[자료구조 - Queue] Queue란? (feat.버퍼 Buffer)

Queue의 사전적 의미

 

먼저 Queue의 사전적의미부터 알아보자.

Quene의 의미는 "줄을 서서 기다리다", "대기행렬" 이다.

 

자료구조로 본다면 Queue는 Stack과 반대되는 개념.

Stack은 접시가 쌓여있는 모양으로 가장 나중에 들어간 것이 가장 먼저 나오는 LIFO(Last In First Out) 특징이라면,

Queue는 먼저 들어간 데이터(data)가 먼저 나오는 FIFO(First In First Out), LILO(Last In Last Out)을 특징으로 가지고 있다.

https://lion284.tistory.com/111

[자료구조 - Stack] Stack이란?

예를 들면, 티켓을 사려고 줄을 서서 기다리는 모습과 흡사한 자료구조이다.

 

ex: 명절에 고향으로 가기위해 많은 자동차가 고속도로를 지난다. 고속도로에는 톨게이트가 있고, 자동차는 톨게이트에 진입한 순서대로 통행료를 내고 톨게이트를 통과한다. 

여기서 톨게이트는 Queue 자료구조, 자동차는 데이터로 생각하자.

가장 먼저 진입한 자동차가 가장 먼저 톨게이트를 통과하는 구조이다. (FIFO:First In First Out)

그리고, 가장 나중에 진입한 자동차는 먼저 도착한 자동차가 모두 빠져나가기 전까지는 톨게이트를 빠져나갈 수 없다.

자료구조 Queue는 데이터가 입력된 순서대로 처리할때 주로 사용된다.  

 

 

Queue의 실사용 예제

컴퓨터와 연결된 프린터에서 여러 문서를 순서대로 인쇄하려면 어떻게 해야할까요?

1. 우리가 문서를 작성하고 출력 버튼을 누르면, 해당 문서는 인쇄 작업(임시 기억 장치의) Queue에 들어간다.

2. 프린터는 인쇄 작업 Queue에 들어온 문서를 '순서대로' 인쇄한다.

 

컴퓨터(출력 버튼) - (임시 기억 장치의) Queue에 하나씩 들어옴 - Queue에 들어온 문서를 순서대로 인쇄

만약 Queue에 들어온 순서대로 출력하지 않는다면, 인쇄 결과물이 뒤죽박죽일 거다. 

 

 

버퍼 (Buffer)

위 예시처럼, 컴퓨터 장치들 사이에서 데이터(data)를 주고받을 때, 각 장치 사이에 존재하는 속도의 차이나 시간 차이를 극복하기 위해 임시 기억 장치의 자료구조로 Queue를 사용한다. 이것을 통틀어 버퍼(buffer)라고 한다.

 

대부분의 컴퓨터 장치에서 발생하는 이벤트는 파동 그래프와 같이 불규칙적으로 발생한다.

이에 비해, CPU와 같이 발생한 이벤트를 처리하는 장치는 일정한(그리고 빠른) 처리 속도를 갖는다. 불규칙적으로 발생한 이벤트를 규칙적으로 처리하기 위해 buffer를 사용한다.

 

 

컴퓨터와 프린터 사이의 데이터(data) 통신을 정리하면 다음과 같다. 

- 일반적으로 프린터는 속도가 느리다.

- CPU는 프린터와 비교하여 데이터를 처리하는 속도가 빠르다. (프린터와 CPU의 속도차이)

- 따라서, CPU는 빠른 속도로 인쇄에 필요한 데이터를 만든 다음, 인쇄 작업 Queue에 저장하고 다른 작업을 수행한다.

- 프린터는 인쇄 작업 Queue(임시 기억장치)에서 데이터를 받아 일정한 속도로 인쇄한다.

 

 

유튜브와 같은 동영상 스트리밍 앱을 통해 동영상을 시청할 때, 다운로드 된 데이터가 영상을 재생하기에 충분하지 않은 경우가 있다. 이때 동영상을 정상적으로 재생하기 위해 Queue(임시 기억장치)에 모아 두었다가 동영상을 재생하기에 충분한 양의 데이터가 모였을 때 동영상을 재생한다. 

 

여기서 밝은 회색 부분이 버퍼라고 볼 수 있다.

만약 우리가 동영상을 보는 속도와 데이터를 내려받는 속도가 같다면, 동영상 재생시간이 50분짜리 동영상이라면 50분동안 데이터를 내려받아야 한다. 하지만 이는 비효율적이고, 버퍼라는 임시 저장공간을 두고 동영상 데이터를 버퍼에 최대한 빠른 시간 안에 내려받아 저장해둔다.

 

인터넷이 많이 느리던 시절에는 동영상을 버퍼에 다운로드 한느 속도가 동영상을 시청하는 속도를 따라가지 못해 빨간 부분이 회색 부분을 따라잡게 됐고, 동영상이 멈추는 일이 빈번했다. 이걸 버퍼링 걸리다 라고 표현한다.

 

**출처 : 코드스테이츠, https://dololak.tistory.com/84