Node.js의 이벤트 루프: 비동기 작업 관리

Node.js는 비차단, 비동기 특성으로 잘 알려져 있으며 이벤트 루프가 이러한 동작의 중심에 있습니다. 이를 통해 메인 스레드가 차단되지 않은 상태로 유지되므로 서로가 완료될 때까지 기다리지 않고 여러 작업을 효율적으로 실행할 수 있습니다. 이 기사에서는 이벤트 루프의 작동 방식을 살펴보고, 6단계로 분류하고, 이벤트 루프 차단을 방지하는 전략에 대해 논의합니다.

Node.js의 이벤트 루프 이해

Node.js의 이벤트 루프는 비동기 처리를 활성화하여 메인 스레드 차단을 방지합니다. 6단계로 작동합니다.

Node.js의 이벤트 루프 이해

이벤트 루프는 비동기 작업을 처리하는 메커니즘입니다. I/O 또는 타이머와 같은 작업이 완료될 때마다 이벤트 루프는 해당 작업에 대한 콜백이 실행되어야 하는 시기를 결정합니다. 이러한 설계를 통해 Node.js는 메인 스레드를 차단하지 않고 여러 요청을 처리할 수 있어 애플리케이션의 높은 성능을 보장할 수 있습니다.

이벤트 루프의 6단계

이벤트 루프는 6개의 개별 단계를 거치면서 순환 방식으로 작동합니다. 각 단계에는 특정 목적이 있으며 이에 따라 콜백이 실행됩니다.

1. 타이머 단계

이 단계에서는 setTimeout 및 setInterval에 의해 예약된 콜백을 실행합니다. 지정된 시간 지연이 만료된 경우 관련 콜백이 여기에서 실행됩니다.

예:

setTimeout(() => {
  console.log('Executed after 1 second.');
}, 1000);
console.log('Timer scheduled.');

출력:

Timer scheduled.
Executed after 1 second.

지연 시간이 1000ms라도 현재 이벤트 루프 틱이 완료된 후에 setTimeout이 실행됩니다.

setInterval의 예

let count = 0;
const intervalId = setInterval(() => {
  console.log(`Interval executed: ${++count}`);
  if (count === 3) clearInterval(intervalId);
}, 500);

2. 콜백 보류 단계

이 단계에서 이벤트 루프는 이전 주기에서 연기된 I/O 콜백을 처리합니다. 이러한 콜백은 오류 및 비차단 I/O 작업을 처리합니다.

예:

const fs = require('fs');
fs.readFile('file.txt', (err, data) => {
  if (err) console.error(err);
  else console.log(data.toString());
});

출력:

Read operation scheduled.
File content:<contents of example.txt>

3. 유휴, 준비 단계

이 단계는 Node.js에서 다음 폴링 라운드를 위한 시스템을 준비하기 위해 내부적으로 사용됩니다. 이 단계와 직접 상호작용하지는 않지만 내부 폴링 설정과 같은 작업에 집중하여 이와 관련된 일부 동작을 시뮬레이션할 수 있습니다.

TCP 서버 설정 예시(준비 상태)

const net = require('net');
const server = net.createServer((socket) => {
  socket.end('Connection closed.');
});

server.listen(8080, () => {
  console.log('Server listening on port 8080.');
});

준비 단계에서는 이 서버를 초기화합니다. 준비가 완료되면 들어오는 연결을 기다리는 폴링 단계로 이동합니다.

4. 투표 단계

폴링 단계 동안 이벤트 루프는 새로운 I/O 이벤트를 기다리고 관련 콜백을 실행합니다. 보류 중인 이벤트가 없으면 새 이벤트가 발생하거나 타이머가 실행될 준비가 될 때까지 이 단계에 유지됩니다.

setTimeout(() => {
  console.log('Executed after 1 second.');
}, 1000);
console.log('Timer scheduled.');

여기서 서버는 HTTP 요청을 기다리는 폴링 단계에 들어갑니다. 요청이 도착하면 해당 콜백이 실행되어 응답을 보냅니다.

5. 단계 확인

check 단계에서는 setImmediate로 예약된 콜백을 실행합니다. 이러한 콜백은 보류 중인 I/O 작업이 있는지 여부에 관계없이 폴링 단계 후에 실행됩니다.

