[Node.js로 서버만들기] 1. Node.js 첫걸음

✅ 웹 서버와 Node.js의 관계

1. 웹 환경

1) 클라이언트 : 사용자가 보는 컴퓨터

2) 서버 : 웹 서비스가 할 리소스가 저장되어 있는 컴퓨터 (단순하게 컴퓨터 프로그램 중 하나!)

웹 브라우저를 켜고 www.google.com/을 입력했다고 가정
1) 클라이언트 = 내 컴퓨터
- 요청 : 내가 입력한 url(구글 웹 페이지)을 띄워줘!

2) 서버 = 구글 컴퓨터
- 응답 : 구글 웹 페이지의 html 파일을 내 브라우저로 전송

➡ 웹 개발 : 요청과 응답 작업을 처리하는 소프트웨어를 만드는 것!

 

2. 웹 서버와 Node.js

웹 서버란?

클라이언트에서 보내는 요청을 처리하고 적절한 결과를 보내주는 프로그램

 

1) 웹서버 만들기 위한 보편적 프레임워크

- 파이썬 기반의 Django

: 기본적으로 제공하는 기능이 있어 편리하고 데이터 조작을 많이 하는 서비스(CRUD)의 경우 좋은 선택, 한계가 존재함.

 

- 자바 기반의 Spring

: 안정적이고 정형화된 패턴이 있지만, 자유도가 낮아 특정한 기능을 만들지 못할 수 있음.

프레임워크 : 어플리케이션 개발에 바탕이 되는 템플릿과 같은 역할을 하는 클래스와 인터페이스의 집합
CRUD : 데이터 처리의 기본 기능 생성, 조회, 수정, 삭제 (Create, Read, Update, Delete)

 

Node.js란?

Chrome V8 JavaScript 엔진으로 빌드된 JavaScript 런타임

(웹 브라우저 밖에서 우리가 작성한 자바스크립트 서버 코드를 실행해주는 환경)

 

1) 자바스크립트 기반 Node.js

: 자유도가 높아 활용하여 만들 수 있는 서비스가 많음.

 

2) 보통 서버를 만드는 데 가장 많이 사용함 (Node.js만의 API를 이용하여 웹 서버를 만들 수 있음.)

 

3) Node.js를 사용하면 좋은 서비스

- 내가 만들 웹이 리얼타임이다.

- 내가 만들 웹은 커스터마이징이 많이 필요하다.

- 내가 만들 웹에 자바스크립트 API를 사용해야 한다.

- 내가 만들 웹은 빠른 실행과 성능이 중요하다.

런타임 : 실행환경, 실행기
리얼타임 : 어플리케이션에서 어떤 요청을 신속하게 처리하여 응답해야 하는 것

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✅ Node.js가 동작하는 방식

1. 동기적 처리와 비동기적 처리

1) 동기적 처리 : 하나씩 순차적으로 일을 해결

- 장점: 안정적이므로 스케줄을 다루기 쉬움

- 단점 : 시간이 오래 걸림

 

2) 비동기적 처리 : 한번에 여러 일을 시작하고 보는 방법

- 장점 : 훨씬 빠른 시간 안에 일을 끝낼 수 있음

- 단점 : 관리가 어렵고, 잘못하면 동기적 처리보다 더 오래걸릴 수도 있음

 

➡ Node.js는 비동기적 처리 방식을 사용!

 

2. Node.js가 여러 작업을 처리하는 방법

예시)
엄마와 아이 셋이 마트에 함께 갔다. 엄마는 아이들에게 각각 사과, 당근, 배를 가져오라고 시킬 것이다.

시나리오 1
아이들에게 아직 심부름을 맡기기가 불안한 엄마는 카트 한 개를 갖고 다같이 마트를 돌아다니며,
아이 1에게는 사과, 아이 2에게는 당근, 아이 3에게는 배를 갖고오도록 한다.

시나리오 2
아이들의 독립심을 키우기 위해 엄마는 아이들에게 각자 카트를 한 개씩 주고,
각자 맡은 물건을 담고 다시 엄마 카트에 넣으라고 한다.
아이들은 각자 맡은 물건을 갖고 오는 순서대로 엄마 카트에 담는다.

