[Node.js] 런타임 개요

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정의

Node.js 는 Ryan Dahl 이 2009년 발표한 JavaScript 서버 사이드 런타임 입니다. V8 엔진 (Chrome) + libuv (비동기 I/O) + 표준 라이브러리 조합으로 브라우저 밖에서 JS 실행.

한 줄 요약: “JavaScript 로 서버, CLI, 도구를 만드는 표준 런타임”.

구성 요소

flowchart TB
  App["JavaScript App"] --> API["Node.js API<br/>(fs, http, crypto)"]
  API --> B["Bindings<br/>(C++)"]
  B --> V8["V8 Engine"]
  B --> UV["libuv"]
  UV --> OS["OS (kernel)"]
  V8 --> OS

• V8: JS 파싱, 컴파일, 실행 (Ignition, TurboFan, Maglev)
• libuv: 이벤트 루프, 비동기 I/O, thread pool
• 표준 라이브러리: fs, http, crypto, net, dns, path, url, …

Event Loop

Node.js 의 심장. 단일 스레드 + 비동기 I/O.

flowchart LR
  T[Timers<br/>setTimeout] --> P[Pending<br/>Callbacks]
  P --> I[Idle/Prepare]
  I --> Poll[Poll<br/>I/O]
  Poll --> C[Check<br/>setImmediate]
  C --> Cl[Close<br/>Callbacks]
  Cl --> T

6 단계 (phases). 각 phase 에 callback queue. 사이사이 microtask queue (Promise, queueMicrotask) 처리.

핵심: I/O (파일, 네트워크) 는 non-blocking. libuv 가 OS 에 위임 후 완료 시 callback.

비동기 프로그래밍

Callback (초기)

fs.readFile('file.txt', (err, data) => {
  if (err) throw err;
  console.log(data);
});

Callback hell 문제.

Promise (ES6+)

fs.promises.readFile('file.txt')
  .then(data => console.log(data))
  .catch(err => console.error(err));

async/await (ES2017+)

try {
  const data = await fs.promises.readFile('file.txt');
  console.log(data);
} catch (err) {
  console.error(err);
}

모던 관용. 자세한 것은 async/await 참조.

모듈 시스템

두 시스템 병존. 자세한 것은 CJS vs ESM 참조.

• CommonJS (레거시): require / module.exports
• ESM (표준): import / export

Node 22.12+ 는 require(esm) 지원.

표준 모듈

파일 시스템

import { readFile, writeFile } from 'node:fs/promises';

const data = await readFile('/path/to/file', 'utf-8');
await writeFile('/path/out', 'content');

HTTP 서버

import { createServer } from 'node:http';

const server = createServer((req, res) => {
  res.writeHead(200, { 'Content-Type': 'text/plain' });
  res.end('Hello\n');
});

server.listen(3000);

Streams

import { createReadStream, createWriteStream } from 'node:fs';
import { pipeline } from 'node:stream/promises';

await pipeline(
  createReadStream('input.txt'),
  createWriteStream('output.txt'),
);

Streams 는 큰 파일 처리에 필수. Backpressure 자동.

Crypto

import { createHash, randomBytes } from 'node:crypto';

const hash = createHash('sha256').update('data').digest('hex');
const token = randomBytes(32).toString('hex');

Path / URL

import { join, dirname } from 'node:path';
import { fileURLToPath } from 'node:url';

const __dirname = dirname(fileURLToPath(import.meta.url));
const configPath = join(__dirname, 'config.json');

Worker Threads

CPU-bound 작업용. Event loop 를 막지 않기 위해:

import { Worker } from 'node:worker_threads';

const worker = new Worker('./cpu-heavy.js');
worker.postMessage({ data: [...] });
worker.on('message', result => console.log(result));

주의: Node 는 기본 단일 스레드. Worker 는 진짜 thread, 무거운 계산 격리.

Cluster

멀티 프로세스로 CPU 활용 (worker_threads 대안):

import cluster from 'node:cluster';
import os from 'node:os';

if (cluster.isPrimary) {
  for (let i = 0; i < os.cpus().length; i++) cluster.fork();
} else {
  // server code
}

PM2 가 이 관리를 대신. Kubernetes 는 프로세스 대신 pod.

npm / package.json

의존성 관리:

{
  "name": "my-app",
  "version": "1.0.0",
  "type": "module",
  "scripts": {
    "start": "node src/index.js",
    "dev": "node --watch src/index.js",
    "test": "node --test"
  },
  "dependencies": {
    "express": "^4.19.0"
  },
  "devDependencies": {
    "@types/node": "^20.0.0",
    "typescript": "^5.3.0"
  }
}

패키지 매니저: npm (기본), pnpm (효율적), yarn, bun.

LTS 정책

Node 는 짝수 버전이 LTS (Long Term Support). 30개월 유지.

• Node 20 (2023-04): LTS
• Node 22 (2024-04): LTS
• Node 24 (2025-04): LTS (예정)

홀수 버전 (21, 23): 짧은 실험. 프로덕션 지양.

최근 개선 (Node 20-22)

• Test runner 내장 (node --test)
• Watch mode (node --watch)
• Permission model (--permission)
• fetch global (undici 통합)
• require(esm) stable (22.12+)
• import.meta.dirname, .filename
• --env-file (.env 자동 로드)
• WebSocket client

Node 가 Deno/Bun 기능을 흡수 중.

대안 런타임

• Bun: Zig, 초고속
• Deno: TS 네이티브, secure by default
• WinterJS, Netlify Edge: Edge 특화

Node 는 여전히 지배적, 하지만 압박 받음.

실전 최적화

Native module

크리티컬 성능은 C++/Rust addon (.node 파일). N-API.

Cluster / Worker

CPU 코어 활용.

Streams

큰 파일/네트워크는 buffer 대신 stream.

Profile

--prof, --inspect (Chrome DevTools).

Memory Leak

Heap snapshot + Chrome DevTools.

함정

관련 위키

• CJS vs ESM
• ES Modules
• Event Loop
• async/await
• Promise
• 번들링
• Bun - 대안
• TypeScript
• NestJS
• Koa.js
• FastAPI - Python 대비