예:

Timer scheduled.
Executed after 1 second.

출력:

let count = 0;
const intervalId = setInterval(() => {
  console.log(`Interval executed: ${++count}`);
  if (count === 3) clearInterval(intervalId);
}, 500);

6. 콜백 단계 종료

이 단계에서는 정리 작업을 처리합니다. 예를 들어 socket.on('close') 등 네트워크 연결 닫기와 관련된 콜백이 여기에서 실행됩니다.

const fs = require('fs');
fs.readFile('file.txt', (err, data) => {
  if (err) console.error(err);
  else console.log(data.toString());
});

출력:

Read operation scheduled.
File content:<contents of example.txt>

클라이언트 연결이 끊어지면 닫기 콜백 단계에서 소켓.on('close') 콜백이 실행됩니다.

이벤트 루프 차단

이벤트 루프는 비동기 작업을 효율적으로 관리하도록 설계되었지만 루프를 차단하면 성능이 저하될 수 있습니다. 메인 스레드가 과도한 계산이나 동기 작업으로 인해 정체되면 다른 콜백이 실행되지 않습니다. 이로 인해 지연이 발생하고 애플리케이션이 응답하지 않을 수 있습니다.

메인 스레드에서 CPU 집약적인 작업(예: 대규모 계산)을 수행하면 이벤트 루프가 차단됩니다. 작업자 스레드를 사용하여 차단을 방지하는 방법은 다음과 같습니다.

이벤트 루프 차단 예시

const net = require('net');
const server = net.createServer((socket) => {
  socket.end('Connection closed.');
});

server.listen(8080, () => {
  console.log('Server listening on port 8080.');
});

출력:

const http = require('http');

const server = http.createServer((req, res) => {
  res.end('Hello from server!');
});

server.listen(3000, () => {
  console.log('Server running on http://localhost:3000');
});

이 예에서는 5초 차단 기간 동안 다른 어떤 것도 실행할 수 없으므로 애플리케이션이 응답하지 않게 됩니다.

해결책: 작업자 스레드 사용

setImmediate(() => {
  console.log('Executed in check phase.');
});

setTimeout(() => {
  console.log('Executed in timers phase.');
}, 0);

console.log('Main code executed.');

출력:

Main code executed.
Executed in check phase.
Executed in timers phase.

여기서 차단 계산은 별도의 스레드에서 실행되므로 이벤트 루프는 다른 작업을 자유롭게 처리할 수 있습니다.

이벤트 루프 차단을 방지하는 방법

CPU 집약적 작업에 작업자 스레드 사용:

Node.js는 이미지 처리, 암호화 또는 복잡한 계산과 같은 작업을 처리하기 위해 작업자 스레드 모듈을 제공합니다. 이를 통해 무거운 작업을 병렬로 실행하여 이벤트 루프에서 작업을 오프로드할 수 있습니다.

작업자 스레드의 예:

setTimeout(() => {
  console.log('Executed after 1 second.');
}, 1000);
console.log('Timer scheduled.');

큰 작업을 작은 단위로 나누기:

비동기 함수 또는 setImmediate를 사용하여 대규모 작업을 더 작은 비차단 작업으로 나눕니다.

예:

Timer scheduled.
Executed after 1 second.

결론

이벤트 루프는 비동기 작업을 효율적으로 관리하는 Node.js의 핵심 구성 요소입니다. 타이머, 보류 중인 콜백, 유휴 및 준비, 폴링, 확인 및 콜백 종료 등 6단계를 이해함으로써 개발자는 원활하게 수행되는 비차단 코드를 작성할 수 있습니다. 그러나 과도한 계산으로 인해 이벤트 루프가 차단되는 것을 방지하는 것이 중요합니다. 작업자 스레드와 같은 도구를 활용하면 애플리케이션의 속도와 반응성을 유지할 수 있습니다. 이벤트 루프를 마스터하면 확장 가능하고 성능이 뛰어난 Node.js 애플리케이션을 구축할 수 있습니다.

위 내용은 Node.js의 이벤트 루프: 비동기 작업 관리의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!