넘기지 않는다.
- 제어권이 A 함수에게 있으므로, B 함수가 호출되어도 A 함수는 멈추지 않고 실행된다.
제어권이 없는 B 함수가 어떻게 실행되는건가?
함수의 실행 주체가 다른 서버나 동일 서버 내 다른 스레드(멀티 스레드)에 있기 때문에, 제어권을 넘겨주지 않아도 함수가 실행될 수 있다. 예를 들어, http 통신의 경우 B 함수를 실행하는 주체는 원격 서버가 될 수 있다.
동기와 비동기
동기와 비동기는 여러 작업들이 시간에 맞춰 실행되는지에 따라 결정된다. 즉, 작업 실행의 타이밍이 핵심이다. 작업 실행의 타이밍을 맞추면 동기 맞추지 않으면 비동기다.
동기 (sync)
이 ‘타이밍을 맞춘다(= 동기)’라는 뜻은 2가지 중 한 가지 규칙을 따르는 것을 의미한다.
- 작업의 시작과 완료 시간을 맞추기
- 작업 시간이 겹치지 않게 차례대로 실행하기
함수들끼리 이런 규칙을 지킬 수 있는 이유는 함수의 호출자가 호출한 함수가 완료됐는지 계속 확인하기 때문이다. 함수가 완료되었다는 응답과 함께 결과값을 받은 후, 다음 함수를 실행하는 것이다.
여기서, 호출자가 호출한 함수의 결과값(함수의 완료)을 기다린다는 뜻은 결과값이 있어야 다음 작업을 수행할 수 있다는 뜻을 의미한다.
비동기 (async)
비동기는 말그대로 동기적이지 않다. 즉, 함수끼리 서로 시작과 완료에 대해 신경쓰지 않는다. 비동기로 호출된 함수는 완료되면 결과값과 함께 스스로 호출자에게 완료되었다는 신호를 준다. 때문에, 여러 함수들이 시작되고 끝나는 타이밍은 맞지 않을 수도 있다.
여기서, 호출자가 호출한 함수의 결과값(함수의 완료)을 기다리지 않는다는 뜻은 당장 결과값이 없어도 다음 작업을 수행할 수 있다는 것을 의미한다.
블로킹/논블로킹, 동기/비동기 요약
블로킹 / 논블로킹
호출자가 호출한 함수에게 제어권(함수의 실행권)을 넘겨주는가?
넘겨준다 = 블로킹
: 호출자는 호출한 함수가 끝날 때까지 아무것도 하지 못하고 대기한다.
넘겨주지 않는다 = 논블로킹
: 호출자는 함수의 호출과 동시에 자신의 작업을 실행한다.
동기 / 비동기
호출자가 호출한 함수의 완료 여부(결과값)를 확인하는가?
확인한다 = 동기
: 호출자와 호출한 함수가 시간을 맞춘다.
(다음 작업이 이전의 결과값을 필요로 함)
확인하지 않는다 = 비동기
: 함수끼리 서로 완료 여부를 신경쓰지 않는다.
(다음 작업이 이전의 결과값을 필요로 하지 않음)
블로킹/논블로킹, 동기/비동기 조합
위에서 알아본 개념들로 (2X2) 4가지 조합이 가능하다. 각 조합의 의미하는 바와 이에 대한 실제 예시들을 알아보자.
1. 동기 + 블로킹 (sync-blocking)
동기 : 호출자는 호출한 함수의 결과값을 필요로 함
블로킹 : 호출자는 호출한 함수가 끝날 때 (제어권/결과값을 돌려받을 때)까지 아무것도 못하고 대기
= 호출자는 호출한 함수의 결과값을 받을 때 까지, 아무것도 못하고 대기
예시
- 커맨드에서 Input 입력받아 Output 출력하기
- 제어권이 시스템에서 사용자로 넘어가, 시스템이 사용자가 입력한 결과값이 필요로 하기 때문에 기다린다.
2. 동기 + 논블로킹 (sync-nonblocking)
동기 : 호출자는 호출한 함수의 결과값을 필요로 함 (함수의 완료 여부를 물음)
논블로킹 : 호출자는 함수의 호출과 동시에 (제어권을 주지 않고) 자신의 작업을 실행
= 호출자는 호출한 함수의 결과값을 받기 전까지 가능한 작업을 실행
예시
- 게임에서 데이터 로드율 표시하기
- 맵 이동 시 서버가 맵 데이터 처리를 완료되었는지 계속 확인한다. 제어권은 나에게 있기 때문에 동시에 화면의 로드율 계속해서 업데이트 할 수 있다.
3. 비동기 + 논블로킹 (async-nonblocking)
비동기 : 호출자는 호출한 함수의 결과값(콜백)이 당장 필요하지 않음
논블로킹 : 호출자는 함수의 호출과 동시에 (제어권을 주지 않고) 자신의 작업을 실행
= 호출자는 호출한 함수의 결과값(콜백)이 당장 필요하지 않기 때문에, 이와 상관없이 자신의 작업을 실행
예시
- AJAX 요청
- 클라이언트는 서버로 API 요청을 보낸 후, 응답을 기다리지 않고 자신의 작업을 실행한다.
이와 상관없이 클라이언트는 입력 받은 글자를 화면에 띄우고 있다.
4. 비동기 + 블로킹 (async-blocking)
비동기 : 호출자는 호출한 함수의 결과값(콜백)이 당장 필요하지 않음
블로킹 : 호출자는 호출한 함수가 끝날 때 (제어권/결과값을 돌려받을 때) 까지 아무것도 못하고 대기
= 호출자는 호출한 함수의 결과값(콜백)이 당장 필요 없지만, 받을 때까지 아무것도 하지 않고 대기
자신의 작업을 멈춰 B 함수가 끝날 때 까지 기다리고 있는 모습이다.
이런 경우는 거의 마주할 일이 없어서 넘어가도 무방하다.
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