스택(Stack)과 큐(Queue)의 차이: 언제, 왜 사용해야 할까?

1. 스택과 큐란 무엇인가요?

스택(Stack)과 큐(Queue)는 가장 기본적이면서도 중요한 자료구조로, 데이터 삽입과 삭제가 특정 방식에 따라 이루어집니다. 스택과 큐를 이해하는 것은 프로그램의 효율성을 높이는 데 매우 유용하며, 두 자료구조의 특성을 알면 코드의 가독성도 높아집니다.

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2. 스택(Stack): 후입선출(LIFO) 구조

스택은 후입선출(LIFO, Last In First Out) 구조로 작동하며, 가장 마지막에 추가된 데이터가 가장 먼저 제거됩니다. 스택의 대표적인 사용 사례로는 함수 호출 관리, 브라우저의 뒤로 가기 기능, 실행 취소 기능 등이 있습니다.

• 특징:
  • 데이터를 쌓듯이 추가하며(push), 가장 마지막에 추가된 데이터를 꺼내거나 삭제할 때(pop) 사용합니다.
  • 스택의 맨 위 데이터를 확인할 수 있는 peek 메서드를 제공합니다.
• 사용 예시: 브라우저의 뒤로 가기 기능
  • 사용자가 웹 페이지를 방문할 때마다 URL을 스택에 push하고, 뒤로 가기 버튼을 누르면 가장 최근 URL을 pop하는 방식입니다.
• 예제 코드:

import java.util.Stack;

public class StackExample {
    public static void main(String[] args) {
        Stack<String> stack = new Stack<>();
        stack.push("Page1");
        stack.push("Page2");
        stack.push("Page3");

        System.out.println("현재 스택: " + stack); // 출력: [Page1, Page2, Page3]
        
        stack.pop();  // 가장 최근 페이지(Pop)
        System.out.println("뒤로 가기 후 스택: " + stack); // 출력: [Page1, Page2]

        String current = stack.peek();  // 스택 맨 위 페이지 확인
        System.out.println("현재 페이지: " + current); // 출력: Page2
    }
}

요약: 스택은 후입선출 구조로, 가장 최근의 데이터가 필요할 때 적합합니다.

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3. 큐(Queue): 선입선출(FIFO) 구조

큐는 선입선출(FIFO, First In First Out) 방식으로 작동하여, 가장 먼저 삽입된 데이터가 가장 먼저 삭제됩니다. 큐는 대기열이나 순차적인 작업 처리에 사용되며, 예를 들어 고객 대기열 관리, 메시지 큐, 작업 스케줄링 시스템에서 자주 쓰입니다.

• 특징:
  • 데이터를 추가할 때 offer(또는 add), 삭제할 때 poll 메서드를 사용합니다.
  • 맨 앞 데이터를 확인할 수 있는 peek 메서드를 제공합니다.
• 사용 예시: 고객 서비스 대기열
  • 고객이 서비스를 요청하면 대기열에 순서대로 추가하고(offer), 요청 순서에 따라 서비스를 제공합니다(poll).
• 예제 코드:

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;

public class QueueExample {
    public static void main(String[] args) {
        Queue<String> queue = new LinkedList<>();
        queue.offer("Customer1");
        queue.offer("Customer2");
        queue.offer("Customer3");

        System.out.println("현재 대기열: " + queue); // 출력: [Customer1, Customer2, Customer3]
        
        queue.poll();  // 첫 번째 고객 서비스 완료 (Poll)
        System.out.println("서비스 후 대기열: " + queue); // 출력: [Customer2, Customer3]

        String nextCustomer = queue.peek();  // 대기열 첫 번째 고객 확인
        System.out.println("다음 고객: " + nextCustomer); // 출력: Customer2
    }
}

요약: 큐는 선입선출 구조로, 데이터를 처리하는 순서가 중요할 때 적합합니다.

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4. 스택과 큐의 차이점 및 사용 사례 비교

특징스택 (Stack)큐 (Queue)

자료 구조	후입선출 (LIFO)	선입선출 (FIFO)
메서드	push(추가), pop(삭제)	offer(추가), poll(삭제)
사용 사례	함수 호출, 실행 취소, 브라우저 뒤로 가기	대기열, 작업 스케줄링, 메시지 처리

예제 시나리오:

• 스택: 텍스트 편집기에서 여러 번의 수정 작업을 실행 취소할 때 각 작업을 스택에 push하고, 실행 취소할 때 pop을 사용해 이전 상태로 되돌아갑니다.
• 큐: 은행의 고객 서비스 대기열에서 순서대로 고객을 처리할 때 큐에 offer로 추가하고 poll로 서비스 완료된 고객을 제거합니다.

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5. 언제 스택과 큐를 사용해야 하나요?

스택을 사용하는 경우:

• 후입선출이 필요한 상황: 함수 호출 관리(재귀 호출)나 실행 취소 기능 등 마지막에 추가된 데이터가 가장 먼저 사용될 때 유용합니다.
• 예제: 함수의 호출을 관리하는 스택

public class RecursionExample {
    public static void recursiveFunction(int n) {
        if (n == 0) return;
        System.out.println("호출: " + n);
        recursiveFunction(n - 1); // 재귀 호출, 스택에 쌓임
        System.out.println("종료: " + n);
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        recursiveFunction(3);
    }
}

 

큐를 사용하는 경우:

• 선입선출이 필요한 상황: 고객 대기열이나 작업 처리 대기열처럼 순서대로 처리가 필요할 때 큐를 사용합니다.
• 예제: 작업 처리 대기열 관리

public class TaskQueueExample {
    public static void main(String[] args) {
        Queue<String> taskQueue = new LinkedList<>();
        taskQueue.offer("Task1");
        taskQueue.offer("Task2");
        taskQueue.offer("Task3");

        while (!taskQueue.isEmpty()) {
            String task = taskQueue.poll();
            System.out.println("처리 중: " + task);
        }
    }
}

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6. 자주 묻는 질문과 답변 (FAQ)

• Q: 스택과 큐 중 어느 것이 더 빠른가요?
  • A: 삽입과 삭제의 시간 복잡도는 O(1)로 비슷하지만, 스택과 큐의 성능은 구현 방식(배열 기반 vs. 연결 리스트 기반)에 따라 달라질 수 있습니다.
• Q: 큐 대신 스택을 사용해도 되나요?
  • A: 큐의 데이터 처리 순서(FIFO)가 필요한 경우에는 스택(LIFO)을 사용할 수 없습니다. 데이터 처리의 순서가 중요한 상황이라면 큐를 사용해야 합니다.
• Q: 자바에서 스택과 큐를 컬렉션으로 사용하고 싶다면 어떤 자료형을 사용해야 하나요?
  • A: 자바에서는 Stack 클래스로 스택을 구현하고, LinkedList나 ArrayDeque 클래스를 사용하여 큐를 구현할 수 있습니다. ArrayDeque는 일반적으로 더 나은 성능을 제공합니다.

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7. 결론

스택과 큐는 데이터 처리 순서에 따라 특화된 자료구조로, 각 상황에 맞는 자료구조를 선택하는 것이 중요합니다. LIFO와 FIFO의 차이와 기본 사용 예제를 이해하면, 효율적으로 코드의 논리를 구현하고 유지보수를 수월하게 할 수 있습니다.