[ON SOPT] Server 2nd Seminar

NodeJS

NodeJS란?

NodeJS는 서버도 아니고, 프레임워크도 아니고, 프로그래밍 언어도 아니다
프로그래밍 언어로 JavaScript를 사용하고,
Web Browser가 JavaScript를 해석한다.
NodeJS는 크롬 V8 엔진으로 빌드된 JavaScript를 실행할 수 있는 런타임 환경이다.

NodeJS의 특징

Non-blocking I/O

• Blocking
  호출된 함수가 자신의 작업이 끝날 때까지 제어권을 가짐.
  호출한 함수는 대기하며, 그 동안 프로그램 처리 진행 X
• Non-Blocking
  호출한 함수가 바로 다음 호출한 함수에게 제어권을 줌.
  다음 작업 바로 수행할 수 있음.
  
  
  결과론적으로 다음과 같이 작업이 이루어진다.
  

Single Thread

• 프로세스
  운영 체제에서 할당하는 작업의 단위
  프로세스 간 자원(메모리) 공유 X
• 쓰레드
  프로세스 내에서 실행되는 흐름의 단위
  쓰레드들은 부모 프로세스의 자원 공유 가능!
  
  
  Node 실행 → 프로세스 한 개 생성 → 쓰레드 여러 개 생성
  그러나 NodeJS는 Single Thread이기 때문에 제어 가능한 쓰레드는 한 개
  
  
  Q. Single Thread보다 Multi Thread가 더 좋지 않나요?
  A. 쓰레드를 카페의 바리스타로 비유한 다음 예시로 확인하자.
  

Event Driven

이벤트가 발생할 때 미리 지정해 놓은 작업을 수행
Node는 이벤트 리스너(Event Listener)에 콜백 함수를 지정해서 동작한다.

(부가적인 설명)
JavaScript 엔진은 Memory Heap, CallStack 의 두 가지 주요 구성 요소로 이루어졌다.

• Memory Heap (메모리 힙)
  변수와 객체에 대한 모든 메모리 할당이 여기서 발생.
• CallStack (호출 스택)
  코드가 실행되면 호출 스택이 쌓인다.
  프로그램에서 우리가 어딨는지를 기록하는 데이터 구조!
• CallStack의 사이즈를 초과한다면 Stack Overflow가 발생한다. (무한루프 등등)
• JavaScript는 Single Thread이므로, 호출 스택이 하나다. (즉, 한 번에 하나의 일만 처리할 수 있음)
  → 하나의 함수가 엄청 느리면?? 비동기 콜백(Asynchronous CallBack)을 이용!!

Asynchronous CallBack (비동기 콜백)

• 콜백 큐(Callback Queue)
  • 이벤트가 발생하면 백그라운드에서 콜백으로 콜백 함수들을 보냄
  • 이벤트루프가 콜스택에 콜백 함수들을 전달
  • 콜백 큐의 콜백 함수들은 콜 스택이 비워지기를 기다림
• 이벤트 루프(Event Loop)
  • 콜백 큐의 콜백함수들을 콜 스택에 전달
  • 단, 콜 스택이 비어있을 때만 전달
• 백그라운드(BackGround)
  • 타이머나 이벤트 리스너들이 대기하는 곳
  • 여러 작업 동시에 실행 가능

비동기 흐름 제어

Blocking ↔ Non-Blocking, Sync ↔ Async 구분하기

• Blocking ↔ Non-Blocking : 호출되는 함수가 바로 리턴하느냐 마느냐
  Blocking: 바로 리턴 X
  Non-Blocking: 바로 리턴
• Sync ↔ Async : 호출되는 함수의 작업 완료 여부를 누가 신경쓰느냐
  Sync: 호출하는 함수가 (계속 확인하며) 신경 씀
  Async: 호출되는 함수가 신경 씀

JavaScript는 기본적으로 동기적(Synchronous) 으로 실행된다.
하지만 Node는 대부분 비동기적(Asynchronous) 으로 작동한다.
그럼, 다음의 문제 상황에 직면한다.

JavaScript에서 비동기적으로 실행하고 싶은 코드가 있다면..?

Callback Function

콜백함수란?

1. 다른 함수의 인자로써 이용되는 함수  
2. 어떤 이벤트에 의해 호출되어지는 함수 

예시)

fun = function(a, b, callback_func){
    callback_func(a+b, a-b);
}
fun(5, 10, function(res1, res2) {
    console.log(res1);
    console.log(res2);
});

쉽게 말해, 이벤트가 끝나면 다시 전화를 준다!
이걸 이용해서 어떻게 비동기 처리를 해결할 수 있을까?
다음의 예시를 살펴보자.

function getData() {
    var tableData;
    $.get('https://domain.com/products/1', function(response) {
        tableData = response;
    });
    return tableData;
}

console.log(getData()); // undefined

예상한 대로라면, response를 받고 tableData에 넣고, tableData가 출력되어야 하지만 undefined가 출력된다.
그 이유는, get이 비동기 방식으로 작동하여 tableData에 response를 넣기 전에 return tableData;를 실행했기 때문이다.
다음과 같이 콜백함수를 사용하면, 이를 해결할 수 있다.

