29. 비동기 프로그래밍과 Ajax

비동기 프로그래밍

 

함수 실행 순서는 실행 컨텍스트 스택으로 관리한다.

1. 함수를 호출하면 함수 코드가 평가되어 함수 실행 컨텍스트가 생성된다.
2. 생성된 함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택(콜 스택)에 push, 함수 코드가 실행된다.
3. 함수 코드의 실행이 종료되면 함수 실행 컨텍스트는 실행 컨텍스트 스택에서 pop.

• 이처럼 자바스크립트 엔진은 한 번에 하나의 태스크만 실행할 수 있는 싱글 스레드 방식으로 동작한다.
• 자바스크립트 엔진은 단 하나의 실행 컨텍스트 스택을 갖는다.(동시에 2개 이상의 함수를 동시에 실행할 수 없다는 것을 의미)
• 싱글 스레드 방식은 한 번에 하나의 태스크만 실행할 수 있기 때문에 처리에 시간이 걸리는 태스크를 실행하는 경우 블로킹(작업 중단)이 발생한다.

 

동기처리의 장점과 단점

 

장점 : 실행 순서 보장
단점 : 앞선 태스크가 종료할 때까지 이후 태스크들이 블로킹

 

비동기 처리

 

현재 실행 중인 태스크가 종료되지 않은 상태라 해도 다음 태스크를 곧바로 실행하는 방식

 

비동기처리의 장점과 단점

 

장점 : 블로킹이 발생하지 않는다.
단점 : 태스크의 실행 순서 보장되지 않음.

비동기 처리를 수행하는 비동기 함수는 전통적으로 콜백 패턴을 사용한다.

 

• 비동기 처리를 위한 콜백 패턴은 콜백 헬을 발생시켜 가독성을 나쁘게 하고,
• 비동기 처리 중 발생한 에러의 예외 처리가 곤란하며,
• 여러 개의 비동기 처리를 한 번에 처리하는 데도 한계가 있다.
• 타이머 함수와 HTTP 요청, 이벤트 핸들러는 비동기 처리 방식으로 동작한다.

 

이벤트 루프와 태스크 큐

 

자바스크립트의 동기성을 지원하는 것이 바로 이벤트 루프다. 이벤트 루프는 브라우저에 내장되어 있는 기능 중 하나다.

자바스크립트 엔진은 크게 2개의 영역으로 구분할 수 있다.

 

• 콜 스택 : 실행 컨텍스트 스택.
• 힙 : 객체가 저장되는 메모리 공간. 콜 스택의 요소인 실행 컨텍스트는 힙에 저장된 객체를 참조한다.

 

이처럼 콜 스택과 힙으로 구성되어 있는 자바스크립트 엔진은 단순히 태스크가 요청되면 콜 스택을 통해 요청된 작업을 순차적으로 실행할 뿐이다. 비동기 처리에서 소스코드의 평가와 실행을 제외한 모든 처리는 자바스크립트 엔진을 구동하는 환경인 브라우저 또는 Node.js 가 담당한다. 이를 위해 브라우저 환경은 태스크 큐와 이벤트 루프를 제공한다.

 

• 태스크 큐 (이벤트 큐, 콜백 큐 라고도 한다.) : 비동기 함수의 콜백 함수 또는 이벤트 핸들러가 일시적으로 보관되는 영역. 별도로 프로미스의 후속 처리 메서드의 콜백 함수가 일시적으로 보관되는 마이크로태스크 큐도 존재.
• 이벤트 루프 : 콜 스택에 현재 실행 중인 실행 컨텍스트가 있는지, 그리고 태스크 큐에 대기중인 함수가 있는지 반복해서 확인한다. 콜 스택이 비어있고 태스크 큐에 대기중인 함수가 있다면 이벤트 루프는 순차적으로(선입선출) 태스크 큐에 대기 중인 함수를 콜 스택으로 이동시킨다. 즉, 태스크 큐에 일시 보관된 함수들은 비동기 처리 방식으로 동작한다.
• 콜백 함수를 태스크 큐에 푸시하는 것은 브라우저의 역할이다. 이벤트 루프에 의해 콜 스택이 비어 있음이 감지되고 태스크 큐에서 대기 중인 콜백함수가 있으면 이 콜백함수는 이벤트 루프에 의해 콜 스택에 푸시된다.
• 이때 싱글 스레드 방식으로 동작하는 것은 브라우저가 아니라 브라우저에 내장된 자바스크립트 엔진이다. 자바스크립트 엔진은 싱글 스레드로 동작하지만 브라우저는 멀티 스레드로 동작한다.
• 비동기 함수는 브라우저와 자바스크립트 엔진의 협력으로 실행된다.

 

Ajax

Ajax = Asynchronous JavaScript and XML

• 자바스크립트를 사용하여 브라우저가 서버에게 비동기 방식으로 데이터를 요청하고, 서버가 응답한 데이터를 수신하여 웹페이지를 동적으로 갱신하는 프로그래밍 방식.
• Ajax 는 브라우저에서 제공하는 Web API인 XMLHttpRequest 객체를 기반으로 동작한다. XMLHttpRequest는 HTTP 비동기 통신을 위한 메서드와 프로퍼티를 제공한다.

 

과거의 방식

이전의 웹페이지는 html 태그로 시작해서 html로 끝나는 완전한 HTML을 서버로부터 전송받아 웹페이지 전체를 처음부터 다시 렌더링하는 방식으로 동작했다.

