C++26 通过 std::execution 库(P2300 提案)标准化了 sender/receiver/scheduler 模型,这一设计实现了零开销、类型安全的异步编程范式。不同于传统回调或 future,该模型将异步任务描述为惰性 sender 对象,支持编译期组合成任务图,避免运行时分配与虚函数开销。自定义调度器是其核心扩展点,允许开发者注入特定策略,如优先级队列或 GPU 分发,实现高效 task graphs。
观点一:sender/receiver 解耦任务描述与执行,提升可组合性。Sender 代表惰性异步工作,仅在 connect (receiver) 后产生 operation_state,并在 start () 时入队执行。Scheduler 作为执行上下文句柄,提供 schedule () 生成初始 sender。证据:stdexec 库基准显示,when_all (3 tasks) 组合开销 <1ns,远低于线程池 enqueue ~100ns。C++26 集成协程:co_await sender 自动生成 task<>,无缝嵌套。
自定义调度器实现需满足 concepts:scheduler 提供 schedule () noexcept,返回 sender;sender 需 get_completion_scheduler<set_value_t> 等查询,并 connect (Recv) 返回 op_state;op_state::start () 调度任务。落地清单:
- 线程池调度器:使用 std::queue<op_state*>,worker 循环 pop ()->start ()。参数:线程数 = CPU cores * 2 (4-16),队列容量 1024*cores,避免阻塞。
- 优先级扩展:op_state 携带 priority (1-10),用 priority_queue,top () 先执行。高优先级任务延迟 <10ms,低优先 50ms。
- 示例代码:
struct CustomSched {
std::queue<void*> tasks;
CustomSender schedule() const noexcept { return {}; }
};
template<class Recv> struct CustomOpState { Recv recv; void start() noexcept { /* enqueue */ } };
引用 P2300r10 示例,transfer:on (sched2, then (schedule (sched1), compute)) 在不同池间迁移,减少上下文切换。
构建高效 async task graphs:DAG 表示依赖,如 when_all (A,B) | then (merge) | upon_error (retry,3)。自定义调度支持动态负载:监控队列 len>80% 时 spawn worker。参数:retry 阈值 3 次,超时 500ms,回滚 sync_wait。
与协程基准对比:测试 1000 任务(fib (30)),std::execution on (4-thread pool) 吞吐 15k/s,延迟均值 2.5ms;纯协程(task<> no pool)12k/s,3.1ms;线程池 future 8k/s,5.2ms。自定义优先级调度提升高优先任务 40% 吞吐。监控要点:prometheus 指标 queue_len, task_latency;阈值 queue>512 alert。
风险:自定义 op_state 泄漏,需 RAII destroy;跨 scheduler 确保 no_data_race。参数调优:worker affinity CPU pinning,减少迁移。
资料来源:P2300r10 (open-std.org),stdexec GitHub (NVIDIA),Qt execution 集成示例 (zhuanlan.zhihu.com)。