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キューとは何か
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tsuda.a
April 24, 2024
Programming
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キューとは何か
キューが分からない、何に使うか不明、という話があったので、リングバッファを用いた例を使って説明を試みました。
tsuda.a
April 24, 2024
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Transcript
キューとは何か? すごい広島570 with IT初心者の会 85 LTDD 2024-3 #3 @tsuda_ahr
お題 • キューが分からない、何に使うか不明、という話があったので説明を試みて みます。
話すこと • 原始的な、データ構造としてのキューの話をします。
元ネタ https://speakerdeck.com/satoshi256kbyte/konpiyutasaiensuniokerukiyutosutatukunojie-shuo
この説明に疑問を持った
どこが疑問だったか • 並列並行処理とキューの説明が混在している。 • 待ち時間や輻輳の話も含まれている。 • 負荷の平準化(負荷分散)についても述べられている。 • 多分Amazon SQS
(Simple Queue Service) とかのサービスを念頭 に置いている。 • つまり、キューの説明としては盛り込みすぎでは?
ということで • 原始的なキューの目的やデータ構造についての説明を試みます。
そもそも「キュー」とは何か • 処理しないとならない、山積みの書類のこと(ぇ #比喩表現です念のため
現実だとこんな感じ キューから取り出して作業 する人 (下から取る) 山積みの書類 (キュー本体) キューに入れる人 (上にのせる)
応用1) 複数で処理する
応用2) Web(しろめ Web Server
手近な例 • レジ待ち。
コンピューターでは? • データ構造の一種として扱われる。
実装例 • たとえばリングバッファを使用する場合
リングバッファとは? • 末尾まで使うと先頭に戻ってくるような使い方をするバッファ 2 3 4 5 6 7 0
1 0 1 2 3 4 5 6 7 実際のリングバッファ リングバッファの概念図
ということで。 • キューの動きを追ってみます。
キューの動き(1) 5 1 6 2 0 7 4 3 5
6 2 0 7 4 3 5 1 6 0 7 4 3 1 2 Read ポインター : 0 Writeポインター : 0 Read ポインター : 0 Writeポインター : 1 Read ポインター : 0 Writeポインター : 2 初期状態 Enqueue(1) Enqueue(2) 書き込み 書き込み
キューの動き(2) 5 6 2 0 7 4 3 5 6
2 0 7 3 5 1 6 0 7 3 1 4 2 Read ポインター : 0 Writeポインター : 3 Read ポインター : 1 Writeポインター : 3 Read ポインター : 1 Writeポインター : 4 1 4 Enqueue(3) Dequeue(1) Enqueue(4) 書き込み 書き込み 読み込み
キューの動き(3) 5 6 0 7 4 3 5 1 6
2 0 7 5 1 6 0 7 3 1 4 2 Read ポインター : 2 Writeポインター : 4 Read ポインター : 3 Writeポインター : 4 Read ポインター : 4 Writeポインター : 4 2 3 4 Dequeue(2) Dequeue(3) Dequeue(4) 読み込み 読み込み 読み込み
特徴 • 固定長のバッファ(=固定サイズのメモリ)で実装可能。 • Read ポインターと Write ポインターに差があると、未読み出しのデータが ある。 •
バッファ数-1 のデータを蓄積可能。 (先の例の場合、バッファ数は 8 なので、7 データまで蓄積可能)
欠点 • バッファサイズに上限がある。 • なので最近はリスト構造などを使った無限長のキューの実装が多いのではな いか?
何がうれしいのか? • レジ待ちとほぼ一緒 • 要求の順番で処理ができる。 • 処理するほうは、一つずつ順番に処理できる。 • 要求するほうは、要求だけして逃げることもできる(=待たずに他の処理ができる)
デメリット • 要求に対して処理結果が即座に返せるなら、キューを使うメリットはほぼない。 • 順番は保証されるが、いつ結果が戻ってくるかはわからない。 • キューが長すぎるとひたすら戻ってこない。 • 今回説明した実装では、優先度を上げたりキャンセルしたりはできない。
こちらからは以上です。 • Any Question?