硬核！Rust异步编程方法重大进级：新版Tokio怎样晋升10倍机能详解

因为增添当地行列的相干本钱不低，因此值得研究是否必要增添行列。这个题目最终导致了调治措施的重写。新调治措施的计策是对每个行列行使牢靠巨细。当行列已满时，使命将被推送到一个全局的、多行使者、多出产者行列中，而不是增添当地行列。处理赏罚器必要搜查这个全局行列，但搜查的频率要比当地行列低得多。

早期尝试过用有界mpmc行列取代了Crossbeam行列。因为push和pop都执行了大量的同步，因此没有带来太大的晋升。关于窃取使命，必要记着的一个要害点是，在有负载的时辰行列险些没有争用，由于每个处理赏罚器只会见本身的行列。

在这一点上，我细心阅读go源代码，发明它行使了一个牢靠巨细的单出产者、多斲丧者行列。这个行列令只必要很少的同步就可以正常事变。我对该算法举办了一些修改，使之合用于tokio调治措施。值得留意的是，go实现版本中其原子操纵行使次序同等性(基于我对go的有限常识)。作为tokio调治器的一部门，该版本还低落了较冷代码路径中的一些复制。

该行列实现是一个轮回缓冲区，行使数组存储值。原子整数用于跟踪头部和尾部位置。

struct Queue { /// Concurrently updated by many threads. head: AtomicU32, 
 /// Only updated by producer thread but read by many threads. tail: AtomicU32, 
 /// Masks the head / tail position value to obtain the index in the buffer. mask: usize, 
 /// Stores the tasks. buffer: Box<[MaybeUninit<Task>]>,} 

入队由单独线程完成：

loop { let head = self.head.load(Acquire); 
 // safety: this is the **only** thread that updates this cell. let tail = self.tail.unsync_load; 
 if tail.wrapping_sub(head) < self.buffer.len as u32 { // Map the position to a slot index. let idx = tail as usize & self.mask; 
 // Don't drop the previous value in `buffer[idx]` because // it is uninitialized memory. self.buffer[idx].as_mut_ptr.write(task); 
 // Make the task available self.tail.store(tail.wrapping_add(1), Release); 
 return; } 
 // The local buffer is full. Push a batch of work to the global // queue. match self.push_overflow(task, head, tail, global) { Ok(_) => return, // Lost the race, try again Err(v) => task = v, }} 

请留意，在此push函数中，独一的原子操纵是行使Acquire次序的load和具有Release次序的store。没有读-修改-写操纵(compare_and_swap，fetch_and等)或次序同等性。由于在x86芯片上，全部load/store 已经是“原子的”。因此，在CPU级别，此成果不是同步的。行使原子操纵会影响编译器，由于它会阻止某些优化，但也仅此罢了。第一个load很也许可以通过Relaxed次序完成，可是切换成Relaxed次序没有明明的收益。

行列已满时，将挪用push_overflow。此成果将当地行列中的一半使命移到全局行列中。全局行列是由互斥锁掩护的侵入链表。起首将要移动到全局行列中的使命链接在一路，然后获取互斥锁，并通过更新全局行列的尾指针来写入全部使命。

假如您认识原子内存操纵的细节，您也许会留意到上图所示的push函数也许会发生“题目”。行使Acquire次序的原子load同步语义很是弱。它也许会返回老值(并发窃取操纵也许已经增进了self.head的值)，可是执行入队的线程会读到线程中的老值。这对付算法的正确性不是题目。在入队的代码路径中，我们只体谅当地运行行列是否已满。鉴于当前列程是可以执行入队操纵的独一线程，则老值将使行列比现实更满。它也许会错误地以为行列已满并进入push_overflow函数，可是此函数包罗更强的原子操纵。假如push_overflow确定行列现实上未满，则返回w / Err并再次实行push操纵。这是push_overflow将一半运行行列移至全局行列的另一个缘故起因。通过移动一半的行列，“运行行列为空”的误报率就会低落。

当地出对动静也很轻量级：

loop { let head = self.head.load(Acquire); 
 // safety: this is the **only** thread that updates this cell. let tail = self.tail.unsync_load; 
 if head == tail { // queue is empty return None; } 
 // Map the head position to a slot index. let idx = head as usize & self.mask; 
 let task = self.buffer[idx].as_ptr.read; 
 // Attempt to claim the task read above. let actual = self .head .compare_and_swap(head, head.wrapping_add(1), Release); 
 if actual == head { return Some(task.assume_init); }} 

在此函数中，存在单个原子load和一个带有release的compare_and_swap。首要开销来自compare_and_swap。

窃取成果相同于出队，可是self.tail的load必需是原子的。同样，相同于push_overflow，窃取操纵将实行窃取行列的一半，而不是单个使命。这这是不错的特征，我们将在后头先容。

（编辑：湖南网）

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