Node.js의 이벤트 루프와 비동기 처리를 파헤치다: 싱글 스레드에서 동시성을 확보하는 비결

Node.js의 이벤트 루프와 비동기 처리의 심층 분석

핵심 기술: Node.js의 싱글 스레드 모델이 어떻게 다수의 동시 요청을 비동기적으로 처리하는지, 그 핵심 메커니즘인 이벤트 루프와 libuv 라이브러리의 역할을 중심으로 설명합니다.

기술적 세부사항:

• 싱글 스레드 실행: Node.js는 JavaScript 코드를 단일 스레드에서 실행합니다.
• I/O 작업 위임: 파일 읽기, DB 통신, API 호출과 같은 I/O 집약적인 작업은 Node.js 자체적으로 처리하지 않고, 운영체제(OS) 또는 내부 스레드 풀(libuv의 스레드 풀)에 위임합니다.
• 이벤트 루프: 위임된 작업이 완료되면, 이벤트 루프는 해당 작업의 콜백을 받아 메인 스레드가 비어 있을 때 실행을 재개합니다. 이는 "요리사 매니저" 비유로 쉽게 설명됩니다.
• 비동기 코드 예시: async/await 및 콜백 함수를 사용한 db.query 예제를 통해 비동기 작업이 어떻게 처리되는지 보여줍니다.
  • 요청 처리 중 db.query는 비동기적으로 처리됨 (offloaded).
  • Node.js는 다음 요청을 기다리지 않고 계속 처리합니다.
  • DB 응답 시 콜백이 콜백 큐에 쌓이고, 이벤트 루프가 이를 가져와 실행합니다.
• 이벤트 루프 단계 (Phase):
  • Timers (setTimeout, setInterval)
  • Pending Callbacks (defered I/O callbacks)
  • Idle, Prepare (내부 사용)
  • Poll (I/O 이벤트 대기)
  • Check (setImmediate)
  • Close Callbacks (e.g., socket.on('close'))
• libuv의 역할: C++ 라이브러리인 libuv는 Node.js의 이벤트 루프, 스레드 풀(기본 4개 스레드), 파일 시스템 접근, DNS 조회, 압축, 암호화 등 다양한 I/O 작업을 효율적으로 관리하며 크로스 플랫폼 호환성을 제공합니다.
• 블로킹 vs. 논블로킹: fs.readFileSync와 같은 동기 함수는 메인 스레드를 블로킹하므로 피해야 하며, fs.readFile 또는 fs.promises.readFile과 같은 비동기 함수 사용을 권장합니다.
• CPU 집약적 작업 처리: 이미지 처리, 대규모 데이터 변환과 같이 CPU를 많이 사용하는 작업은 단일 스레드를 막을 수 있으므로, 워커 스레드, 자식 프로세스, 마이크로서비스 등으로 오프로드해야 합니다.

개발 임팩트:

• Node.js의 비동기적이고 논블로킹 I/O 모델 이해를 통해 수천 개의 동시 사용자를 효율적으로 처리할 수 있습니다.
• 애플리케이션의 성능 병목 현상을 식별하고 개선하는 능력 향상.
• 보다 안정적이고 확장성 높은 백엔드 시스템 구축.

톤앤매너: 개발자를 대상으로 하며, 전문적이고 명확하며 실제적인 기술 설명과 비유를 통해 학습 효과를 높입니다.