[프로그래머스] 디스크 컨트롤러 Java 풀이

문제 설명

하드디스크는 한 번에 하나의 작업만 수행할 수 있습니다. 디스크 컨트롤러를 구현하는 방법은 여러 가지가 있습니다. 가장 일반적인 방법은 요청이 들어온 순서대로 처리하는 것입니다.

 

예를들어

- 0ms 시점에 3ms가 소요되는 A작업 요청 - 1ms 시점에 9ms가 소요되는 B작업 요청 - 2ms 시점에 6ms가 소요되는 C작업 요청

와 같은 요청이 들어왔습니다. 이를 그림으로 표현하면 아래와 같습니다.

 

 

한 번에 하나의 요청만을 수행할 수 있기 때문에 각각의 작업을 요청받은 순서대로 처리하면 다음과 같이 처리 됩니다.

 

 

- A: 3ms 시점에 작업 완료 (요청에서 종료까지 : 3ms) - B: 1ms부터 대기하다가, 3ms 시점에 작업을 시작해서 12ms 시점에 작업 완료(요청에서 종료까지 : 11ms) - C: 2ms부터 대기하다가, 12ms 시점에 작업을 시작해서 18ms 시점에 작업 완료(요청에서 종료까지 : 16ms)

 

이 때 각 작업의 요청부터 종료까지 걸린 시간의 평균은 10ms(= (3 + 11 + 16) / 3)가 됩니다.

하지만 A → C → B 순서대로 처리하면

 

 

- A: 3ms 시점에 작업 완료(요청에서 종료까지 : 3ms) - C: 2ms부터 대기하다가, 3ms 시점에 작업을 시작해서 9ms 시점에 작업 완료(요청에서 종료까지 : 7ms) - B: 1ms부터 대기하다가, 9ms 시점에 작업을 시작해서 18ms 시점에 작업 완료(요청에서 종료까지 : 17ms)

 

이렇게 A → C → B의 순서로 처리하면 각 작업의 요청부터 종료까지 걸린 시간의 평균은 9ms(= (3 + 7 + 17) / 3)가 됩니다.

각 작업에 대해 [작업이 요청되는 시점, 작업의 소요시간]을 담은 2차원 배열 jobs가 매개변수로 주어질 때, 작업의 요청부터 종료까지 걸린 시간의 평균을 가장 줄이는 방법으로 처리하면 평균이 얼마가 되는지 return 하도록 solution 함수를 작성해주세요. (단, 소수점 이하의 수는 버립니다)

 

 

제한 사항

• jobs의 길이는 1 이상 500 이하입니다.
• jobs의 각 행은 하나의 작업에 대한 [작업이 요청되는 시점, 작업의 소요시간] 입니다.
• 각 작업에 대해 작업이 요청되는 시간은 0 이상 1,000 이하입니다.
• 각 작업에 대해 작업의 소요시간은 1 이상 1,000 이하입니다.
• 하드디스크가 작업을 수행하고 있지 않을 때에는 먼저 요청이 들어온 작업부터 처리합니다.

 

 

입출력 예

jobs	return
[[0, 3], [1, 9], [2, 6]]	9

 

 

입출력 예 설명

문제에 주어진 예와 같습니다.

• 0ms 시점에 3ms 걸리는 작업 요청이 들어옵니다.
• 1ms 시점에 9ms 걸리는 작업 요청이 들어옵니다.
• 2ms 시점에 6ms 걸리는 작업 요청이 들어옵니다.

 

 

문제는 CPU의 스케줄링 방식 중 비선점 SJF(Shortest Job First, 최소 작업 우선 스케줄링) 알고리즘이 떠올랐는데, 하드 디스크도 동작 방식이 같은가보다.

 

내 풀이의 접근 방식은 아래와 같다.

1. 모든 요청이 처리되지 않은 상황에서,

 

2. 현재 시점에 처리할 수 있는 작업이 없다면

2.1. 남은 요청 중 가장 먼저 요청이 들어오는 시간까지 시간을 보낸다.

2.2. 시간이 지나 요청이 들어온다.(해당 요청을 처리할 수 있는 작업으로 구별)

 

3. 현재 시점에 아직 처리하지 않았는데 할 수 있는 작업이 있으면,

3.1. 그 중 수행시간이 가장 짧은 작업을 수행한다.

3.2. 작업 수행을 마치면 수행 완료 처리

4. 작업 수행 시간들의 평균을 계산

 

이를 구현하면서, 유심히 고려한 부분은 아래와 같다.

 

* 남은 작업 요청 중 가장 먼저 들어오는 요청을 어떤 자료구조로 구현할까?

