Event Loop

2026. 9. 1.

hyoguoo

Backend Engineer

Node.js는 자바스크립트 코드를 단일 스레드에서만 실행하지만, 오래 걸리는 작업을 뒷단에 위임하여 수많은 동시 접속을 처리한다.

동기 실행과 비동기 위임

자바스크립트 엔진과 비동기 처리 환경이 역할을 분담하여 메인 스레드의 멈춤을 방지한다.

코드 실행: 계산, 조건문, 함수 호출 등 동기적인 로직은 메인 스레드에서 순차적으로 처리
네트워크 통신: 외부 API 호출이나 데이터베이스 (DB) 쿼리 같은 네트워크 I/O는 운영체제 커널의 비동기 기능에 위임
무거운 작업: 파일 시스템 접근이나 암호화 연산 등은 백그라운드 스레드 풀에 할당하여 병렬로 처리
콜백 등록: 위임했던 작업이 끝나면, 그 결과를 바탕으로 실행할 함수 (콜백)를 이벤트 루프의 대기열에 추가

실행 흐름과 순환 구조

메인 스레드는 가장 먼저 초기 코드를 전부 실행하여 콜스택을 비운 뒤에야 이벤트 루프에 진입하여 대기열의 콜백들을 처리하기 시작한다.

코드 실행 시점 예시

웹 서버를 띄우는 과정을 예로 들면, 초기 세팅 코드와 실제 요청을 처리하는 콜백 코드로 명확히 나뉜다.

const express = require('express');
const app = express();

console.log("1. 서버 세팅 시작");

// 라우터 등록 (나중에 클라이언트가 접속하면 실행될 콜백)
app.get('/', (req, res) => {
  console.log("3. 클라이언트 요청 도착 (콜백)");
  res.send("Hello World");
});

app.listen(3000); // 포트 바인딩 시작
console.log("2. 서버 세팅 완료");

초기 동기 코드: 이벤트 루프가 돌기 전, 최상단의 모듈 불러오기, 라우터 세팅 (get), 서버 띄우기 (listen)와 1, 2 출력 로직을 메인 스레드에서 가장 먼저 한 번에 모두 실행
콜백 실행: 서버 세팅이 끝나 메인 스레드가 비워지면 이벤트 루프가 시작되며, 클라이언트 접속이라는 특정 네트워크 조건이 만족되었을 때 비로소 큐에서 콜백 (3)을 꺼내어 메인 스레드 위에서 실행

순환 단계

이벤트 루프는 각 단계에 배정된 큐에서 콜백을 꺼내어 메인 스레드 위에서 실행시키며, 한 단계를 마칠 때마다 우선순위 큐를 먼저 비운 뒤 다음 단계로 넘어간다.

flowchart TB
    Start(["초기 동기 코드 실행<br>(최초 1회 실행)"])

    subgraph EventLoop [이벤트 루프 메인 흐름]
        direction TB
        T["1. Timers 단계<br>(setTimeout)"]
        PO["2. Poll 단계<br>(네트워크, DB 등 I/O 응답)<br>※ 콜백 없으면 여기서 유휴 대기"]
        C["3. Check 단계<br>(setImmediate)"]
        T --> PO
        PO --> C
        C --> T
    end

    subgraph Priority [우선순위 큐]
        direction TB
        NT["process.nextTick"]
        MQ["Promise 콜백"]
    end

    Start -->|모두 실행 후<br>루프 진입| T
    T -.-> Priority
    PO -.->|각 단계를 마칠 때마다<br>최우선으로 일괄 실행| Priority
    C -.-> Priority
    classDef init fill: #e8f5e9,color: #1b5e20
    classDef phase fill: #e3f2fd,color: #0d47a1
    classDef micro fill: #fff3e0,color: #e65100
    class Start init
    class T,PO,C phase
    class NT,MQ micro

초기 실행: 애플리케이션 시작 시 작성된 최상단의 코드들을 루프 진입 전에 가장 먼저 1회 실행
Timers 단계: setTimeout이나 setInterval로 예약한 시간이 만료된 타이머 콜백 처리
Poll 단계: 클라이언트의 HTTP 요청 도착, 외부 API 응답, DB 쿼리 결과 반환, 파일 읽기 완료 등 대부분의 비동기 입출력 (I/O) 콜백 처리
- 유휴 대기: 당장 처리할 콜백이 없다면 새로운 작업이 들어올 때까지 대기하며 CPU 낭비 방지
Check 단계: Poll 단계 직후에 무조건 실행되도록 보장하는 setImmediate 전용 콜백 처리
우선순위 큐 (Microtask): process.nextTick과 Promise 콜백이 담기는 곳. 특히 async/await 사용 시, I/O 작업 완료 신호가 이 큐로 전달되어 멈춰있던 코드를 가장 먼저 재개시키는 핵심 역할을 담당

