45. 프로미스

자바스크립트는 비동기 처리를 위한 패턴으로 콜백 함수를 활용한다.

전통적인 콜백 패턴의 단점

콜백 헬로 인해 가독성이 나쁘다.
비동기 처리 중 발생한 에러의 처리가 곤란하다.
여러 개의 비동기 처리를 한번에 처리하는 데 한계가 있음.

ES6에서는 비동기 처리를 위한 또다른 패턴인 프로미스(Promise)를 도입했다. 프로미스는 전통적인 콜백 패턴이 가진 단점을 보완하며 비동기 처리 시점을 명확하게 표현할 수 있다.

45.1 비동기 처리를 위한 콜백 패턴의 단점

45.1.1 콜백 헬

// GET 요청을 위한 비동기 함수
const get = url => {
  const xhr = new XMLHttpRequest();
  xhr.open('GET', url);
  xhr.send();

  xhr.onload = () => {
    if (xhr.status === 200) {
      // 서버의 응답을 콘솔에 출력한다.
      console.log(JSON.parse(xhr.response));
    } else {
      console.error(`${xhr.status} ${xhr.statusText}`);
    }
  };
};

// id가 1인 post를 취득
get('https://jsonplaceholder.typicode.com/posts/1');
/*
{
  "userId": 1,
  "id": 1,
  "title": "sunt aut facere ...",
  "body": "quia et suscipit ..."
}
*/

get 함수가 서버의 응답 결과를 반환하게 하려면 어떻게 하면 될까?

get 함수는 함수 내부에 비동기로 동작하는 코드를 포함한 함수이다.
비동기 함수를 호출하면 함수 내부의 비동기로 동작하는 코드가 완료되지 않았다 해도 기다리지 않고 즉시 종료된다. 즉, 비동기 함수 내부의 비동기로 동작하는 코드는 비동기 함수가 종료된 이후에 완료된다. 따라서 비동기 함수 내부의 비동기로 동작하는 코드에서 처리 결과를 외부로 반환하거나 상위 스코프의 변수에 할당하면 기대한 대로 동작하지 않는다.

let g = 0;

// 비동기 함수인 setTimeout 함수는 콜백 함수의 처리 결과를 외부로 반환하거나
// 상위 스코프의 변수에 할당하지 못한다.
setTimeout(() => { g = 100; }, 0);
console.log(g); // 0

GET 요청을 전송하고 서버의 응답을 받는 get 함수도 비동기 함수다. (get 함수 내부의 onload 이벤트 핸들러가 비동기로 동작하기 때문)

// GET 요청을 위한 비동기 함수
const get = url => {
  // get 함수 호출되면 XMLHttpRequest 객체 생성
  const xhr = new XMLHttpRequest();
  xhr.open('GET', url);
  xhr.send();

  xhr.onload = () => {
    if (xhr.status === 200) {
      // ① 서버의 응답을 반환한다.
      return JSON.parse(xhr.response);
    }
    console.error(`${xhr.status} ${xhr.statusText}`);
  };
};

// ② id가 1인 post를 취득
const response = get('https://jsonplaceholder.typicode.com/posts/1');
console.log(response); // undefined

onload 이벤트 핸들러는 get 함수가 호출하지 않기 때문에 onload 이벤트 핸들러의 반환값은 캐치할 수 없다.

그렇다면 ①에서 서버의 응답을 상위 스코프의 변수에 할당하면 어떨까?

let todos;

// GET 요청을 위한 비동기 함수
const get = url => {
  const xhr = new XMLHttpRequest();
  xhr.open('GET', url);
  xhr.send();

  xhr.onload = () => {
    if (xhr.status === 200) {
      // ① 서버의 응답을 상위 스코프의 변수에 할당한다.
      todos = JSON.parse(xhr.response);
    } else {
      console.error(`${xhr.status} ${xhr.statusText}`);
    }
  };
};

// id가 1인 post를 취득
get('https://jsonplaceholder.typicode.com/posts/1');
console.log(todos); // ② undefined

이 또한 동작하지 않는다. xhr.onload 이벤트 핸들러 프로퍼티에 바인딩한 이벤트 핸들러는 언제나 ②의 console.log 종료 이후에 호출되기 때문에 ②의 todos에 서버의 응답 결과가 할당되기 이전이다.

왜 처리순서가 보장되지 않는걸까??

