nodejs의 event loop에 대해서 설명해 주세요

Node.js의 이벤트 루프는 비동기 작업을 처리하기 위한 중요한 구조입니다. 이를 이해하기 위해서는 Microtask, Macrotask(또는 Task Queue), 그리고 Node.js에서 제공하는 특수 API(setImmediate, setTimeout, process.nextTick)의 동작 방식을 파악해야 합니다. 이 문서에서는 setImmediate와 setTimeout의 차이를 중심으로, 이를 Microtask와 Macrotask의 관점에서 비교합니다.

1. 이벤트 루프의 기본 구조

Node.js 이벤트 루프는 다음과 같은 단계로 이루어져 있습니다:

1. Timers: setTimeout 및 setInterval 콜백 처리.
2. I/O Callbacks: I/O 작업 완료 시 실행되는 콜백 처리.
3. Idle, Prepare: 내부적으로 사용되는 단계.
4. Poll: 새로운 I/O 이벤트를 가져오고, 필요한 경우 콜백을 실행.
5. Check: setImmediate 콜백 처리.
6. Close Callbacks: 닫기 이벤트의 콜백 처리. 예: socket.on('close', ...)

   ┌───────────────────────────┐
┌─>│        timers        │
│  └─────────────┬─────────────┘
│  ┌─────────────┴─────────────┐
│  │  pending callbacks   │
│  └─────────────┬─────────────┘
│  ┌─────────────┴─────────────┐
│  │    idle, prepare     │
│  └─────────────┬─────────────┘      ┌────────────────┐
│  ┌─────────────┴─────────────┐      │ incoming:   │
│  │         poll         │<─────┤ connections: │
│  └─────────────┬─────────────┘      │ data, etc.  │
│  ┌─────────────┴─────────────┐      └────────────────┘
│  │        check         │
│  └─────────────┬─────────────┘
│  ┌─────────────┴─────────────┐
└──┤    close callbacks   │
   └───────────────────────────┘

출처

Microtask와 Macrotask

• Microtask: Promises의 .then이나 process.nextTick과 같은 작업은 현재 실행 중인 작업이 완료된 후 즉시 실행됩니다.
• Macrotask: setTimeout, setImmediate 등은 이벤트 루프의 다음 단계에서 실행됩니다.

2. setImmediate vs setTimeout

2.1 setTimeout

• 특정 시간(기본값 0ms) 후에 실행되는 Macrotask입니다.
• Timers 단계에서 실행됩니다.
• 최소 지연 시간이 적용되므로, 타이머의 값이 0일지라도 다른 작업의 영향을 받을 수 있습니다.

setTimeout(() => {
  console.log('setTimeout');
}, 0);

2.2 setImmediate

• poll If the poll queue is empty, one of two more things will happen:

  • If scripts have been scheduled by setImmediate(), the event loop will end the poll phase and continue the check phase to execute those scheduled scripts.
  • If scripts have not been scheduled by setImmediate(), the event loop will wait for callbacks to be added to the queue, then execute them immediately

• 이벤트 루프의 Check 단계에서 실행됩니다.

• I/O 작업 이후 즉시 실행되므로, 일반적으로 setTimeout보다 먼저 실행됩니다.

• Node.js 환경에서 비동기 I/O와 결합할 때 유용합니다.

setImmediate(() => {
  console.log('setImmediate');
});

실행 순서 비교

setImmediate가 setTimeout보다 항상 먼저 실행되는 것은 아니며, I/O 작업 여부에 따라 달라질 수 있습니다.

3. process.nextTick와 Promises

3.1 process.nextTick

• Microtask로 분류됩니다.
• 현재 실행 중인 작업이 완료되기 전에 실행됩니다. 이벤트 루프 단계에 관계없이 우선적으로 실행됩니다.

process.nextTick(() => {
  console.log('nextTick');
});

3.2 Promises

• .then, .catch, .finally는 Microtask로 실행됩니다.
• process.nextTick보다는 뒤에 실행됩니다.

Promise.resolve().then(() => {
  console.log('Promise');
});

실행 순서 비교

4. 전체 비교 표

5. 실습 예제

코드

setTimeout(() => console.log('setTimeout'), 0);
setImmediate(() => console.log('setImmediate'));
Promise.resolve().then(() => console.log('Promise'));
process.nextTick(() => console.log('nextTick'));

예상 결과

1. process.nextTick → Microtask로 즉시 실행.
2. Promise → 다음 Microtask Queue에서 실행.
3. setImmediate → Check 단계에서 실행.
4. setTimeout → Timers 단계에서 실행.

출력

nextTick
Promise
setImmediate
setTimeout

6. 결론

• Microtask는 Macrotask보다 항상 먼저 실행됩니다.
• process.nextTick은 가장 높은 우선 순위를 가지며, 이벤트 루프에 관계없이 실행됩니다.
• setImmediate는 I/O 작업 이후 Check 단계에서 실행되므로, 특정 상황에서는 setTimeout보다 먼저 실행됩니다.
• setTimeout은 지정된 시간 이후에 실행되지만, 최소 지연 시간과 이벤트 루프 단계에 따라 순서가 달라질 수 있습니다.