コンピュータサイエンスにおける キューとスタックの解説 2024.01.31 SATOSHI KANEYASU

⾃⼰紹介 ⽒名︓兼安 聡 職種︓クラウドエンジニア 最近のお仕事︓DevOpsの推進 趣味︓サックス、筋トレ、CS ゲーム 資格︓ X(Twitter)︓@satoshi256kbyte 1/9 追加

はじめに • また情報処理技術者試験の季節が近づいてきてますね。 • 個⼈の感想ですが、勉強は意味を知らないと頭に⼊りません。 • 昔はピンとこなかった、キューをここ数年使いまくってるので、 その解説をします。 • ついでにスタックも解説します。

キュー（Queue）とスタック（Stack） • どちらもデータの格納・取り出し⽅法の⽤語 • それぞれ、データの格納・取り出しのルールが決まっている • ルールが決まっているのがポイント • ルールが決まっている＝保証されている

キュー（Queue） • 先⼊れ先出し⽅と呼ばれるデータ格納⽅式 • First-In-First-Out、略してFIFO • 現実世界で⾔うと、病院の受付番号など • 病院に⾏く • 受付して、受付番号をもらう • 受付番号順に診察

キューは受付番号のようなもの

キューがなかったどうなるか︖ • 同時に対処できる数を超えて訪問者を受けいれてしまう • 訪問者がいつまで待てばいいのかわからない • ↑による焦りから更なる混雑を招く • 多少処理時間が伸びたとしても、 負荷を平準化し安定化させることが必要なシチュエーションがある

スタック（Stack） • 後⼊れ先出し⽅と呼ばれるデータ格納⽅式 • Last-In-First-Out、略してLIFO • 現実世界で例えるのは難しい • ブラウザの戻る • エディタのUndo機能 • プログラムでエラーが発⽣した時のスタックトレース

ブラウザの戻るの例 番号 訪問履歴 4 https://example.com/page2 3 https://example.com/page1 2 https://example.com/calendar 1 https://example.com 現在のページ︓https://example.com/page3

キューの使⽤例 – キュー未使⽤ DOWNLOAD Server • 画⾯の内容のPDFでダウンロードする機能を考える

キューの使⽤例 – DLする⼈が増えたら DOWNLOAD Server • 受け付けたら⼀気にPDFをDLさせる⽅式だと混雑しやすい • 受け付ける • PDFを作成する • 受け付ける • PDFを作成する • 受け付ける • PDFを作成する • 受け付ける • PDFを作成する ❌ ❌ 重たい処理が、 同時発⽣する混雑する

キューの使⽤例 – 混雑は混雑を⽣む DOWNLOAD Server • 混雑が発⽣すると何度も試す⼈が増えて余計混雑を⽣む • 受け付ける • PDFを作成する • 受け付ける • PDFを作成する • 受け付ける • PDFを作成する • 受け付ける • PDFを作成する ❌ ❌ ❌ ❌ ❌ ❌ ❌

キューの使⽤例 – キューを活⽤する Server • キューを活⽤してDOWNLOADの受付とPDF出⼒を分ける • 受け付ける • PDFを作成する • 受け付ける • 受け付ける • 受け付ける キュー DOWNLOAD4 DOWNLOAD2 DOWNLOAD2 DOWNLOAD1 4 DOWNLOAD

キューの使⽤例 – システムを分ける Server • キューを活⽤してDOWNLOADの受付とPDF出⼒を分ける • 受け付ける • PDFを作成する • 受け付ける • 受け付ける • 受け付ける キュー DOWNLOAD4 DOWNLOAD2 DOWNLOAD2 DOWNLOAD1 4 DOWNLOAD

まとめ • キューは先⼊れ先出し、スタックは後⼊れ先出し • 多数の⼈が使うシステムだと、キューはかなり有⽤ • クラウドとも相性が良い • クラウド絡めるとキューはめちゃめちゃ使います。 • 何に使うかわからない技術があれば教えてください できる限り答えられるようにします