비동기 함수 get이 호출되면 함수 코드를 평가하는 과정에서 get 함수의 실행 컨텍스트가 생성되고 실행 컨텍스트 스택(콜 스택)에 푸쉬된다. 이 후 함수 코드 실행 과정에서 xhr.onload 이벤트 핸들러 프로퍼티에 이벤트 핸들러가 바인딩된다.
get 함수가 종료하면 get 함수의 실행 컨텍스트가 콜 스택에서 pop 되고, 곧바로 ②의 console.log가 호출된다. 이때 console.log의 실행 컨텍스트가 생성되어 실행 컨텍스트 스택에 푸쉬된다. 만약 console.log가 호출되기 직전에 load 이벤트가 발생하더라도 xhr.onload 이벤트 핸들러 프로퍼티에 바인딩한 이벤트 핸들러는 결고 console.log보다 먼저 실행되지 않는다.
서버로부터 응답이 도착하면 xhr 객체에서 load 이벤트가 발생한다. 이때 xhr.onload 핸들러 프로퍼티에 바인딩한 이벤트 핸들러가 즉시 실행되는 것이 아니다. xhr.onload 이벤트 핸들러는 load 이벤트가 발생하면 일단 태스크 큐에 저장되어 대기하다가, 콜 스택이 비면 이벤트 루프에 의해 콜 스택으로 푸쉬되어 실행된다.
따라서 xhr.onload 이벤트 핸들러가 실행되는 시점에는 콜 스택이 빈 상태여야 하므로 ②의 console.log는 이미 종료된 후다. 만약 get 함수 이후에 console.log가 100번 호출된다 해도 xhr.onload 이벤트 핸들러는 모든 console.log가 종료한 이후에 실행된다. 즉, xhr.onload 이벤트 핸들러가 상위 스코프의 변수에 서버의 응답 결과를 할당하기 이전에 console.log가 먼저 호출되어 undefined가 출력된다.

이처럼 비동기 함수는 비동기 처리 결과를 외부에 반환할 수 없고, 상위 스코프의 변수에 할당할 수도 없다. 따라서 비동기 함수의 처리 결과(서버의 응답 등)에 대한 후속 처리는 비동기 함수 내부에서 수행해야 한다. 이 때 비동기 함수를 범용적으로 사용하기 위해 비동기 함수에 비동기 처리 결과에 대한 후속 처리를 수행하는 콜백 함수를 전달하는 것이 일반적이다. 필요에 따라 비동기 처리가 성공하면 호출될 콜백 함수와 비동기 처리가 실패하면 호출될 콜백 함수를 전달할 수 있다.

// GET 요청을 위한 비동기 함수
const get = (url, successCallback, failureCallback) => {
  const xhr = new XMLHttpRequest();
  xhr.open('GET', url);
  xhr.send();

  xhr.onload = () => {
    if (xhr.status === 200) {
      // 서버의 응답을 콜백 함수에 인수로 전달하면서 호출하여 응답에 대한 후속 처리를 한다.
      successCallback(JSON.parse(xhr.response));
    } else {
      // 에러 정보를 콜백 함수에 인수로 전달하면서 호출하여 에러 처리를 한다.
      failureCallback(xhr.status);
    }
  };
};

// id가 1인 post를 취득
// 서버의 응답에 대한 후속 처리를 위한 콜백 함수를 비동기 함수인 get에 전달해야 한다.
get('https://jsonplaceholder.typicode.com/posts/1', console.log, console.error);
/*
{
  "userId": 1,
  "id": 1,
  "title": "sunt aut facere ...",
  "body": "quia et suscipit ..."
}
*/

이처럼 콜백 함수를 통해 비동기 처리 결과에 대한 후속 처리를 수행하는 비동기 함수가 비동기 처리 결과를 가지고 또다시 비동기 함수를 호출해야 한다면 콜백 함수 호출이 중첩되어 복잡도가 높아지는 현상이 발생한다. 이를 **콜백 헬(callback hell)**이라 한다.

// GET 요청을 위한 비동기 함수
const get = (url, callback) => {
  const xhr = new XMLHttpRequest();
  xhr.open('GET', url);
  xhr.send();

  xhr.onload = () => {
    if (xhr.status === 200) {
      // 서버의 응답을 콜백 함수에 전달하면서 호출하여 응답에 대한 후속 처리를 한다.
      callback(JSON.parse(xhr.response));
    } else {
      console.error(`${xhr.status} ${xhr.statusText}`);
    }
  };
};

const url = 'https://jsonplaceholder.typicode.com';

// id가 1인 post의 userId를 취득
get(`${url}/posts/1`, ({ userId }) => {
  console.log(userId); // 1
  // post의 userId를 사용하여 user 정보를 취득
  get(`${url}/users/${userId}`, userInfo => {
    console.log(userInfo); // {id: 1, name: "Leanne Graham", username: "Bret",...}
  });
});

get('/step1', a => {
  get(`/step2/${a}`, b => {
    get(`/step3/${b}`, c => {
      get(`/step4/${c}`, d => {
        console.log(d);
      });
    });
  });
});

45.1.2 에러처리의 한계

비동기 처리를 위한 콜백 패턴의 문제점 중에서 가장 심각한 것은 에러 처리가 곤란하다는 것이다.

try {
  setTimeout(() => { throw new Error('Error!'); }, 1000);
} catch (e) {
  // ??
  console.error('캐치한 에러', e);
}

try 코드 블록 내에서 호출한 setTimeout 함수는 1초 후에 콜백 함수가 실행되도록 타이머를 설정하고, 이 콜백 함수는 에러를 발생시킨다. 하지만 이 에러는 catch 코드 블록에서 캐치되지 않는다. 그 이유는 무엇일까??