시나리오 1

- 카트를 한 개만 사용

- 아이 한 명의 심부름이 끝날 때까지 다른 아이에게 심부름할 기회를 주지 않음

(제어권을 넘겨주지 않고 대기하게 만드는 것 = '블로킹'방식)

➡ 블로킹 방식 / 동기적 방식 사용

 

시나리오 2

- 카트를 3개 사용

- 다른 아이와 관계없이 심부름할 기회를 동시에 줌

(다른 작업과 관계없이 일을 수행하는 논블로킹 방식)

➡ 논블로킹 / 비동기적 방식 사용

 

Node.js는?

논블로킹 / 비동기 방식을 사용함

 

동기적 방식을 이용한다면?

- 웹 서버와 같이 많은 사람의 요청이 들어와 처리해야 하는 작업에 적합하지 않음.

- 하나의 CPU를 나눠 사용하여 하나의 작업이 끝나고,

  작업이 완료됐다는 응답이 올 때까지 기다리면 그 시간 동안 자원을 낭비하게 됨.

 

3. 싱글 스레드와 이벤트 루프

Node.js는 싱글 스레드와 이벤트 루프 기반

 

1) 스레드 : 경량화된 프로세스

ex) 인터넷 서핑
프로세스 : 하나의 브라우저를 실행
스레드 : 브라우저 내에서 이동, 검색 등 다른 작업을 수행하는 것

논블로킹/비동기 방식을 채택하면서 싱글 스레드로 빠르게 일을 처리하는 방법은?

: 이벤트 루프

 

2) 이벤트 루프

: 응답을 기다리는 대신, 작업이 종료되면 이벤트를 발생시키고 콜백 큐(작업 큐)에 등록하는 방법!

(응답을 기다리는 대신, 다른 작업을 먼저 수행하는 것)

- 작업이 완료된 것을 아는 방법은?

: 이벤트 루프가 계속해서 감시

 

- 이벤트 루프는 지속적으로 콜 스택이 비어있는지 체크함.

- 콜 스택이 비어있다면?

  : 콜백 큐의 작업을 콜 스택으로 밀어 넣음

콜백 큐 : 이벤트 발생 후 호출되어야 할 작업을 기다리는 자료구조 (이벤트 큐)
클 스택 : 함수의 호출을 기록하는 자료구조, 현재 실행 중인 작업이 끝났을 때 어느 실행 부분으로 돌아갈지 보관

➡ 콜 스택은 먼저 실행하는 작업이 있는 곳 / 콜백 큐는 나중에 실행할 작업이 있는 곳

 

4. Node.js의 동작 과정

1) '이벤트 루프'가 어떤 이벤트가 있는지 계속해서 감시 ➡ 이벤트가 감지되면 그 작업을 위해 '작업 스레드'를 생성

2) 이벤트 루프는 처리 작업을 작업 스레드에게 맡기고 ➡ 다른 이벤트가 없나 다시 감시

     ('작업 스레드'는 일종의 작업 공간)

3) 작업 스레드가 작업을 받을 때, '콜백 함수'라는 것을 받음. (콜백 함수 = 작업이 끝나면 실행하는 함수)

4) 작업 스레드는 작업을 마치면 ➡ 이 콜백 함수를 실행하고 싶다고 최고 감시자(이벤트 루프)에게 응답을 보냄

5) 응답을 받은 이벤트 루프는 콜백 함수의 결과를 클라이언트에게 전송 (우리가 볼 수 있는 결과)

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정리!
1. 웹 서버 : 요청을 처리하고 적절한 결과를 보내주는 프로그램
2. Node.js란? 자바스크립트 런타임, Node.js만의 API
3. Node.js가 빠르지만 사용이 어려운 이유는? 논블로킹/비동기 처리 방식 때문
4. 논블로킹/비동기란? 작업의 흐름이 순차적이지 않고, 응답을 기다리지 않고, 다음 작업을 바로 실행
5. 웹 서버와 같이 수많은 요청이 들어와 처리해야 하는 작업을 블로킹/동기 방식으로 사용한다면 자원 낭비
6. Node.js는 싱글 스레드가 있지만 비동기 방식으로 작업처리가 가능한 이유는? 이벤트 루프
7. 이벤트 루프는 어떤 이벤트가 있는지 감시! -> 이벤트를 감지하면 작업 스레드를 생성하여 이벤트 처리를 맡김