令和3年度 春期 応用情報技術者試験 午後 問題 問8 リアクタパターンを用いたノンブロッキングI/Oのソフトウェア設計

表1「QRコード作成処理」より、全体の処理時間は各処理（1〜7）の処理時間の合計となる。

• $0.02 + 10 + 0.06 + 3 + 15 + 5 + 2 = 35.08$（ミリ秒）

次に、表1の「処理区分」が「I/O処理」となっているものの処理時間を合計する。該当するのは処理2、4、5、6、7である。

• $10 + 3 + 15 + 5 + 2 = 35$（ミリ秒）

したがって、全体の処理時間に占めるI/O処理の完了待ち時間の割合は以下の式で求められる。

• $35 \div 35.08 \times 100 = 99.7719\dots$（％）

問題の指示に従い、小数第3位を四捨五入すると 99.77％ となる。

各選択肢の解説

本問は数値解答のため選択肢はないが、計算ミス（I/O処理の抽出漏れなど）に注意が必要である。

本文中の「プロセスやスレッドの切替え処理」を指すIT用語を答える問題である。

CPUが一つのプロセスやスレッドを実行している状態から、別のプロセスやスレッドの実行へと切り替える際、現在のCPUの状態（レジスタ値など）を退避し、次に実行するプロセスの状態を復元する処理のことを コンテキストスイッチ と呼ぶ。

多数のアクセスを処理するためにプロセスやスレッドを増やしすぎると、このコンテキストスイッチに要する時間（オーバーヘッド）が増大し、かえって処理効率が低下する原因となる。

高得点のポイント

• スレッドスイッチなどの誤答を避け、「コンテキスト」という用語を正確に記述すること。

リアクタパターンにおいて、「I/O処理完了後に実行するハンドラ」を登録する仕組みに関する問題である。

特定のイベント（ここではI/O処理の完了）が発生した際に呼び出されることを前提として、他の関数に引数として渡しておく（登録しておく）関数のことを コールバック関数（callback関数） と呼ぶ。メイン処理はコールバック関数を登録しておくことで、自身はI/O処理の完了を待たずに別の作業を進めることができる。

各選択肢の解説

• ア (callback関数): 正解。イベント発生時にシステム側から呼び出される関数のことである。
• イ (static関数): 静的関数とも呼ばれ、オブジェクト指向言語においてインスタンスではなくクラス自体に属する関数のことである。
• ウ (template関数): C++などの言語において、データ型に依存しない汎用的な関数を定義する機能のことである。
• エ (virtual関数): 仮想関数とも呼ばれ、オブジェクト指向言語においてサブクラスでのオーバーライド（再定義）を前提とした関数のことである。

リアクタパターンでは、本来一連の流れとして実行されるべき処理を、I/O処理ごとに「ハンドラ」として細かく分割する必要がある。

分割されたハンドラはイベント駆動で非同期に呼び出されるため、ソースコードが記述されている順番と、実際にプログラムが実行される順番が一致しなくなる。その結果、プログラム全体の処理の流れを追いづらくなり、可読性が下がる（理解しにくくなる）ことで保守性が低下する。

高得点のポイント

• 処理の流れが把握しづらくなること、または可読性が低下することを15字以内で簡潔に表現できていること。

図2の「QRコード作成処理の流れ」を見ると、メイン処理の中で「処理1」に続いて「処理c」が実行されている。

表1を確認すると、「処理1」の開始条件は「なし」である。次に実行可能なのは、「処理1の完了」を開始条件としている 処理2 である。

本文の「遅いI/O処理の次に実行される処理をハンドラとして分割する」という記述から、メイン処理は最初のI/O処理である「処理2」を開始し、その完了待ちをリアクタに依頼して自身の処理を終える構成になる。