비동기 함수인 setTimeout이 호출되면 setTimeout 함수의 실행 컨텍스트가 생성되어 콜 스택에 푸쉬되어 실행된다. setTimeout은 비동기 함수이므로 콜백 함수가 호출되는 것을 기다리지 않고 즉시 종료되어 콜 스택에서 제거된다. 이후 타이머가 만료되면 setTimeout 함수의 콜백 함수는 태스크 큐로 푸쉬되고 콜 스택이 비워졌을 때 이벤트 루프에 의해 콜스택으로 푸쉬되어 실행된다.
setTimeout 함수의 콜백 함수가 실행될 때 setTimeout 함수는 이미 콜 스택에서 제거된 상태다. 이것은 setTimeout 함수의 콜백 함수를 호출한 것이 setTimeout 함수가 아니라는 것을 의미한다.
에러는 호출자(caller) 방향으로 전파된다. 즉, 콜 스택의 아래 방향(실행 중인 실행 컨텍스트가 푸쉬되기 직전에 푸쉬된 컨텍스트 방향) 으로 전파된다. 하지만 setTimeout 함수의 콜백 함수를 호출한 것은 setTimeout 함수가 아니다. 따라서 setTimeout 함수의 콜백 함수가 발생시킨 에러는 catch 블록에서 캐치되지 않는다.

45.2 프로미스의 생성

Promise 생성자 함수를 new 연산자와 함께 호출하면 프로미스(Promise 객체)를 생성한다. ES6에서 도입된 Promise는 호스트 객체가 아닌 ECMAScript 사양에 정의된 표준 빌트인 객체다.

Promise 생성자 함수는 비동기 처리를 수행할 콜백 함수를 인수로 전달받는데 이 콜백 함수는 resolve와 reject 함수를 인수로 전달받는다.

// 프로미스 생성
const promise = new Promise((resolve, reject) => {
  // Promise 함수의 콜백 함수 내부에서 비동기 처리를 수행한다.
  if (/* 비동기 처리 성공 */) {
    resolve('result');
  } else { /* 비동기 처리 실패 */
    reject('failure reason');
  }
});

Promise 생성자 함수가 인수로 전달받은 콜백 함수 내부에서 비동기 처리를 수행한다. 이때 비동기 처리가 성공하면 콜백 함수의 인수로 전달받은 resolve 함수를 호출하고, 비동기 처리가 실패하면 reject 함수를 호출한다.

// GET 요청을 위한 비동기 함수
const promiseGet = url => {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    const xhr = new XMLHttpRequest();
    xhr.open('GET', url);
    xhr.send();

    xhr.onload = () => {
      if (xhr.status === 200) {
        // 성공적으로 응답을 전달받으면 resolve 함수를 호출한다.
        resolve(JSON.parse(xhr.response));
      } else {
        // 에러 처리를 위해 reject 함수를 호출한다.
        reject(new Error(xhr.status));
      }
    };
  });
};

// promiseGet 함수는 프로미스를 반환한다.
promiseGet('https://jsonplaceholder.typicode.com/posts/1');

비동기 함수인 promiseGet은 함수 내부에서 프로미스를 생성하고 반환한다. 비동기 처리는 Promise 생성자 함수가 인수로 전달받은 콜백 함수 내부에서 수행한다. 만약 비동기 처리가 성공하면 비동기 처리 결과를 resolve 함수에 인수로 전달하면서 호출하고, 비동기 처리가 실패하면 reject 함수에 인수를 전달하면서 호출한다.

프로미스는 다음과 같이 현재 비동기 처리가 어떻게 진행되고 있는지를 나타내는 상태 정보를 갖는다.

프로미스의 상태 정보	의미	상태 변경 조건
pending	비동기 처리가 아직 수행되지 않은 상태	프로미스가 생성된 직후 기본 상태
fulfilled	비동기 처리가 수행된 상태(성공)	resolve 함수 호출
rejected	비동기 처리가 수행된 상태(실패)	reject 함수 호출

생성된 직후의 프로미스는 기본적으로 pending 상태다. 이후 비동기 처리가 수행되면 비동기 처리 결과에 따라 프로미스의 상태가 변경된다.

