イベントループ

2025年11月16日

イベントループ

英語表記: Event Loop

概要

イベントループは、「実行モデル」の一つとして、シングルスレッド環境において非同期処理やノンブロッキングI/Oを効率的に管理し、「並行処理」を実現するための基本的な仕組みです。これは、プログラムが実行待ちのタスク（イベント）を監視し続け、コールスタックが空になるたびにキューから次のタスクを取り出して実行するという、絶え間ない循環構造を指します。並行・並列処理の分野において、マルチスレッドのような複雑な並列化メカニズムを用いずに、高い応答性とスループットを実現するための基礎技術として非常に重要視されています。

詳細解説

イベントループは、分類体系における「並行・並列処理」の中でも、特に「並行と並列の基礎」を理解する上で欠かせない「実行モデル」です。マルチスレッドによる真の「並列処理」とは異なり、イベントループは単一のスレッド（メインスレッド）を用いながら、時間分割によって多数のタスクを同時に進行しているかのように見せる「並行処理」の実現に特化しています。

目的と背景

従来の同期的な処理モデルでは、ファイルI/Oやネットワーク通信といった時間のかかる操作が発生した場合、その処理が完了するまでメインスレッド全体が停止してしまう（ブロッキング）という問題がありました。これは、ユーザーインターフェースがフリーズしたり、サーバーが多数の接続を同時に処理できなくなったりする原因となります。

イベントループの最大の目的は、このブロッキングを防ぎ、リソースを最大限に活用することです。時間のかかる外部操作が発生した場合、イベントループモデルでは処理を外部API（Web APIやOSのI/O機能など）に委ね、すぐに次のタスクの実行に移ります。そして、外部操作が完了した際に「イベント」としてメインスレッドに戻ってくるのを待ち、実行キューに追加します。これにより、単一スレッドであっても、待ち時間（アイドル時間）を有効活用して多数のタスクを効率よく捌くことができるのです。これは、特にNode.jsのような高効率なネットワークサーバー環境の基盤となっています。

主要コンポーネントと動作原理

イベントループの動作は、主に以下の3つの主要コンポーネント間の連携によって成り立っています。

コールスタック (Call Stack): 実際に実行中の関数や処理を記録する場所です。LIFO（後入れ先出し）の構造を持ち、イベントループは常にこのスタックが空であるかどうかを監視しています。
ヒープ (Heap): オブジェクトや変数が格納されるメモリ領域です。
イベントキュー（メッセージキュー/タスクキュー） (Event/Message Queue): 処理待ちの非同期タスク（コールバック関数）が格納される場所です。I/O完了やタイマー満了などのイベントが外部から発生すると、関連するコールバック関数がここに追加されます。

動作サイクル

イベントループのサイクルは非常にシンプルですが、その効率性は驚くべきものです。

監視: イベントループは常にコールスタックを監視しています。「現在実行中の同期的なタスクがないか？」を確認します。
タスク取得: コールスタックが空（グローバルコードの実行が終了）になった場合、イベントループはイベントキューにタスクが待機しているかを確認します。
実行: キューの先頭にあるタスク（コールバック関数など）を取り出し、それをコールスタックにプッシュして実行します。
繰り返し: 新しいタスクの実行が完了し、コールスタックが再び空になると、イベントループはステップ1に戻り、このサイクルを無限に繰り返します。

このように、イベントループは、非常に高速なCPU処理を要する「同期タスク」と、待ち時間が長い「非同期タスク」を適切に分離し、シングルスレッドの能力を最大限に引き出す実行モデルなのです。マルチスレッドで発生しがちな煩雑な排他制御（ロックなど）の必要性が大幅に減る点も、開発者にとっては大きなメリットと言えます。

マイクロタスクとマクロタスク

イベントループの動作をより深く理解するためには、イベントキューに格納されるタスクの種類、特に優先度の違いを把握することが重要です。

マクロタスク (Macro Task): I/Oイベント、setTimeout()、setInterval()、ユーザーインターフェースイベント（クリックなど）などがこれにあたります。これらはメインのイベントキューに入ります。
マイクロタスク (Micro Task): Promiseの解決/拒否（.then(), .catch()）やqueueMicrotask()などがこれにあたります。これらは別の「マイクロタスクキュー」に入ります。

