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。

源码

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。

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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。

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3 关键实现机制

3.1 数据结构

• 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。
• 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。

  struct 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

• 定向提交：通过线程ID或队列ID指定目标队列。

  bool 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。

  bool 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。

  bool 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。

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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。

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5 典型应用场景

1. 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。
2. 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。
3. 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。

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6 代码示例片段

// 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
                }
            }
        }
    }
};

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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。