Node.js란?

Node.js란 무엇인가?

대부분 npm은 아래처럼 기술되어 있다.

  • npm은 Node Package Manager의 줄임말로 Node.js 패키지 관리를 원활하게 도와주는 것이다.
  • npm은 Node.js의 패키지 생태계이면서 세계에서 가장 큰 오픈 소스 라이브러리이다.

그렇다면 Node.js란 무엇일까?

공식 홈페이지에서는 Node.js®는 Chrome V8 JavaScript 엔진으로 빌드된 JavaScript 런타임이다. Node.js는 싱글 스레드 이벤트 루프 기반, Non-Blocking I/O 모델을 사용해 가볍고 효율적이라 정의하고 있다.

그럼 다음의 키워드에 대해 하나씩 살펴보자.

  • V8
  • 자바스크립트 엔진
  • 런타임
  • Non-Blocking I/O
  • 싱글 스레드
  • 이벤트 루트 기반

V8

V8은 C++로 작성된 구글의 오픈소스 고성능 자바스크립트와 WebAssembly(웹어셈블리: JavaScript API를 사용하여 최신 웹 브라우저에서 실행할 수 있는 새로운 유형의 코드, C/C++을 웹에서 동작할 수 있도록 컴파일 해줌) 엔진이다. Node.js의 런타임으로도 사용된다.

자바스크립트 엔진(JavaScript Engine)

자바스크립트 코드를 해석하고 실행하는 프로그램 또는 인터프리터(*interpreter: 프로그래밍 언어를 바로 실행하는 컴퓨터 프로그램 또는 환경)이다. 위에 설명한 V8가 대표적인 자바스크립트 엔진 중 하나다.

런타임(Runtime)

런타임은 프로그램이 실행되고 있을 때 존재하는 곳을 말한다. 즉 컴퓨터 내에서 프로그램이 가동되면, 그것이 바로 그 프로그램의 런타임이다.
원래 자바스크립트는 웹 브라우저에서만 사용할 수 있었지만, Node.js를 통해 서버 사이드 애플리케이션에서도 사용가능한 범용 개발 언어가 되었다. 그럼에도 자바스크립트는 여전히 웹에서 제일 많이 사용된다.

스레드(Thread)

스레드는 어떠한 프로그램 내에서, 특히 프로세스(*운영체제로부터 자원을 할당받는 작업의 단위) 내에서 실행되는 흐름의 단위를 말한다. 일반적으로 한 프로그램은 하나의 스레드를 갖고 있지만, 프로그램 환경에 따라 둘 이상의 스레드를 동시에 실행할 수 있다.

thread

https://walkccc.github.io/CS/OS/Chap04/

스레드와 프로세스

프로세스는 실행될 때 운영체제로부터 CPU 시간, 필요한 주소 공간, code, data, stack, heap의 구조로 된 독립된 메모리 영역 등 자원을 할당 받는다. 스레드는 한 프로세스 내에서 동작되는 여러 실행의 흐름으로, 프로세스 내의 주소 공간이나 자원들(ex. heap 공간 등)을 같은 프로세스내에 스레드끼리 공유하면서 실행된다.


자바스크립트는 한번에 하나의 작업만 수행할 수 있는 싱글 스레드(Single-Thread)이다. 싱글 스레드는 먼저 들어온 요청을 전부 처리할 때까지 다른 요청을 받지 못한다. 따라서 자바스크립트에서는 비동기적 작업이 필수이다.

이벤트 루프(Event Loop)

싱글 스레드이기 때문에, 발생하는 이벤트 순서대로 실행하기 위해 이벤트 루프라는 개념이 있다.

이벤트 루프는 작업을 요청하면서 그 작업이 완료되었을 때 어떤 작업을 진행할지에 대한 콜백 함수를 지정하여 동작이 완료되었을 때 해당 콜백 함수를 실행되는 동작 방식을 말한다. 즉, 이벤트 발생 시 호출되는 콜백 함수들을 관리하여 콜백 큐(Callback queue)에 전달하고, 이를 콜 스택(Call stack)에 넘겨준다.