 

* 처리할 수 있는 작업 중 가장 수행시간이 짧은 요청은 어떤 자료구조로 구현할까?

 

여러 방법으로 구현할 수 있겠지만, 나는 둘 다 힙 자료구조를 활용한 PriorityQueue로 구현했다. 먼저 수행시간이 짧은 요청을 보관하는 용도로 작업을 선택할 때마다 정렬 연산을 수행하지 않기 위해 힙을 선택했고, 남은 작업 요청을 파악하고 가장 먼저 들어오는 요청을 담아두는 자료구조로는 처음엔 배열을 사용하려 했다. 그러나 배열을 사용하면 어떤 작업이 이미 수행할 수 있는 작업으로 분류했는지 아닌지를 분별하기 위해 별도의 처리를 해줘야 했기에 차라리 우선순위 큐를 각각 다른 정렬 기준을 가지고 구현해주기로 했다.

 

 

waitQ:  요청이 들어왔지만 아직 수행하지 않은 작업들을 담아두는 우선순위 큐(수행 시간을 기준으로 오름차순 정렬)

restQ: 요청이 아직 들어오지 않았지만 미래에 들어올 작업들을 담아두는 우선순위 큐(요청이 들어오는 시간을 기준으로 오름차순 정렬)

 

코드는 아래와 같다.

import java.util.*;

class Solution {
    public int solution(int[][] jobs) {
        int answer = 0;
        int time = 0;
        ArrayList<Integer> timeCosts = new ArrayList<>();
        boolean[] isCompleted = new boolean[jobs.length];
        int completedCount = 0;
        
        // 현재 시점 실행할 수 있는 작업들의 대기 큐
        PriorityQueue<Job> waitQ = new PriorityQueue<>(new Comparator<Job>(){
           @Override
            public int compare(Job o1, Job o2){
                if(o1.timeCost <= o2.timeCost){
                    return -1;
                }
                return 1;
            } 
        });
        
        // 현재 시점 실행할 수 없는 작업들의 대기 큐
        PriorityQueue<Job> restQ = new PriorityQueue<>(new Comparator<Job>(){
           @Override
            public int compare(Job o1, Job o2){
                if(o1.inTime <= o2.inTime){
                    return -1;
                }
                return 1;
            }
        });
        
        // 초기 들어온 시간순으로 작업을 정렬
        for(int i = 0; i < jobs.length; i++){
            Job job = new Job(jobs[i][0], jobs[i][1]);
            restQ.add(job);
        }
        // getEnableJobs(waitQ, restQ, time);
        
        // 1.처리되지 않은 요청이 있다면
        while(completedCount < jobs.length){
            getEnableJobs(waitQ, restQ, time);
            // 2. 현재 시점에 처리할 수 있는 요청이 없으면
            if(waitQ.isEmpty()){
                // 2.1. 남은 요청 중 가장 먼저 들어오는 요청까지 대기
                Job next = restQ.poll();
                int rest = next.inTime - time;
                time += rest;
                // 2.2. 처리할 수 있는 작업으로 처리
                waitQ.add(next);
            }
            
            // 3. 현재 시점에 처리할 수 있으면(1, 2에 의해 반드시 가능)
            // 3.1. 그 중 수행시간이 가장 짧은 작업 수행
            Job now = waitQ.poll();
            int actTime = now.timeCost;
            time += actTime;
            // 3.2. 현재 작업 수행 완료
            completedCount++;
            int totalTime =  time - now.inTime;
            timeCosts.add(totalTime);
        }
        // 작업 수행 시간들의 평균 계산
        answer = getAvg(timeCosts);
        return answer;
    }
    // 현재 시간에 수행할 수 있는 Job을 대기 큐로 삽입함
    public void getEnableJobs(PriorityQueue<Job> waitQ, PriorityQueue<Job> restQ, int time){
        while(!restQ.isEmpty()){
            Job first = restQ.peek();
            if(time >= first.inTime){
                restQ.poll();
                waitQ.add(first);
            }else{
                break;
            }
        }
    }
    
    
    // 작업들의 수행시간을 받아 평균 수행시간을 반환함
    public int getAvg(ArrayList<Integer> timeCosts){
        int result = 0;
        
        for(int i = 0; i < timeCosts.size(); i++){
            result += timeCosts.get(i);
        }
        
        result /= timeCosts.size();
        return result;
    }
}

class Job{
    int inTime;
    int timeCost;
    
    public Job(int inTime, int timeCost){
        this.inTime = inTime;
        this.timeCost = timeCost;
    }
    
    @Override
    public String toString(){
        return "["+inTime+", "+timeCost+"]";
    }
}