イベントループ

2025年11月8日

イベントループ

英語表記: Event Loop

概要

イベントループは、プログラミングパラダイム（命令型, 関数型, オブジェクト指向）における並列/リアクティブパラダイムを実現する鍵であり、特にイベント駆動アーキテクチャの中核を担う仕組みです。これは、プログラムが外部からの入力（イベント）を効率的かつノンブロッキングに処理し続けるための、絶え間なく動作する監視機構のことです。具体的には、待機中のイベントを格納するキューと、実際に処理を実行する機構の間で、タスクの受け渡しと実行順序を管理する「心臓部」だと考えてください。この仕組みのおかげで、シングルスレッド（単一の処理の流れ）であっても、あたかも複数のタスクを同時に処理しているかのような高い応答性を実現できるのですから、非常に画期的な仕組みですよね。

詳細解説

イベントループの主要な目的は、プログラムのメインスレッドが長時間の処理によって「ブロック」されてしまうのを防ぎ、システムの応答性を維持することにあります。これは、ユーザーインターフェースを持つアプリケーションや、大量のI/O処理を行うWebサーバーにおいて、特に重要となります。

イベント駆動パラダイムにおける役割

イベントループは、指定された階層構造、すなわち「並列/リアクティブパラダイム」をイベント駆動型で実現するために不可欠です。命令型プログラミングが上から下に順序立てて処理を進めるのに対し、イベント駆動型では「何かが起こったとき（イベント発生）」に初めて処理が起動します。この「何かが起こるのを待つ」動作と、「起こったこと」を正しく処理する仕組みを統合しているのがイベントループです。

主要なコンポーネント

イベントループシステムは、主に以下の三つの主要な要素で構成されています。

コールスタック (Call Stack):
これは、現在実行中の同期的な関数呼び出しを追跡する場所です。処理はスタックに積まれ、実行が完了すると取り除かれます。JavaScriptなどの環境では、このスタックが空になると、イベントループが次の仕事を探し始めます。
イベントキュー (Event Queue / Message Queue):
非同期処理の結果や、ユーザーの操作（クリック、キー入力）など、外部から発生した「処理すべきイベント」が順番待ちをしている場所です。イベントは発生順にキューに追加されます。
イベントループ自身 (The Loop):
文字通り、絶えず回り続ける監視役です。その主な仕事は一つです。それは、「コールスタックが空であるか」を常に確認することです。もしスタックが空であれば、イベントループはイベントキューの先頭にあるイベントを取り出し、それをコールスタックにプッシュして実行させます。

動作原理：ノンブロッキングの実現

イベントループが素晴らしいのは、時間のかかるI/O操作（例：ネットワーク通信やファイル読み書き）が発生した場合の処理方法です。同期的な処理であれば、プログラムはそのI/O操作が完了するまでメインスレッドを停止させて待たなければなりません（ブロッキング）。しかし、イベント駆動モデルでは、I/O操作が開始されると、プログラムはすぐに次のタスクへ移ります。

I/O操作がバックグラウンドで進行している間、イベントループは他のキューに溜まっているイベントを処理し続けます。そして、I/O操作が完了した時点で、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、メインスレッドが空き次第、このコールバック関数を取り出して実行するわけです。これにより、単一のスレッドでありながら、待ち時間による無駄を最小限に抑え、高い並行処理能力（Concurrency）を実現しているのです。

この仕組みこそが、特にNode.jsのような環境で、Webサーバーが同時に大量の接続を処理できる秘密であり、並列/リアクティブパラダイムを効率よく実現する、まさにエンジニアリングの粋を集めた技術だと感じます。

具体例・活用シーン

イベントループの概念は、特にユーザーの操作や外部システムとの通信が頻繁に発生するアプリケーションにおいて、その真価を発揮します。

1. Webブラウザでの応用

私たちが日常的に使うWebブラウザ自体が、イベントループの強力な活用例です。ブラウザはシングルスレッドで動作していますが、ユーザーがクリックしたり、アニメーションが動いたり、ネットワークからデータをダウンロードしたりと、多くのことが同時に進行しているように見えます。

