큐(면접을 위한 CS 전공지식 노트)

큐(Queue)

큐(Queue)

큐(Queue)는 자료구조의 일종으로, 데이터를 저장하고 관리하는데 사용되는 

추상 데이터 형태(ADT, Abstract Data Type) 중 하나입니다. 

큐는 데이터 요소를 일렬로 나열하여 관리하며, 

데이터가 들어온 순서대로 처리되는 구조를 가지고 있습니다. 

큐는 "선입선출" (FIFO, First-In-First-Out) 원칙을 따르며, 

가장 먼저 저장된 데이터가 가장 먼저 처리되고 나중에 저장된 데이터는 나중에 처리됩니다.

큐는 다양한 응용 분야에서 사용됩니다. 

예를 들어, 운영 체제에서 프로세스 스케줄링, 네트워크 데이터 패킷 처리, 대기열 관리, 

그래프 알고리즘 등 다양한 컴퓨터 과학 및 소프트웨어 개발 분야에서 큐가 활용됩니다.

 

큐의 주요 특징 및 연산

Enqueue: 

큐에 요소를 추가하는 작업을 나타냅니다. 이 작업은 큐의 뒤쪽에 요소를 추가합니다.

Dequeue: 

큐에서 요소를 제거하고 반환하는 작업을 나타냅니다. 

이 작업은 큐의 앞쪽에서 요소를 제거합니다.

Front: 

큐의 가장 앞에 있는 요소를 반환합니다. 이 작업은 요소를 제거하지 않고 반환합니다.

IsEmpty: 

큐가 비어있는지 여부를 확인합니다.

큐는 다양한 방법으로 구현될 수 있으며, 

배열(Array) 또는 연결 리스트(Linked List)를 사용하여 구현할 수 있습니다. 

각각의 구현 방식에 따라 성능과 메모리 요구 사항이 달라질 수 있으므로, 

사용 사례에 맞게 적절한 구현 방식을 선택해야 합니다.

자료구조 중에서 큐는 다양한 문제를 해결하는데 유용하며, 

데이터가 순차적으로 처리되어야 하는 상황에서 주로 사용됩니다.

 

큐의 사용

프로세스 스케줄링: 

운영 체제에서 프로세스를 스케줄링하는 데 큐가 사용됩니다.

프로세스가 CPU를 할당받을 때, 대기 큐에서 다음 순서의 프로세스가 선택되어 실행됩니다.

데이터 버퍼링: 

데이터가 생산되고 소비되는 속도가 다를 때, 

큐를 사용하여 데이터를 일시적으로 버퍼링하고 조절할 수 있습니다. 

이를 통해 데이터 손실을 방지하고 데이터 흐름을 관리할 수 있습니다.

네트워크 패킷 처리: 

네트워크에서 데이터 패킷을 처리할 때 큐를 사용하여 패킷의 도착 순서대로 처리하거나 패킷을 저장하고 

전송 대기열을 관리합니다.

대기열 관리: 

서비스 요청이 동시에 여러 개 발생하는 상황에서 대기열을 사용하여 요청을 처리하는 순서를 관리합니다. 

예를 들어, 고객 서비스, 티켓 예매, 주문 처리 등에서 큐가 사용됩니다.

그래프 알고리즘: 

너비 우선 탐색 (Breadth-First Search, BFS)과 같은 그래프 알고리즘에서 큐가 사용됩니다. 

큐를 활용하여 노드 탐색 순서를 관리합니다.

작업 큐: 

병렬 처리 및 멀티스레딩 환경에서 작업 큐를 사용하여 작업을 비동기적으로 실행하고 스레드 간의 

작업 스케줄링을 관리합니다.

자료 구조 구현: 

다른 자료 구조를 구현하기 위해 큐를 사용할 수 있습니다. 

예를 들어, 우선순위 큐를 구현할 때 큐를 활용할 수 있습니다.

웹 서버 요청 처리: 

웹 서버는 클라이언트 요청을 큐에 추가하고 순차적으로 처리할 수 있습니다.

이러한 예들은 큐가 다양한 상황에서 활용되는 것을 보여줍니다. 

큐는 데이터가 순차적으로 처리되어야 하는 상황에서 특히 유용하며, 

데이터의 도착 순서와 처리 순서가 중요한 경우에 많이 사용됩니다.