API 요청 처리 과정 예시

클라이언트의 GET 요청 안에서 DB 조회와 외부 API 호출이 연달아 일어날 때, 메인 스레드와 이벤트 루프는 다음과 같이 흐른다.

sequenceDiagram
    participant C as 클라이언트
    participant M as 메인 스레드
    participant L as 이벤트 루프 & OS
    participant DB as 데이터베이스
    participant API as 외부 API
    Note over M,L: 1. 초기 세팅 완료 후 Poll 단계 유휴 대기
    C ->> L: GET /data 요청 도착
    L ->> M: [Poll 단계] 라우터 콜백 꺼내서 실행
    activate M
    M ->> L: DB 조회 비동기 호출 위임 (await db.query)
    deactivate M
    L ->> DB: 쿼리 전송 (네트워크 I/O)
    Note over M: 메인 스레드는 비워지고<br>루프는 다시 대기 상태 (Pause)
    DB -->> L: DB 응답 (트리거 발생)
    Note over L: OS 감지 후 Poll 단계를 거쳐<br>우선순위 큐에 Promise 완료 등록
    L ->> M: 우선순위 큐를 싹 비우며<br>await 지점부터 코드 재개 (Resume)
    activate M
    M ->> L: 외부 API 비동기 호출 위임 (await fetch)
    deactivate M
    L ->> API: HTTP 요청 (네트워크 I/O)
    Note over M: 메인 스레드는 비워지고<br>루프는 다시 대기 상태 (Pause)
    API -->> L: API 응답 (트리거 발생)
    Note over L: Poll 단계를 거쳐<br>우선순위 큐에 완료 등록
    L ->> M: 우선순위 큐를 싹 비우며<br>await 지점부터 코드 재개 (Resume)
    activate M
    M -->> C: res.send() 응답 반환
    deactivate M
    Note over M: 요청 처리 완료.<br>메인 스레드는 다시 비워짐

요청 도착: 클라이언트가 서버에 접속하면 OS가 이를 감지해 Poll 단계 큐에 콜백을 넣고, 메인 스레드가 이를 꺼내 실행 시작
일시 정지 (Pause): 로직 중 await db.query() 같은 비동기 I/O를 만나면 뒷단에 작업을 위임하고, 현재 함수의 실행을 멈춘 뒤 메인 스레드의 제어권을 넘겨 스레드를 비움
완료 트리거 (Trigger): DB나 API 연산이 끝나면 OS가 이를 감지하여 이벤트 루프의 Poll 단계 큐에 완료 신호를 밀어 넣음
로직 재개 (Resume): Poll 단계가 이 신호를 받아 **우선순위 큐 (Microtask)**에 Promise 완료를 등록
- 메인 스레드가 이 우선순위 큐를 싹 비울 때 비로소 일시 정지되었던 await 바로 다음 줄부터 코드가 다시 실행됨
논블로킹의 핵심: 메인 스레드가 멍하니 멈춰있지 않고 이벤트 루프는 쉴 새 없이 Timers -> Poll -> Check단계를 순환하며 다른 수많은 클라이언트의 요청이나 타이머를 병렬적으로 처리

이벤트 루프 블로킹 방어

메인 스레드가 무거운 동기식 계산에 묶여 이벤트 루프가 멈추면 모든 클라이언트의 요청 처리가 완전히 정지된다.

원인: 메인 스레드에서 대용량 JSON 파싱, 복잡한 정규표현식 매칭, 이미지 변환 등 CPU 연산이 오래 걸리는 작업을 실행
파급 효과: 해당 연산이 끝날 때까지 루프가 순환하지 못하여 대기열에 쌓인 다른 정상적인 요청들도 응답을 받지 못함
해결 방안: 부하가 큰 작업은 워커 스레드 (Worker Threads)로 옮겨 연산하거나, 아예 별도의 외부 처리 서버로 격리하여 메인 스레드 보호

Node.js