怎么设计一个高效的任务调度器，避免任务饥饿

面对一个任务调度器，我的目标是：

高效：最大限度利用线程资源，提高吞吐公平：防止任务饥饿，确保所有任务最终都能被调度可扩展：适应不同数量的线程和任务负载

在 C++ 中实现一个高效的任务调度器，我的目标是：
最大化利用 CPU 资源（线程饱和度高）
保证任务不会因优先级或分配不均而长期等待（防止饥饿）
拥有良好的可扩展性和并发能力

总设计思路

我会基于**线程池 + 多队列 + 工作窃取（Work Stealing）**的架构设计调度器，任务是用户空间的执行单元，每个线程维护一个本地队列，同时有一个全局备用队列用于负载均衡。

线程优先执行自己的任务，空闲时从别人队列“偷”任务，实现高并发 + 负载均衡

🔹3. 如何避免任务饥饿？（核心点）

✅ a. 优先级+老化（Priority + Aging）
给任务设置优先级，同时随着任务等待时间变长，动态提高其优先级，防止低优先级任务被饿死。

task.priority += wait_time / aging_factor;

✅ b. 公平轮询机制（或时间片）

可以为任务设置时间片，防止长任务霸占线程，短任务挤不进去。

✅ c. 工作窃取（Work Stealing）
空闲线程会尝试从其他线程队列偷任务，防止某些线程任务堆积、资源浪费。

✅ d. 监控 + 动态调整调度策略
收集任务等待时间、线程负载等指标，如果发现有任务长期得不到执行，可以动态调整其优先级或转移到活跃线程队列。

🔹4. 高效性的优化

使用 无锁队列（如基于 CAS 的环形队列）减少锁竞争
合理设置 线程数 = CPU核数或略多，避免上下文切换、
对于 IO 密集任务，可以设计独立的 IO 调度线程或使用 async 模型

🔹5. 总结

总结来说，我会结合线程本地队列 + 全局队列 + 工作窃取，加入优先级老化机制、动态调度策略和高效的数据结构，来实现一个高吞吐、低延迟、无饥饿的任务调度器。

存在几个问题：
1、多队列 + 工作窃取是什么？
多队列是一个线程一个任务队列，线程执行的时候优先从本地队列获取任务，如果本地队列空，会从其他线程 的队列里偷任务执行，偷任务就是工作窃取；

2、这么多个任务队列，提交任务的时候，往哪个队列内提交？
通过哈希、轮询、负载最小选择一个队列放任务；

1）轮询分发
任务平均分配到每个队列，用原子计数器计算；
负载较均衡

2）最小负载
遍历所有队列，选择任务数量最少的队列提交；
有代价

怎么保证是本地队列

✅ 如何保证它是“本地”的？（有 3 种常见设计方式）
✅ 方法一：线程 ID 对应队列索引
std::vector local_queues; // 每个线程一个队列
int thread_id; // 线程启动时指定的唯一 ID（0 ~ N-1）

// 每个线程只操作 local_queues[thread_id]

当线程池启动时，每个线程传入一个唯一 thread_id。

然后它只处理 local_queues[thread_id] 中的任务。

📌 这样就逻辑上保证了每个线程只处理自己的队列。

✅ 方法二：TLS（线程局部存储）

thread_local LocalQueue* my_queue;void worker_thread() {my_queue = &local_queues[std::this_thread::get_id() % N]; while (running) {Task task;if (my_queue->try_pop(task)) {task();}}
}

使用 thread_local 保证每个线程有自己的“本地指针”。

所有操作都针对这个线程私有的队列。

📌 这是更 自动、安全的方式，线程无需显式传 ID。

✅ 方法三：封装为工作线程对象（OOP风格）

struct Worker {int id;LocalQueue queue;void run() {while (true) {Task t;if (queue.try_pop(t)) { t(); }else steal_work();}}
};

每个线程绑定一个 Worker 实例。

队列内嵌在 worker 中，线程永远只操作自己的 worker.queue

📌 这种设计更面向对象，也常用于复杂线程池框架中。