ThreadLoop實踐學習筆記

AndGate發表於2024-07-02
threadOOP筆記

背景

在日常工作和學習原始碼過程中，經常可以看到ThreadLoop的運用，發現ThreadLoop作為一個基礎工具，在具體專案中有不同而又十分相似的實現，雖然核心的機制萬變不離其宗（IO多路複用），但面向的業務場景不同導致了不同的實踐結果，目前見過有幾種ThreadLoop的實踐，本文做一個分析記錄和知識點的總結

基礎TaskLoop：

面向Task：

Task型別包裹回撥函式和必要資料，如have_run,is_run，task_tag等，TaskLoop負責執行Task，實質是處理Task型別包裹的回撥函式

  • 核心介面：PostTask(Task)、PostDelayTask(Task)、PostRepeatTask(Task)
  • 功能：使用者將Task交給執行緒進行非同步處理，同時實現簡單的Timer機制，對任務觸發的時間進行延遲或重複
  • 面向場景：工作執行緒執行Task
  • 缺點：僅能對Task進行處理，無法充分使用多路複用機制監聽Socket或其他fd
  • 程式碼：TaskLoop-Task

面向Event：

Event型別和Task相比，擁有了事件的語義，Event事件=需要監聽的觸發源+事件處理回撥，一般來說觸發源設計為Event Fd可以完美適配IO多路複用機制，同時僅監聽Event fd可以給上層元件足夠的靈活性，可以認為這是面向事件ThreadLoop很優雅的設計方法了

  • 核心介面：在面向Task的基礎上，增加對事件的監聽AddWatch(Event)
  • 功能：提供檔案描述符監聽的功能
  • 面向場景：事件驅動，需要監聽檔案描述符，例如Socket、Timer，上層僅需設計自己需要的Event即可實現定製化需求，例如進階TaskLoop中的Timer就是很好的例子
  • 具體實踐：
    epoll+Event，基於epoll_data.ptr的指標完成監聽事件的處理，在Event中設定各類事件（或指定事件）的回撥，muduo的channel就是基於這種機制設計的
  • 程式碼：TaskLoop-Event
注意：  
    Event類可以設計為基類，事件處理回撥OnEventCallback可以透過識別Event的不同型別做事件的分發，完成Event內資訊的傳遞，後續也可以透過基類->子類的轉換，實現更多的任務處理和資訊傳遞能力

討論1：
    除了poll多路複用+wakeupFd可以用於實現任務/事件佇列，相似的也可以使用條件變數的方式做事件的同步，但條件變數有喚醒丟失和虛假喚醒等問題
    相較而言FD的多路複用監聽機制更加穩定，同時基於檔案描述符監聽的方式，可以增加基於Timer FD的功能

討論2：
    在具體的實踐中，只要能完成實際的業務需求也可以不用解耦，可直接將業務邏輯回撥寫到secket fd觸發後的邏輯中，設計Event來提供監聽的統一介面是為了通用性，提供可複用介面給其他模組

進階TaskLoop

MsgQueue：TaskLoop+queue

基於TaskLoop，增加佇列queue可實現一個非同步的訊息佇列，提供PostMsg(msg)介面，MsgQueue初始化時繫結訊息處理函式init(callback)，

  • 核心原理：MsgQueue內部有一個事件觸發的Event，繫結到TaskLoop中進行監聽，當使用者呼叫PostMsg(msg)向內部的queue壓入訊息時，主動喚醒Event FD來wakeup TaskLoop監聽中的檔案描述符，在Event喚醒的回撥內取出queue積壓的msg，呼叫提前繫結好的callback，完成訊息的非同步處理
  • 核心介面：PostMsg(msg)
  • 面向場景：非同步訊息處理佇列
  • 程式碼：MsgQueue

Timer：TaskLoop+Timer Fd

基於面向Event的TaskLoop，在Timer的場景下，AddWatch(Event)實質上是AddWatch(TimerEventFd)，因此只需要在AddWatch(Event)的基礎上做TimerFd建立的封裝即可

  • 核心介面：AddTimer(Task)
  • 面向場景：定時器任務處理
  • 程式碼：TimerMng

ThreadLoopMng

執行緒池，維護多個ThreadLoop的生命週期，派發任務

  • 核心介面：TaskLoop* GetTaskLoop()；
  • 面向場景：執行緒池管理工作執行緒，維護執行緒生命週期

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