remote task queue

1 簡介

BRPC 中用于實現 跨線程或跨工作隊列的任務提交與調度 的核心組件，主要服務于 bthread 用戶態線程庫的高效任務分發機制。

源碼

目標：
提供一種 低延遲、高吞吐的遠程任務隊列，允許不同線程或工作隊列（如 bthread 調度組）之間安全、高效地傳遞和執行任務，避免任務生產者和消費者的直接耦合，提升系統的并發處理能力。

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2 核心功能

2.1 任務提交與分發

• 遠程提交：允許一個線程（或 bthread）將任務提交到另一個線程的私有隊列中，避免共享隊列的鎖競爭。
• 負載均衡：支持任務按策略（如輪詢、隨機、哈希）分發給不同工作隊列，優化資源利用。

2.2 無鎖或低鎖設計

• 無鎖隊列：使用原子操作（如 CAS）或線程本地存儲（TLS）實現任務隊列，減少鎖爭用。
• 批量提交：合并多個任務一次性提交，減少同步開銷。

2.3 與 bthread 深度集成

• 協程感知：任務執行在目標線程的 bthread 中，利用協程的輕量級特性減少上下文切換。
• 優先級支持：通過 bthread 的標簽（Tag）機制，為不同任務類型分配獨立的執行資源。

2.4 流量控制與背壓

• 隊列容量限制：設定最大隊列長度，防止內存溢出。
• 阻塞/非阻塞提交：隊列滿時支持阻塞等待或返回錯誤，由調用方處理背壓。

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3 關鍵實現機制

3.1 數據結構

• 線程本地隊列（Thread-Local Queue）：每個工作線程維護一個私有隊列，任務提交時直接寫入目標線程的本地隊列。
• 全局任務分發器：通過哈希表或映射表跟蹤所有工作隊列，實現任務的定向提交。

  struct PerThreadQueue {std::deque<Task> tasks;  // 本地任務隊列std::atomic<bool> busy;  // 標記隊列是否繁忙
  };
  std::vector<PerThreadQueue*> all_queues; // 全局隊列列表
  

3.2 任務提交接口

• 定向提交：通過線程ID或隊列ID指定目標隊列。

  bool RemoteTaskQueue::submit_to(int queue_id, Task&& task);
  

• 自動路由：根據任務屬性（如哈希鍵）自動選擇目標隊列。

  bool RemoteTaskQueue::submit(Task&& task, ShardStrategy strategy = HASH);
  

3.3 任務竊取（Work Stealing）

• 負載均衡：空閑線程從其他隊列“竊取”任務，避免資源閑置。

  bool try_steal_task(PerThreadQueue* target, Task* out_task);
  

3.4 同步與喚醒

• 信號通知：任務入隊后觸發信號（如 futex 或 eventfd），喚醒目標線程處理任務。
• 惰性拉取：工作線程在空閑時主動拉取任務，減少喚醒開銷。

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4 性能優化

• 緩存行對齊：隊列數據結構按緩存行對齊，避免偽共享（False Sharing）。
• 預分配內存池：任務對象通過內存池預分配，減少動態內存分配開銷。
• 批處理：合并多個任務一次性處理，提高緩存利用率。

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5 典型應用場景

1. RPC 請求分發：將不同用戶的請求哈希到特定工作隊列，保證順序性。
2. 異步日志收集：多個線程將日志批量提交到專用隊列，由后臺線程統一寫入磁盤。
3. 定時任務調度：定時器線程生成任務后分發到工作線程執行，避免集中處理瓶頸。

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6 代碼示例片段

// 定義任務結構
struct Task {void (*func)(void*);  // 任務函數指針void* arg;            // 參數
};class RemoteTaskQueue {
public:// 提交任務到指定隊列bool submit_to(int queue_id, Task task) {PerThreadQueue* q = all_queues[queue_id];q->tasks.push_back(task);if (q->busy.exchange(true) == false) {wake_up(q); // 喚醒目標隊列的線程}return true;}// 工作線程主循環void worker_loop(int my_queue_id) {PerThreadQueue* my_q = all_queues[my_queue_id];while (!stopped) {Task task;if (pop_local_task(my_q, &task)) {execute_task(task);} else {if (!try_steal_task(other_queues, &task)) {wait_for_notification(); // 無任務時休眠}}}}
};

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7. 總結

remote_task_queue.h 通過結合線程本地隊列、無鎖操作和任務竊取機制，實現了高效的任務分發與執行，是 BRPC 高并發能力的核心組件之一。其設計充分利用了 bthread 的輕量級協程特性，適用于需要低延遲、高吞吐任務調度的場景，如 RPC 請求處理、異步 I/O 和定時任務管理。開發者可通過調整隊列策略和參數進一步優化性能。