したがって、cに入るのは 2 である。

高得点のポイント

• 表1の開始条件に基づき、処理1の次に実行される処理が処理2であることを特定できていること。

図2において、ハンドラ1は「処理2」の完了イベントを受けてリアクタから呼び出されている。

表1を確認すると、「処理2の完了」を開始条件としているのは、処理3（CPU処理）と 処理5（I/O処理）の2つである。

ハンドラ1の中では、CPU処理である「処理3」を実行した後、その完了を条件とする「処理4（I/O処理）」の開始を行う必要がある。同時に、「処理5」の開始も行う。

処理4は処理3の完了後でなければ開始できず、処理5は処理2完了後ならハンドラ1内のどこで開始してもよいので、(d,e)=(3, 4と5) 又は (3と5, 4) の2通りが正解で、同じ組の中で答える必要がある。

高得点のポイント

• ハンドラ1が「処理2の完了」をトリガーとして実行されることを理解できていること。
• 表1から、処理2の完了を開始条件とする処理（処理3、5）を見つけ出せていること。

図2において、ハンドラ1は「処理2」の完了イベントを受けてリアクタから呼び出されている。

表1を確認すると、「処理2の完了」を開始条件としているのは、処理3（CPU処理）と 処理5（I/O処理）の2つである。

ハンドラ1の中では、CPU処理である「処理3」を実行した後、その完了を条件とする「処理4（I/O処理）」の開始を行う必要がある。同時に、「処理5」の開始も行う。

処理4は処理3の完了後でなければ開始できず、処理5は処理2完了後ならハンドラ1内のどこで開始してもよいので、(d,e)=(3, 4と5) 又は (3と5, 4) の2通りが正解で、e は d と同じ組で答える必要がある。

高得点のポイント

• ハンドラ1の中で、処理3（CPU処理）の実行だけでなく、処理4・処理5（I/O処理）の開始が行われていることを読み取れていること。

図2において、ハンドラ2からリアクタへのイベントハンドル依頼を経て、ハンドラ3が実行されている。

ハンドラ3で実行されているのは「処理7」である。表1より、「処理7」の開始条件は「処理6の完了」である。
つまり、ハンドラ3は「処理6の完了イベント」を受けて実行されており、その前段のハンドラ2の中で 処理6 が開始され、イベントハンドルが依頼されていなければならない。

確認のため表1を見ると、「処理6」の開始条件は「処理4の完了」である。したがって、ハンドラ2は「処理4の完了イベント」を受けて実行されるハンドラとして整合性が取れる。

ゆえに、fには 6 が入る。

高得点のポイント

• ハンドラ3で実行される処理7の開始条件から逆算し、ハンドラ2が処理6を担当することを論理的に導き出せていること。

表1の処理時間を用いて、非同期に実行される処理4～7の完了時間を計算する。
基準として、「処理2」が完了した時点を 0ミリ秒 とする。

処理2完了後、ハンドラ1内で「処理3（0.06ミリ秒）」が実行され、その後直ちに「処理4」と「処理5」が並行して開始される。CPU処理である処理3やハンドラの処理時間は非常に短いため、ここでは処理4と処理5はほぼ0ミリ秒時点で同時に開始されると考えて計算する。

• 処理4：処理時間は3ミリ秒なので、開始から 3ミリ秒後 に完了する。
• 処理6：処理4完了後に開始され、処理時間は5ミリ秒。完了時間は $3 + 5 =$ 8ミリ秒後 となる。
• 処理7：処理6完了後に開始され、処理時間は2ミリ秒。完了時間は $8 + 2 =$ 10ミリ秒後 となる。
• 処理5：処理4と同時に開始され、処理時間は15ミリ秒。完了時間は開始から 15ミリ秒後 となる。

したがって、完了時間が早い順に並べると、3ミリ秒（処理4）→ 8ミリ秒（処理6）→ 10ミリ秒（処理7）→ 15ミリ秒（処理5）となる。
よって答えは「4，6，7，5」である。

高得点のポイント

• リアクタパターンにおいて、処理4と処理5が並行して実行開始される（非同期処理）ことを理解していること。
• 各処理の処理時間を累積して、正確な完了時間を算出できていること。