ユーザー操作: ユーザーがボタンをクリックする（イベント発生）→ クリックイベントがイベントキューに入る。
ネットワーク通信: データをサーバーにリクエストする（非同期タスク開始）→ メインスレッドは待たずに次の処理へ。
イベントループの処理: メインスレッドが空いた瞬間に、イベントループがキューからクリックイベントを取り出し、対応する処理を実行します。ネットワークからのデータが到着したら、そのデータ処理用のコールバックがキューに入り、順次実行されます。

2. ノンブロッキングサーバー（Node.jsなど）

Node.jsは、イベントループを核とする代表的な実行環境です。データベースへのアクセスや外部APIへのリクエストなど、待ち時間の長い処理をすべて非同期で行うため、一つのサーバープロセスが非常に多くのクライアント接続を効率的に捌くことができます。これは、従来の「接続ごとに新しいスレッドを立てる」方式に比べて、メモリ消費やスレッド切り替えのオーバーヘッドが少なく、スケーラビリティが高いのが魅力です。

3. アナロジー：手際の良い料理人

イベントループの動作を理解するための、とても分かりやすいアナロジーをご紹介しましょう。

イベントループを「レストランの受付と調理を兼任する、非常に手際の良い料理人（シェフ）」だと想像してみてください。このシェフは一人（シングルスレッド）で全ての業務を担当しています。

注文（イベント）の受付: お客様（外部システムやユーザー）から注文（イベント）が入ると、シェフはそれを「注文票（イベントキュー）」に貼り付けます。
同期的な作業（コールスタック）: シェフはまず、すぐにできる作業（例：野菜を切る、お皿を準備する）を迅速に実行します。これがコールスタックでの同期処理です。
非同期的な作業（I/O）: お客様から「ローストビーフを焼いてほしい」という注文が入りました。ローストビーフは焼き上がるのに時間がかかります。シェフはオーブンに肉を入れますが、焼き上がりをオーブンの前で待つことはしません。
ループの実行: シェフはオーブンを信頼し、その間に次の注文票（キューの次のイベント）を取り出し、別の作業（例：サラダの盛り付け）を始めます。
コールバック: ローストビーフが焼き上がると、オーブン（外部リソース）が「焼き上がりました！」という通知（コールバック）を出し、これが新しい注文票としてキューに追加されます。
最終処理: シェフは手が空いたとき（コールスタックが空になったとき）に、この焼き上がり通知の注文票を取り出し、「盛り付け」という最終工程を迅速に完了させます。

このように、シェフ（イベントループ）は一つのタスクが完了するまで待機するのではなく、常に動けるタスクを探して処理し続けることで、一人でありながら最大限の効率を発揮しているのです。この「待たない」アプローチこそが、イベント駆動パラダイムが並列/リアクティブパラダイムを実現する際の強力な武器となります。

資格試験向けチェックポイント

イベントループは、特に基本情報技術者試験や応用情報技術者試験において、並行処理やアーキテクチャ設計の文脈で出題される可能性があります。ITパスポートでは直接的な出題は少ないかもしれませんが、Web技術の根幹として知っておくべき概念です。

1. イベント駆動型アーキテクチャとの関連性

出題パターン: イベント駆動型アーキテクチャの特徴を問う設問で、ブロッキングが発生しにくい理由や、高いスケーラビリティの根拠としてイベントループの役割が問われます。
確認事項: イベントループは、外部からの入力（イベント）に応じて処理を起動する「イベント駆動型」の実行基盤であることを確実に理解しておきましょう。

2. 同期処理と非同期処理の区別

出題パターン: プログラム実行において、処理が完了するまで待機する「同期」と、待機せず他の処理に移る「非同期」の違いを問う問題で、イベントループが非同期処理をどのように管理しているかが問われます。
確認事項: イベントループは、時間のかかる処理を非同期タスクとして外部に委ね、その結果をコールバック関数としてキューに戻すことで、メインスレッドのブロッキングを防いでいる、という流れを説明できるようにしてください。

3. シングルスレッドと並行処理 (Concurrency)

出題パターン: シングルスレッド環境（例：JavaScript）で、なぜ高い並行処理能力を実現できるのかを問う設問。
確認事項: イベントループは、マルチスレッドによる真の並列処理（Parallelism）ではなく、シングルスレッド内で時間を効率的に使い、多くのタスクを同時に進行させているように見せる「並行処理（Concurrency）」を実現する仕組みである、という点を明確に区別して覚えておきましょう。特に、イベントループはノンブロッキングI/Oと組み合わせて利用されることが重要です。