JavaScript

JavaScriptの非同期処理ではキューを使う【キューとは?】

どうも、つよぽんです!

今回は、「非同期処理の実行の流れ」と「キュー」について解説していきます。

今回の記事は次のような方に向けて書きました。

想定読者
  • 非同期関数が実行される順番を何となくではなく、理屈で理解したい
  • 「キュー」というデータ構造を理解したい

この記事を読み終えた後のあなたは次のことがわかるようになっています。

この記事を読み終えた後のあなた
  • キューの仕組みを理解して、非同期関数がスタックとキューを使ってどのように実行されていくのか理屈で理解できるようになる
  • キュー(FIFO)なデータ構造がわかるようになる

今回の記事は以下のスライドを使いながら解説していきます。

それでは次の内容で話を進めていきます。

今回の内容
  1. キューとは
  2. スタックとキューをつかった非同期処理の流れ

キューとは

非同期処理の流れの話に入る前にまず「キュー」について理解する必要があるので、先に「キュー」の解説をします。

既に「キュー」を知っている方は次の章「スタックとキューをつかった非同期処理の流れ」まで読み飛ばしていただいても問題ありません。

キューとはスーパーのレジ待ちのイメージ

キュー」というのはデータ構造の1つです。

冒頭の方でも貼ったスライドの内「図で見るキューの構造(7~15ページ)」を見ていただくとどんなデータ構造かイメージが付きやすいので、スライドの7~15ページを見ることをオススメします。

「キュー」を現実にあるもので例えると、スーパーのレジ待ちを想像するとわかりやすいです。

スーパーのレジ待ちの流れを見ていくと次のようになります。

レジ待ちの流れ
  1. 1人目がレジに入り会計の処理に入る
  2. 2人目は1人目の会計処理が終わるまで待つ
  3. 1人目は会計処理が終わったらレジを抜けて帰る
  4. 2人目がレジに入り会計の処理に入る
  5. 2人目は会計処理が終わったらレジを抜けて帰る
  6. レジ待ちの状態がなくなる

レジ待ちに限らず、列をなして並んでいる時、先頭にいる人から先に処理が実行されていきます。

先頭にいる人は、後ろにいる人より先にこの列にいます。言い換えると「列に先に追加された状態」といえます。

このように、先に追加されたモノを、先に取り除いていくデータ構造を「FIFO(First In First Out)」と呼んだりします。(日本語で言うと「先入れ先出し」)

この「FIFO」なデータ構造をもつものを「キュー」といいます。

配列のpush/shiftメソッドからスタックの動きを理解する

JavaScriptの配列の組み込みメソッドである「push」「shift」メソッドを覚えてるでしょうか?

「push」「shift」メソッドの動きは次のようになります。

push/popメソッドの動き
  • pushメソッド : 配列の末尾に値を追加する
  • shiftメソッド : 配列の先頭から値を取り除く

この動きもまさに「キュー」のデータ構造と同じです。

スタックとキューをつかった非同期処理の流れ

前回記事の「JavaScriptでコールスタックを理解する【関数実行の順番】」では、「スタック」をつかって「同期処理の実行の流れ」を解説しました。

同期処理の場合は「スタック」のみを使いますが、非同期処理の場合は「スタック」と「キュー」の両方を利用します。

非同期関数はスタック外で処理が実行されて、完了したらキューにコールバック関数を送る

スタックとキューを理解したら、非同期処理の流れが理解できます。

冒頭の方でも貼ったスライドの内「サンプルコードと図で見る同期関数・非同期関数の処理の流れ(18~33ページ)」を見ていただくと「非同期関数の処理の流れ」がどんな感じで実行されているのかイメージがつきやすいかと思います。

非同期処理の流れをまとめると次のようになります。

非同期関数の流れ
  1. 非同期関数実行時にスタック(コールスタック)に積まれる(同期関数と同じ)
  2. すぐにスタックから取り除かれ、スタック外で処理が行われる(まだ、非同期関数の処理が完了していない状態)
  3. スタック外で行われている非同期処理が完了したら、非同期関数にセットしたコールバック関数がキューに追加される
  4. スタック(コールスタック)の中が空になったら、キューからコールバック関数を取り出して、そのコールバック関数をスタック(コールスタック)に積む
  5. スタック(コールスタック)に積まれたコールバック関数が実行されて、そのコールバック関数の処理が完了したらスタック(コールスタック)から取り除かれる

動画で非同期処理の流れを理解する

以下の動画の12分45秒過ぎから、これまでに解説した内容がアニメーションを使いながら解説されているので、以下の動画を見るとさらにイメージがつくかと思います。

まとめ

今回の話をまとめると次のとおりです。

今回のまとめ
  • 非同期処理の流れを理解するにはまず「キュー」のデータ構造を理解する必要がある
  • キューとはFIFO(First In First Out)なデータ構造である
  • 非同期関数は実行時にスタックに積まれるが、すぐにスタックから取り除かれて、コールスタックとは別の場所で処理が行われる
  • 非同期関数の処理が完了したら、非同期関数にセットしたコールバック関数がキューに送られる(追加される)
  • コールスタック内が空になったら、キューからコールバック関数を取り出し、スタックに積む
  • スタックに積まれたコールバック関数が実行されて、処理が完了すると、スタックからコールバック関数を取り除く

今回の内容は以下の記事内のスライドの補足資料として作成しました。スライドの全部を確認したい方は以下の記事も参照して頂けたらと思います。

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プログラミングスクールとの比較

プログラミングスクールに通う場合は1ヶ月で10万円以上するところも多いですし、3ヶ月で50万円、更には100万円するところもあります。

プログラミングスクールの値段が高い理由は、「プログラミングスクールで働いている人の人件費」「就職のサポート」なども含まれているからです。

10万円50万円100万円」のいずれの場合も、自己投資とはいえ、支払うのにはだいぶ勇気がいる金額かと思います。

オススメの学習方法

個人的にオススメするのは、プログラミングのできるメンター(師匠)を見つけて、まずは1ヶ月プログラミング学習をしてみて、自分にプログラミングが向いているかどうか確かめてみることです。

10万円50万円100万円」を払って、学習していく中で「やっぱり自分にはプログラミングは向いてない」と判断した場合、その金額はかなりの痛手となります。

そのため、まずは「これくらいの金額なら最悪失っても痛くないな」の値段で教えてくれるメンターを見つけて、そのメンターに色々と質問をしてみましょう。

それで、「良さそうだな」と思ったら教えてもらうといった流れで学習を始めると、金額もだいぶ節約できます。

注意点

ただし、参加者が増えてきたら、1人1人へのサポートの質を維持するのが難しくなるので、値上げする可能性もあります。

値上げする理由は次の以下の理由となります。

  • 値段を上げて参加ハードルをあげることで、自己解決スキルも身につけたいと考えている学習意欲の高い人だけが参加するようになる
    • 調べたらすぐにわかることを、自分で調べずに何でもかんでも質問すると、自己解決スキルも身につかない
    • 更に、他のメンティーさんの対応する時間が取れなくなりサポートの質の低下にも繋がる

詳しく話を聞いてみたい方は

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