Node.js의 비동기 프로그래밍: 이벤트 루프와 콜백 헬

8월 31, 2024

Node.js는 비동기 프로그래밍 모델을 기반으로 동작하는 서버 사이드 자바스크립트 런타임 환경입니다. Node.js의 비동기 프로그래밍은 높은 처리량과 빠른 응답성을 제공하며, 이는 이벤트 루프(Event Loop)와 콜백 함수(Callback Function)를 중심으로 작동합니다. 이 글에서는 Node.js의 비동기 프로그래밍의 핵심 개념인 이벤트 루프와 콜백 헬(Callback Hell) 문제를 이해하고, 이를 효과적으로 다루는 방법을 살펴보겠습니다.

비동기 프로그래밍이란?

비동기 프로그래밍은 작업이 완료될 때까지 다른 작업을 차단하지 않고, 나중에 완료된 작업의 결과를 처리하는 프로그래밍 방식입니다. 이는 Node.js의 성능과 확장성을 높이는 중요한 개념으로, I/O 작업, 파일 읽기/쓰기, 데이터베이스 쿼리 등의 비동기 작업을 효율적으로 처리할 수 있게 해줍니다.

비동기 프로그래밍의 주요 특징

논블로킹(Non-Blocking): 작업이 완료될 때까지 기다리지 않고, 다음 작업을 즉시 수행합니다.
이벤트 기반(Event-Driven): 작업이 완료되면 이벤트가 발생하고, 이를 처리하는 콜백 함수가 호출됩니다.
높은 동시성(Concurrency): 여러 작업이 동시에 실행되는 것처럼 보이지만, 실제로는 단일 스레드에서 이벤트 루프를 통해 관리됩니다.

이벤트 루프(Event Loop)

이벤트 루프는 Node.js의 핵심이며, 비동기 작업을 관리하고 실행하는 메커니즘입니다. Node.js는 단일 스레드에서 실행되지만, 이벤트 루프를 통해 비동기 작업을 처리하여 높은 동시성을 유지할 수 있습니다.

이벤트 루프의 동작 방식

콜 스택(Call Stack): 자바스크립트 코드가 실행될 때 함수 호출이 콜 스택에 추가됩니다. 모든 동기 함수는 콜 스택에서 실행됩니다.
이벤트 큐(Event Queue): 비동기 작업이 완료되면 해당 작업의 콜백 함수가 이벤트 큐에 추가됩니다. 이벤트 큐에 있는 함수들은 이벤트 루프에 의해 콜 스택이 비워졌을 때 처리됩니다.
이벤트 루프(Event Loop): 이벤트 루프는 콜 스택이 비어 있는지 확인하고, 비어 있을 경우 이벤트 큐에서 대기 중인 콜백 함수를 가져와 실행합니다. 이를 통해 비동기 작업이 처리됩니다.

이벤트 루프 예시

console.log('Start');

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

console.log('End');

이 코드의 출력은 다음과 같습니다:

Start
End
Timeout callback

이는 setTimeout 콜백이 이벤트 큐에 등록되고, 콜 스택이 비워진 후에 실행되기 때문입니다.

콜백 헬(Callback Hell)

비동기 작업을 처리하는 데 있어 콜백 함수는 매우 유용하지만, 복잡한 비동기 작업을 처리할 때 중첩된 콜백 함수가 많아지면 코드가 난독화되고 유지보수가 어려워지는 문제가 발생합니다. 이러한 현상을 콜백 헬(Callback Hell)이라고 합니다.

콜백 헬 예시

doSomething((result1) => {
  doSomethingElse(result1, (result2) => {
    doAnotherThing(result2, (result3) => {
      doFinalThing(result3, (result4) => {
        console.log('Done with all steps!');
      });
    });
  });
});

위의 코드에서는 콜백 함수가 중첩되어 코드가 오른쪽으로 계속 들여쓰기 되며, 코드의 가독성이 크게 떨어집니다.

콜백 헬 문제 해결 방법

콜백 헬 문제를 해결하기 위해 Node.js에서는 다음과 같은 몇 가지 기법을 사용할 수 있습니다:

1. Named Functions

익명 콜백 함수를 사용하지 않고, 이름이 있는 함수로 분리하여 가독성을 높일 수 있습니다.

function doFinalStep(result4) {
  console.log('Done with all steps!');
}

function doThirdStep(result3) {
  doFinalThing(result3, doFinalStep);
}

function doSecondStep(result2) {
  doAnotherThing(result2, doThirdStep);
}

function doFirstStep(result1) {
  doSomethingElse(result1, doSecondStep);
}

doSomething(doFirstStep);

2. 프라미스(Promises)

프라미스는 비동기 작업을 처리하기 위한 객체로, 콜백 헬을 방지하기 위해 도입되었습니다. 프라미스 체이닝을 통해 비동기 작업을 순차적으로 처리할 수 있습니다.

doSomething()
  .then(result1 => doSomethingElse(result1))
  .then(result2 => doAnotherThing(result2))
  .then(result3 => doFinalThing(result3))
  .then(result4 => console.log('Done with all steps!'))
  .catch(error => console.error(error));

3. Async/Await

async/await는 프라미스를 기반으로 한 비동기 작업 처리 방식으로, 동기 코드처럼 작성할 수 있어 가독성이 크게 향상됩니다. 이를 통해 콜백 헬을 완전히 방지할 수 있습니다.

async function processSteps() {
  try {
    const result1 = await doSomething();
    const result2 = await doSomethingElse(result1);
    const result3 = await doAnotherThing(result2);
    const result4 = await doFinalThing(result3);
    console.log('Done with all steps!');
  } catch (error) {
    console.error(error);
  }
}

processSteps();

결론

Node.js의 비동기 프로그래밍은 이벤트 루프를 통해 높은 처리량과 동시성을 제공하지만, 콜백 헬과 같은 문제를 유발할 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 프라미스와 async/await와 같은 현대적인 비동기 처리 기법을 사용하면 가독성 있는 코드 작성과 유지보수를 용이하게 할 수 있습니다. Node.js의 비동기 프로그래밍을 효과적으로 활용하면, 고성능 서버 애플리케이션을 구축할 수 있습니다.

인포아카이브

Python의 GIL(Global Interpreter Lock)과 멀티스레딩의 한계