// 예시
console.log('Hi')
setTimeout(function cb1() {
  console.log('cb1')
}, 5000)
console.log('Bye')

자바스크립트는 위에서 아래로 실행되는데, setTimeout()은 비동기 콜백함수이기 때문에 Web APIs에 보관되어 있다가 시간이 지나 호출될 때 콜백 큐에 전달 후, 콜 스택에 넘겨준다.

event loop

https://blog.sessionstack.com/how-javascript-works-event-loop-and-the-rise-of-async-programming-5-ways-to-better-coding-with-2f077c4438b5

발생한 이벤트에 대해서만 웹서버가 연결해주기 때문에 자원을 최소화할 수 있는 장점이 있다. 대부분의 웹서버는 사용자가 이벤트를 발생하기까지를 기다리면서 자원(대기시간/메모리)을 계속 소비한다.

Blocking & Non-Blocking I/O

I/O는 Input과 Output이 관련된 작업으로 http, Database CRUD, Third party API, Filtsystem 등 데이터나 정보를 가공하는 프로세스이다. 이 외에도, 대표적인 Input 장치로 키보드, 마우스, Output 장치에는 프린터가 있다.

Blocking I/O는 어떤 이벤트(작업)가 발생하면 그 이벤트가 완료될 때까지 기다려야 한다. 이는 이벤트 루프가 Blocking 작업을 하는 동안 JavaScript 실행을 계속 할 수 없기 때문이다. 또한 메모리 버퍼에 데이터를 차지하게 되므로 메모리도 소비한다.

이러한 비효율성을 극복하고자 나온 것이 Non-blocking I/O이다. Non-Blocking은 비동기 방식으로 콜백 함수를 받는다. 또한, I/O 작업을 진행하는 동안 유저 프로세스의 작업을 중단하지 않고 모듈을 변환시켜 다른 작업을 하도록 준비를 한다. 그래서 속도가 동기식 보다 빠르고 메모리도 덜 차지한다.

만약 Blocking I/O 였다면, 우리가 키보드를 칠 때 옆에있는 애니메이션이 멈출 것이다. 하지만 Non-Blocking I/O이기 때문에 타이핑을 하면서도 애니메이션이 끊기지 않는다.

Node.js는 JavaScript만 돌아갈까?

사실 나는 Node.js가 자바스크립트 엔진으로 빌드된 것이기 때문에 당연히 자바스크립트에서만 사용할 수 있을 줄 알았다. 하지만 이는 편협된 사고였다.

Node.js로 서버를 만들다 보면, npm 패키지에 포함되지 않은 기능이 필요하거나 더 좋은 성능(빠른 속도, 적은 메모리 등)이 필요 할 때가 있다. 이럴 때 다른 프로그래밍 언어(Java, C, C++, Python)를 활용할 수 있으며, 해당 언어의 라이브러리에도 연결할 수 있다.

어떻게 import해서 쓰는지는 Node.js v14.4.0 Documentation을 참고하길 바란다.


번외) JavaScript가 싱글 스레드인 이유?

Node.js가 싱글 스레드인 이유는 자바스크립트가 싱글 스레드이기 때문이다. 그렇다면 자바스크립트는 왜 싱글 스레드로 만들어 졌을까?

처음에는 웹이 단순했기 때문에 빠른 처리를 위해 싱글 스레드로 만들거라 생각했다. 하지만 그 보다 예전 컴퓨터 사양을 보면 더 타당하게 추론할 수 있다.

최근 컴퓨터나 노트북의 코어 수는 보통 2개로, 4개의 스레드로 이루어져있다. 맥북의 경우 3 코어, 6 스레드이다.

코어: 단일 컴퓨팅 구성 요소에 들어 있는 독립된 CPU(중앙 처리 장치) 수를 나타내는 하드웨어 용어

스레드: 스레드 또는 스레드 확장은 싱글 CPU 코어를 경유하거나 싱글 CPU 코어에 의해 처리될 수 있는 기본 순서로 구성된 명령어 시퀀스를 가리키는 소프트웨어 용어

하지만 자바스크립트가 탄생했던 90년대 후반에는 듀얼 코어가 매우 획기적이고 희귀했다. 대부분은 1코어, 1스레드였다.

02

그렇기 때문에 누구든 웹 브라우저를 원활하게 사용할 수 있게 하기 위해 싱글 스레드로 만들었던게 아닐까 생각한다.


피드백은 언제나 환영합니다!


참고


👆@김민정(howdy-mj)
안녕하세요, 공부한 것을 기록하고 공유하는 걸 좋아하는 프론트엔드 개발자 김민정입니다. 회고록, 일상 및 다른 관심사는 티스토리에 기록하고 있습니다.

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