 

전통적인 방식의 단점

• 변경할 필요가 없는 부분까지 포함된 완전한 HTML을 서버로부터 매번 다시 전송받기 때문에 불필요한 데이터 통신.
• 처음부터 다시 렌더링하여 화면이 순간적으로 깜빡이는 현상
• 클라이언트와 서버와의 통신이 동기 방식으로 동작하기 때문에 서버로부터 응답이 있을 때까지 다음 처리는 블로킹된다.

→ Ajax는 서버로부터 웹페이지의 변경에 필요한 데이터만 비동기 방식으로 전송받아 변경할 필요가 없는 부분은 다시 렌더링하지 않고 변경할 필요가 있는 부분만 한정적으로 렌더링하여 데스크톱 애플리케이션과 유사한 빠른 퍼포먼스와 부드러운 화면 전환이 가능해졌다.

 

JSON = JavaScript Object Notation

클라이언트와 서버 간의 HTTP 통신을 위한 텍스트 데이터 포맷. 자바스크립트에 종속되지 않은 언어 독립형 데이터 포맷으로, 대부분의 프로그래밍 언어에서 사용할 수 있다. JSON의 키는 반드시 큰따옴표로 묶어야 한다.

JSON.stringify 메서드는 객체를 JSON 포맷의 문자열로 변환. 객체를 문자열화하는 것(직렬화)

JSON.parse 는 JSON 포맷의 문자열을 객체로 변환. 배열이 JSON 포맷의 문자열로 변환되어 있는 경우JSON.parse 는 문자열을 배열 객체로 변환한다. 배열의 요소가 객체인 경우 배열의 요소까지 객체로 변환한다.

 

XMLHttpRequest

WebAPI인 XMLHttpRequest 객체는 HTTP 요청 전송과 HTTP 응답 수신을 위한 다양한 메서드와 프로퍼티를 제공한다.

 

XMLHttpRequest 객체의 프로퍼티와 메서드

1. XMLHttpRequest 객체의 프로토타입 프로퍼티
   • readyState : HTTP 요청의 현재 상태를 나타내는 정수. XMLHttpRequest의 정적 프로퍼티를 값으로 갖는다.(ex. DONE:4)
   • status : HTTP 요청에 대한 응답 상태를 나타내는 정수(ex. 200)
   • statusText : HTTP 요청에 대한 응답 메시지를 나타내는 문자열 (ex. “OK”)
   • responseType : HTTP 응답 타입(ex. document, json, text, blob)
   • response : HTTP 요청에 대한 응답 몸체
2. XMLHttpRequest 객체의 이벤트 핸들러 프로퍼티
   • onreadystatechange : readyState 프로퍼티 값이 변경된 경우
   • onerror : HTTP 요청에 에러 발생한 경우
   • onload : HTTP 요청이 성공적으로 완료한 경우
3. XMLHttpRequest 객체의 메서드
   • open : HTTP 요청 초기화
   • send : HTTP 요청 전송
   • abort : 이미 전송된 HTTP 요청 중단
   • setRequestHeader : 특정 HTTP 요청 헤더의 값을 설정
4. XMLHttpRequest 객체의 정적 프로퍼티
   • UNSENT : 0 : open 메서드 호출 이전
   • OPENED : 1 : open 메서드 호출 이후
   • DONE : 4 : 서버 응답 완료

 

HTTP 요청 전송

 

1. XMLHttpRequest.prototype.open 메서드로 서버에 전송할 HTTP 요청을 초기화한다.method : HTTP 요청 메서드(클라이언트가 서버에게 요청의 종료와 목적(리소스에 대한 행위)을 알리는 방법). “GET” 리소스 취득 ”POST” 리소스 생성 ”PUT” 리소스 전체 교체 ”PATCH” 리소스 일부 수정 ”DELETE” 리소스 모두 삭제async : 비동기 요청 여부. 기본값은 true.
2. url : HTTP 요청을 전송할 URL
3. 매개변수
4. XMLHttpRequest.prototype.send
   • GET 요청 메서드의 경우 데이터를 URL의 일부분인 쿼리 문자열로 서버에 전송.
   • POST 요청 메서드의 경우 데이터(페이로드)를 요청 몸체에 담아 전송.send 메서드에는 요청 몸체에 담아 전송할 데이터(페이로드)를 인수로 전달할 수 있다. 페이로드가 객체인 경우 반드시 JSON.stringify 메서드를 사용하여 직렬화한 다음 전달해야 한다.
5. open 메서드로 초기화된 HTTP 요청을 서버에 전송한다.
6. XMLHttpRequest.prototype.setRequestHeader자주 사용하는 HTTP 요청 헤더인 Content-type과 Accept.MIME 타입 - 서브타입application - application/json, application/x-www-form-urlencode
7. multipart - multipart/formed0data
8. text - text/plain, text/html, text/css, text/javascript
9. Content-type은 요청 몸체에 담아 전송할 데이터의 MIME 타입의 정보를 표현한다.
10. 특정 HTTP 요청의 헤더 값을 설정한다. setRequestHeader 메서드는 반드시 open 메서드를 호출한 이후 호출해야 한다.

 

HTTP 응답 처리

서버가 전송한 응답을 처리하려면 XMLHttpRequest 객체가 발생시키는 이벤트를 캐치해야 한다.

서버의 응답이 완료되면 HTTP 요청에 대한 응답 상태(HTTP 상태 코드)를 나타내는 xhr.status가 200인지 확인하여 정상 처리와 에러 처리를 구분한다.

load 이벤트는 HTTP 요청이 성공적으로 완료된 경우 발생한다.