블로킹과 논블로킹의 개요

❗️ 번역 날짜: 2024년 12월 17일 공식 문서 원문은 아래를 참고하세요. Overview of Blocking vs Non-Blocking

이 개요에서는 Node.js에서의 블로킹 과 논블로킹의 차이점에 대해 다룹니다. 이 과정에서 이벤트 루프와 libuv에 대해 언급하지만, 이에 대한 사전 지식은 필요하지 않습니다. 독자는 JavaScript 언어와 Node.js의 callback pattern에 대한 기본적인 이해가 있다고 가정합니다.

"I/O"는 주로 libuv에서 지원하는 시스템 디스크 및 네트워크와의 상호 작용을 의미합니다.

블로킹

블로킹이란 Node.js 프로세스에서 추가적인 JavaScript 실행이 비-JavaScript 작업이 완료될 때까지 기다려야 하는 상황을 말합니다. 이는 블로킹 작업이 진행되는 동안 이벤트 루프가 JavaScript 실행을 계속할 수 없기 때문에 발생합니다.

Node.js에서 CPU 집약적인 작업으로 인해 성능이 저하되는 JavaScript는, I/O와 같은 비-JavaScript 작업을 대기하는 경우와는 달리 일반적으로 블로킹이라고 부르지 않습니다. Node.js 표준 라이브러리의 동기 메서드 중 libuv를 사용하는 메서드가 가장 흔히 사용되는 블로킹 작업에 해당합니다. 또한, 네이티브 모듈도 블로킹 메서드를 포함할 수 있습니다.

Node.js 표준 라이브러리의 모든 I/O 메서드는 비동기 버전을 제공하며, 이는 논블로킹 방식으로 동작하고 콜백 함수를 지원합니다. 일부 메서드는 이름이 Sync로 끝나는 블로킹 버전도 제공합니다.

코드 비교

블로킹 메서드는 동기적으로 실행되며, 논블로킹 메서드는 비동기적으로 실행됩니다.

파일 시스템 모듈(File System module)을 예로 들면, 다음은 동기적 파일 읽기 방식입니다:

const fs = require('node:fs');

const data = fs.readFileSync('/file.md'); // 파일을 읽을 때까지 여기에서 실행이 멈춥니다.

다음은 이에 해당하는 비동기적 예제입니다:

const fs = require('node:fs');

fs.readFile('/file.md', (err, data) => {
  if (err) throw err;
});

첫 번째 예제는 두 번째 예제보다 간단해 보이지만, 파일 전체가 읽힐 때까지 두 번째 줄이 실행을 블로킹하여 추가적인 JavaScript 실행이 멈추는 단점이 있습니다. 동기식 버전에서는 오류가 발생하면 이를 처리해야 하며, 그렇지 않으면 프로세스가 종료됩니다. 반면, 비동기식 버전에서는 오류를 발생시킬지 여부를 작성자가 결정해야 합니다.

예제를 조금 확장해 봅시다:

const fs = require('node:fs');

const data = fs.readFileSync('/file.md'); // 여기에서 파일이 읽힐 때까지 실행이 멈춥니다
console.log(data);
moreWork(); // console.log가 표시된 후에 실행됩니다

다음은 유사하지만 완전히 동일하지 않은 비동기적 예제입니다:

const fs = require('node:fs');

fs.readFile('/file.md', (err, data) => {
  if (err) throw err;
  console.log(data);
});
moreWork(); // console.log가 표시되기 전에 실행됩니다.

위의 첫 번째 예제에서는 console.log가 moreWork()보다 먼저 호출됩니다. 두 번째 예제에서는 fs.readFile()가 논블로킹이기 때문에 JavaScript 실행이 계속 진행될 수 있고, 그 결과 moreWork()가 먼저 호출됩니다. 파일 읽기가 완료될 때까지 기다리지 않고 moreWork()를 실행할 수 있는 능력은 더 높은 처리량을 가능하게 하는 중요한 설계 선택입니다.

동시성과 처리량

Node.js에서 JavaScript 실행은 단일 스레드에서 이루어지므로, 동시성은 다른 작업을 완료한 후 이벤트 루프가 JavaScript 콜백 함수를 실행할 수 있는 기능을 의미합니다. 동시적으로 실행될 것으로 예상되는 코드는 I/O와 같은 비-JavaScript 작업이 발생하는 동안 이벤트 루프가 계속 실행될 수 있도록 해야 합니다.

예를 들어, 웹 서버에 대한 각 요청이 완료되는 데 50ms가 걸리고, 그 50ms 중 45ms는 비동기적으로 처리할 수 있는 데이터베이스 I/O 작업이라고 가정해봅시다. 논블로킹 비동기 작업을 선택하면 각 요청당 45ms를 다른 요청을 처리하는 데 할애할 수 있게 됩니다. 블로킹 메서드 대신 논블로킹 메서드를 사용함으로써 처리 용량에 큰 차이가 발생합니다.

이벤트 루프는 많은 다른 언어에서 동시 작업을 처리하기 위해 추가 스레드를 생성하는 모델과는 다릅니다.

블로킹 코드와 논블로킹 코드를 혼합하는 위험성

I/O 작업을 처리할 때 피해야 할 몇 가지 패턴이 있습니다. 예시를 살펴보겠습니다:

const fs = require('node:fs');

fs.readFile('/file.md', (err, data) => {
  if (err) throw err;
  console.log(data);
});
fs.unlinkSync('/file.md');

위의 예제에서 fs.unlinkSync()는 fs.readFile()보다 먼저 실행될 가능성이 높아, 실제로 파일을 읽기 전에 file.md가 삭제될 수 있습니다. 이를 개선한 방법은 완전히 논블로킹 방식으로, 올바른 순서대로 실행될 수 있도록 보장됩니다. 아래와 같이 작성할 수 있습니다:

const fs = require('node:fs');

fs.readFile('/file.md', (readFileErr, data) => {
  if (readFileErr) throw readFileErr;
  console.log(data);
  fs.unlink('/file.md', unlinkErr => {
    if (unlinkErr) throw unlinkErr;
  });
});

위 코드는 fs.readFile()의 콜백 내에서 논블로킹 방식으로 fs.unlink() 호출을 배치하여 작업 순서가 올바르게 실행되도록 보장합니다.

추가 자료

• libuv