function getData(callbackFunc) {
    $.get('https://domain.com/products/1', function(response) {
        callbackFunc(response); // 서버에서 받은 데이터 response를 callbackFunc() 함수에 넘겨줌
    });
}

getData(function(tableData) {
    console.log(tableData); // $.get()의 response 값이 tableData에 전달됨
});

이러면, 데이터가 들어와야만 콜백 함수로 넘어가기 때문에, 데이터가 올바르게 출력된다.
setTimeout은 다음 예시와 같이 콜백함수로 처리 가능하다.

function first(callback){
    setTimeout(function() {
        console.log(1);
        callback();
    }, 500);
}
function second() {
    console.log(2);
}

first(function() {
    second();
});

이러한 경우에는, 5초 뒤에 1 나오고 그 뒤에 2 나온다.
이와 같이 콜백함수를 이용하는 경우에는, Callback Hell에 빠질 수 있다는 문제가 있다.
(콜백함수가 서로 물리고 물려, 가독성 떨어지고 로직 바꾸기도 어렵다)
따라서, 아래의 방법들을 주로 이용한다.

Promise

Promise는 다음의 3가지 상태를 가진다.

• Pending : 최초로 생성, 비동기 작업 수행중..
• Fullfilled : 비동기 작업이 성공적으로 완료됨

• Rejected : 비동기 작업이 실패함
  
  기본적으로 promise는 다음의 형태를 띈다.

  const func = new Promise(function (resolve, reject) {
      // 내용
  });

  • 비동기 작업을 성공하면, resolve를 호출한다. (Fullfilled 상태가 됨)
    이 경우, then()을 통해 결과를 전달한다.

  • 비동기 작업이 실패하면, reject를 호출한다. (Rejected 상태가 됨)
    이 경우, catch()를 통해 (보통은 error가) 전달한다.

    예시)

    const func = new Promise(function (resolve, reject) {
        const age = 19;
        if(age > 20) {
            resolve(age);
        } else {
            reject(new Error('나이가 너무 어려요'));
        }
    });
    
    func
        .then(function(resolvedData) {
            console.log(resolvedData);
        })
        .catch(function(err) {
            console.log(err);
        });

    cf) 여러 개의 promise를 .then()을 연달아 사용할 수 있다 (Promise Chaining)

Async

함수 앞에 async 키워드를 붙혀주면, 암묵적으로 promise를 반환 한다.

예시) 다음의 두 함수는 정확히 같은 역할을 한다.

function getData() {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        const data = 'data';    // 오래 걸림
        resolve(data)
    })
}

const data = getData();
data.then( (value) => {
    console.log(value);
});

async function getData() {
    const data = 'data';    // 오래 걸림
    return data;
}
const data = getData();
data.then( (value) => {
    console.log(value);
});

await은 promise를 기다리며 (성공 or 실패), async로 정의된 함수 앞에만 사용 가능하다.

예시)

async function getData() {
    const data = 'data';    // 오래 걸림
    return data;
}

async function main() {
    const data = await getData();
    console.log(data);
}

main();

Module

모듈이란?

코드를 여러 개의 파일로 분리하는 방법!

• Exports를 사용하여 분리하는 예시

// animal.js의 가장 하단부
module.exports = {
    func1,
    func2,
    animal,
}

// main.js의 가장 상단부
const animalModule = require('./animal');

// animal.js의 함수들을 main.js에서 사용 가능
animalModule.func1();
animalModule.animal.bark();

File System Module

파일 시스템에 접근하는 내장 모듈로, 파일 생성, 삭제, 읽기, 쓰기, 폴더 생성 및 삭제 가능

//동기적 write & read
const fs = require('fs');
fs.writeFileSync('filename.txt', data);
const read_data = fs.readFileSync('filename.txt');

// 비동기적 write & read
const fs = require('fs');
fs.writeFile('filename.txt', data, () => {
    console.log('wrote file');
});
fs.readFile('filename.txt', (err, data) => {
    console.log(`read file with ${data}`);
});

Crypto

다양한 방식의 암호화를 도와주는 모듈
단방향 암호화 방식으로, 복호화 할 수 없다 (주로 해시 기법)

const crypto = require('crypto');
const password = '1234';
const fin = crypto.createHash('sha512').update(password).digest('base64');

• createHash(algorithm <string>)
  사용할 해시 알고리즘을 넣어줌. 주로 sha512 사용
• update( <string> )
  변환할 문자열 넣어줌.
• digest(encoding)
  인코딩할 알고리즘을 넣어줌. base64가 결과가 짧아 많이 이용함

PBKDF2 (Password-Based Key Derivation Function)

가장 많이 사용되는 Key Derivation Function으로, salt를 적용한 후 반복 횟수를 임의로 선택한다.

crypto.pbkdf2는 다음과 같은 형태로 사용한다.

crypto.pbkdf2(password, salt, iterations, keylen, digest, callback);

실제로 적용한 예시는 아래와 같다.

const crypto = require('crypto');

crypto.randomBytes(64, (err, buf) => {
    const salt = buf.toString('base64');
    console.log(`salt : ${salt}`);
    crypto.pbkdf2('비밀번호', salt, 100000, 64, 'sha512', (err, key) => {
        console.log(`password: ${key.toString('base64')}`);
    });
});