Nodejs 동작 훑어보기

Single Thread??!

nodejs는 Single Thread로 동작하지만,

Asynchronous I/O(libuv) 를 지원합니다.

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What APIs use which async mechanism?

• Kernel Async
  • TCP/UDP server and clients, pipes, dns.sresolveXXX
• Thread Pool
  • fs.*, dns.lookup, pipes
• NIX Only
  • UNIX domain sockets, TTY input, NIX signals
• Windows Only
  • Child Process, TTY input, TCP servers

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How to work on libuv?

• libuv는 운영체제의 커널을 추상화해서 비동기 API를 지원
• libuv의 비동기 API를 처리 방식
  • 커널이 지원하는 비동기 작업을 libuv에게 요청하면 libuv는 대신 커널에게 이 작업을 비동기적으로 요청
    • 커널이 지원하지 않는 비동기 작업을 libuv에게 요청하면 livuv는 내부에 가지고있는 스레드 풀에게 이 작업을 요청

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What is libuv?

• libuv라는 Asynchronous I/O 라이브러리가 존재하고 Node.js가 이를 내부적으로 이용합니다.

• Node.js는 I/O 작업을 자신의 메인 스레드가 아닌 다른 스레드에 위임함으로써 Single Thread로 Asynchronous I/O를 지원 합니다.

=> 즉, Node.js는 Asynchronous I/O를 지원하고 그 기반에는 libuv가 있습니다.

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Event loop #1

이벤트 루프는 Node.js가 여러 비동기 작업을 관리하기 위한 구현체입니다.

• 타이머(Timers): setTimeout(),setInterval()에 의해 예약된 콜백 함수 실행
• 보류 중인 콜백(Pending callbacks): Blocking 작업을 완료한 I/O 콜백 실행
• 유휴 및 준비 (Idle, prepare): 이벤트 루프에서 사용하는 내부 단계

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Event loop #2

• 폴링 (Poll): 새로운 I/O 이벤트를 검색하고 콜백을 실행
  • 처리할 I/O 이벤트가 없는 경우 이벤트 루프는 이 단계에서 Blocking되고 새 이벤트가 도착할 때까지 기다림
• 확인 (Check): setImmediate()에 의해 예약된 콜백을 실행
• 콜백 닫기 (Close callbacks): socket.on('close', ...)에 의해 예약된 것과 같은 콜백 닫기를 실행

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Process #1

Timer Phase -> Pending Callbacks Phase -> Idle, Prepare Phase -> Poll Phase -> Check Phase -> Close Callbacks Phase -> Timer Phase

한 페이즈(Phase)에서 다음 페이즈로 넘어가는 것을 틱(Tick)이라고 부릅니다.

이때 이벤트 루프가 Node.js의 비동기 실행을 도와주는 것과 별개로 싱글 스레드이므로 한번에 하나의 페이즈에만 진입해 한번에 하나의 작업만 수행할 수 있습니다. Poll Phase 작업을 처리하면서 Check Phase의 작업을 동시에 처리하거나 Poll Phase의 작업을 한번에 여러 개씩 처리하는 것은 불가능합니다.

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Process #2

각 페이즈는 자신만의 큐를 하나씩 가지고 있는데, 이 큐에는 이벤트 루프가 실행해야 하는 작업들이 순서대로 담겨있습니다. Node.js가 페이즈에 진입을 하면 이 큐에서 자바스크립트 코드(예를 들면 콜백)를 꺼내서 하나씩 실행한다. 만약 큐에 있는 작업들을 다 실행하거나, 시스템의 실행 한도에 다다르면 Node.js는 다음 페이즈로 넘어갑니다.

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Summary

• 이벤트 루프는 Node.js가 비동기 작업을 관리하기 위한 구현체
• 이벤트 루프는 총 6개의 페이즈로 구성되어 있으며 한 페이즈에서 다음 페이즈로 넘어가는 것을 틱이라고 함
• 각 페이즈는 자신만의 큐를 관리
• Node.js는 순서대로 페이즈를 방문하면서 큐에 쌓인 작업을 하나씩 실행
• 페이즈의 큐에 담긴 작업을 모두 실행하거나 시스템의 실행 한도에 다다르면 Node.js는 다음 페이즈로 전환
• 이벤트 루프가 살아있는 한 Node.js는 이벤트 루프를 반복

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Work process display

Loupe

JSV9000

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참고 자료

• Morning Keynote- Everything You Need to Know About Node.js Event Loop - Bert Belder, IBM
• Node's Event Loop From the Inside Out by Sam Roberts, IBM
• Node.js 이벤트 루프(Event Loop) 샅샅이 분석하기
• 이벤트 루프 (Event Loop)