文章目录
- [remote task queue](#remote task queue)
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- [1 简介](#1 简介)
- [2 核心功能](#2 核心功能)
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- [2.1 任务提交与分发](#2.1 任务提交与分发)
- [2.2 无锁或低锁设计](#2.2 无锁或低锁设计)
- [2.3 与 `bthread` 深度集成](#2.3 与
bthread深度集成) - [2.4 流量控制与背压](#2.4 流量控制与背压)
- [3 关键实现机制](#3 关键实现机制)
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- [3.1 数据结构](#3.1 数据结构)
- [3.2 任务提交接口](#3.2 任务提交接口)
- [3.3 任务窃取（Work Stealing）](#3.3 任务窃取（Work Stealing）)
- [3.4 同步与唤醒](#3.4 同步与唤醒)
- [4 性能优化](#4 性能优化)
- [5 典型应用场景](#5 典型应用场景)
- [6 代码示例片段](#6 代码示例片段)
- [7. 总结](#7. 总结)
remote task queue
1 简介
BRPC 中用于实现 跨线程或跨工作队列的任务提交与调度 的核心组件，主要服务于 bthread 用户态线程库的高效任务分发机制。
目标：
提供一种 低延迟、高吞吐的远程任务队列 ，允许不同线程或工作队列（如 bthread 调度组）之间安全、高效地传递和执行任务，避免任务生产者和消费者的直接耦合，提升系统的并发处理能力。
2 核心功能
2.1 任务提交与分发
- 远程提交 ：允许一个线程（或
bthread）将任务提交到另一个线程的私有队列中，避免共享队列的锁竞争。 - 负载均衡：支持任务按策略（如轮询、随机、哈希）分发给不同工作队列，优化资源利用。
2.2 无锁或低锁设计
- 无锁队列：使用原子操作（如 CAS）或线程本地存储（TLS）实现任务队列，减少锁争用。
- 批量提交：合并多个任务一次性提交，减少同步开销。
2.3 与 bthread 深度集成
- 协程感知 ：任务执行在目标线程的
bthread中，利用协程的轻量级特性减少上下文切换。 - 优先级支持 ：通过
bthread的标签（Tag）机制，为不同任务类型分配独立的执行资源。
2.4 流量控制与背压
- 队列容量限制：设定最大队列长度，防止内存溢出。
- 阻塞/非阻塞提交：队列满时支持阻塞等待或返回错误，由调用方处理背压。
3 关键实现机制
3.1 数据结构
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线程本地队列（Thread-Local Queue）：每个工作线程维护一个私有队列，任务提交时直接写入目标线程的本地队列。
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全局任务分发器 ：通过哈希表或映射表跟踪所有工作队列，实现任务的定向提交。
cppstruct PerThreadQueue { std::deque<Task> tasks; // 本地任务队列 std::atomic<bool> busy; // 标记队列是否繁忙 }; std::vector<PerThreadQueue*> all_queues; // 全局队列列表
3.2 任务提交接口
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定向提交 ：通过线程ID或队列ID指定目标队列。
cppbool RemoteTaskQueue::submit_to(int queue_id, Task&& task); -
自动路由 ：根据任务属性（如哈希键）自动选择目标队列。
cppbool RemoteTaskQueue::submit(Task&& task, ShardStrategy strategy = HASH);
3.3 任务窃取（Work Stealing）
-
负载均衡 ：空闲线程从其他队列"窃取"任务，避免资源闲置。
cppbool try_steal_task(PerThreadQueue* target, Task* out_task);
3.4 同步与唤醒
- 信号通知 ：任务入队后触发信号（如
futex或eventfd），唤醒目标线程处理任务。 - 惰性拉取：工作线程在空闲时主动拉取任务，减少唤醒开销。
4 性能优化
- 缓存行对齐：队列数据结构按缓存行对齐，避免伪共享（False Sharing）。
- 预分配内存池：任务对象通过内存池预分配，减少动态内存分配开销。
- 批处理：合并多个任务一次性处理，提高缓存利用率。
5 典型应用场景
- RPC 请求分发：将不同用户的请求哈希到特定工作队列，保证顺序性。
- 异步日志收集：多个线程将日志批量提交到专用队列，由后台线程统一写入磁盘。
- 定时任务调度：定时器线程生成任务后分发到工作线程执行，避免集中处理瓶颈。
6 代码示例片段
cpp
// 定义任务结构
struct Task {
void (*func)(void*); // 任务函数指针
void* arg; // 参数
};
class RemoteTaskQueue {
public:
// 提交任务到指定队列
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); // 唤醒目标队列的线程
}
return true;
}
// 工作线程主循环
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(); // 无任务时休眠
}
}
}
}
};7. 总结
remote_task_queue.h 通过结合线程本地队列、无锁操作和任务窃取机制，实现了高效的任务分发与执行，是 BRPC 高并发能力的核心组件之一。其设计充分利用了 bthread 的轻量级协程特性，适用于需要低延迟、高吞吐任务调度的场景，如 RPC 请求处理、异步 I/O 和定时任务管理。开发者可通过调整队列策略和参数进一步优化性能。