イベントループは、マクロタスクを一つ実行するたびに、必ずマイクロタスクキューを完全に空にするまで、そこに存在する全てのタスクを実行するというルールを持っています。この優先順位のおかげで、Promiseのような緊急性の高い非同期処理が、UIの再描画やタイマー処理よりも早く実行されることが保証されるのです。この仕組みの存在こそが、イベントループが洗練された実行モデルである証拠だと思います。

具体例・活用シーン

イベントループの最も身近な具体例は、Webブラウザ環境やサーバーサイドJavaScript実行環境であるNode.jsです。これらの環境は、イベントループモデルに基づいて設計されています。

1. Webブラウザでの応答性の維持

Webブラウザはシングルスレッドで動作しています。もしイベントループがなければ、ユーザーがボタンをクリックした際に、裏で実行されている画像読み込み処理が完了するまでブラウザ全体がフリーズしてしまうでしょう。

実際には、画像読み込みやAjax通信（非同期通信）といった時間のかかる処理は、ブラウザの提供するWeb APIに委譲されます。処理が完了すると、その結果を処理するためのコールバック関数がイベントキューに追加されます。イベントループは、ユーザーの操作（クリックイベント）やネットワーク完了イベントを公平に扱い、メインスレッドが空き次第すぐに実行するため、ユーザーは「フリーズした」と感じることなく、スムーズに操作を続けることができるのです。

2. レストランのホールスタッフの比喩（アナログ）

イベントループの働きを理解するための比喩として、忙しいレストランのホールスタッフ（ウェイター）を想像してみてください。このウェイターが「メインスレッド」です。

同期タスク（ウェイターがすぐできる仕事）: お客様のテーブルを拭く、メニューを渡す。→ コールスタックで即座に実行されます。
非同期タスク（時間がかかるが、待っている間に他の仕事ができるもの）: お客様からの注文（料理の調理）。→ ウェイターは注文をキッチン（外部API）に渡し、すぐに他のテーブルの仕事に戻ります。
イベントキュー（呼び出しベル）: キッチンで料理が完成すると、呼び出しベルが鳴ります（イベントキューにタスクが追加されます）。

ウェイター（メインスレッド）は、目の前の同期的な仕事（テーブル拭きなど）が全て終わるまでは、呼び出しベル（イベントキュー）を見ません。目の前の仕事が終わった瞬間、「よし、次はベルが鳴っているか確認しよう」とキューを確認し、鳴っていれば料理をテーブルに運びます。

このウェイターは、一つのテーブルの料理ができるのをぼーっと待っているのではなく、料理の準備をキッチンに任せ、その待ち時間を使って他の全てのお客様に対応し続けることができます。これがまさに、シングルスレッドでありながら高い並行性を実現するイベントループの効率性なのです。マルチスレッドが「複数のウェイターを雇う」ことだとすれば、イベントループは「一人の優秀なウェイターが効率的に仕事を回す実行モデル」と言えます。

資格試験向けチェックポイント

イベントループは、基本情報技術者試験や応用情報技術者試験において、並行処理やネットワークプログラミングの基礎知識として問われる可能性があります。

実行モデルとしての位置づけ: イベントループは、マルチスレッドとは異なるアプローチで「並行処理」を実現する「実行モデル」であることを押さえましょう。これは、並列処理の難しさ（排他制御、デッドロック）を回避しつつ、I/O待ち時間の効率的な活用を目指す設計思想です。
ノンブロッキングI/O: イベントループと切っても切り離せないのが「ノンブロッキングI/O」です。I/O処理中にプログラムが停止しない（ブロッキングしない）仕組みを支えているのがイベントループの役割です。
シングルスレッドの原則: イベントループ自体は基本的にシングルスレッドで動作します。そのため、キューから取り出されたタスク（コールバック）の実行中に非常に時間のかかる重い同期処理があると、その間はイベントループ全体が停止し、他のイベント処理（UI更新など）も遅延することを理解しておく必要があります。
主要コンポーネントの役割: コールスタック、イベントキュー、外部API（環境依存のI/O処理部）の相互作用を理解し、特に「コールスタックが空になったときのみ」キューからタスクが取り出されるという基本動作を覚えておきましょう。
関連技術: JavaScript、Node.js、リアクティブプログラミング（RxJava, Reactorなど）の背景にある概念として理解しておくと、応用的な問題に対応しやすくなります。