비동기 처리 성공 : resolve 함수를 호출해 프로미스를 fulfilled 상태로 변경한다.
비동기 처리 실패 : reject 함수를 호출해 프로미스를 rejected 상태로 변경한다.

fulfilled 또는 rejected 상태를 settled 상태라고 한다. pending이 아닌 상태로 비동기 처리가 수행된 상태를 의미한다.

프로미스는 pending -> settled상태로 변화가 가능하지만, settled -> pending 과 같은 반대의 상황은 변화가 불가능하다.

// fulfilled된 프로미스
const fulfilled = new Promise(resolve => resolve(1));

// rejected된 프로미스
const rejected = new Promise((_, reject) => reject(new Error('error occurred')));

프로미스는 비동기 처리 상태와 처리 결과를 관리하는 객체라고 표현할 수 있다.

45.3 프로미스의 후속 처리 메서드

프로미스의 비동기 처리 상태가 변화하면 이에 따른 후속 처리를 해야 한다. 프로미스는 후속 메서드 then, catch, finally를 제공한다.

프로미스의 비동기 처리 상태가 변화하면 후속 처리 메서드에 인수로 전달한 콜백 함수가 선택적으로 호출된다. 이 때 후속 처리 메서드의 콜백 함수에 프로미스의 처리 결과가 인수로 전달된다.

모든 후속처리 메서드는 프로미스를 반환하며, 비동기로 동작한다. 프로미스의 후속 처리 메서드는 다음과 같다.

45.3.1 Promise.prototype.then

then 메서드는 두 개의 콜백 함수를 인수로 전달받는다.

첫 번째 콜백 함수는 프로미스가 fullfilled 상태(resolve 함수가 호출된 상태)가 되면 호출된다. 이때 콜백 함수는 프로미스의 비동기 처리 결과를 인수로 전달받는다.
두 번째 콜백 함수는 프로미스가 rejected 상태(reject 함수가 호출된상태)가 되면 호출된다. 이 때 콜백 함수는 프로미스의 에러를 인수로 전달받는다.

// fulfilled
new Promise(resolve => resolve('fulfilled'))
  .then(v => console.log(v), e => console.error(e)); // fulfilled

// rejected
new Promise((_, reject) => reject(new Error('rejected')))
  .then(v => console.log(v), e => console.error(e)); // Error: rejected

만약 콜백 함수가 프로미스가 아닌 값을 반환하면 그 값을 암묵적으로 resolve 또는 reject하여 프로미스를 생성해 반환한다.

45.3.2 Promise.prototype.catch

catch 메서드는 한 개의 콜백 함수를 인수로 전달받는다. catch 메서드의 콜백 함수는 프로미스가 rejected 상태인 경우만 호출된다.

// rejected
new Promise((_, reject) => reject(new Error('rejected')))
  .catch(e => console.log(e)); // Error: rejected

catch 메서드는 then과 동일하게 동작한다. 언제나 프로미스를 반환한다.

// rejected
new Promise((_, reject) => reject(new Error('rejected')))
  .then(undefined, e => console.log(e)); // Error: rejected

45.3.3 Promise.prototype.finally

finally 메서드는 한 개의 콜백 함수를 인수로 전달받는다. finally 메서드의 콜백 함수는 프로미스의 성공(fullfilled) 또는 실패(rejected)와 상관없이 무조건 한 번 호출된다. finally 메서드는 프로미스의 상태와 상관없이 공통적으로 수행해야 할 처리 내용이 있을 때 유용하다.

new Promise(() => {})
  .finally(() => console.log('finally')); // finally

const promiseGet = url => {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    const xhr = new XMLHttpRequest();
    xhr.open('GET', url);
    xhr.send();

    xhr.onload = () => {
      if (xhr.status === 200) {
        // 성공적으로 응답을 전달받으면 resolve 함수를 호출한다.
        resolve(JSON.parse(xhr.response));
      } else {
        // 에러 처리를 위해 reject 함수를 호출한다.
        reject(new Error(xhr.status));
      }
    };
  });
};

// promiseGet 함수는 프로미스를 반환한다.
promiseGet('https://jsonplaceholder.typicode.com/posts/1')
  .then(res => console.log(res))
  .catch(err => console.error(err))
  .finally(() => console.log('Bye!'));

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45. 프로미스

45.1 비동기 처리를 위한 콜백 패턴의 단점

45.1.1 콜백 헬

45.1.2 에러처리의 한계

45.2 프로미스의 생성

45.3 프로미스의 후속 처리 메서드

45.3.1 Promise.prototype.then

45.3.2 Promise.prototype.catch

45.3.3 Promise.prototype.finally

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45.1 비동기 처리를 위한 콜백 패턴의 단점

45.1.1 콜백 헬

45.1.2 에러처리의 한계

45.2 프로미스의 생성

45.3 프로미스의 후속 처리 메서드

45.3.1 Promise.prototype.then

45.3.2 Promise.prototype.catch

45.3.3 Promise.prototype.finally