Какво е работилница?

Работещият крадец (work stealing) е механизъм за балансиране на натоварването в многопоточните системи, при който неактивен поток "краде" задачи от опашката на друг зает поток.

Ключови характеристики:

• Децентрализиран: Всеки поток управлява своята локална опашка с задачи.
• Активен: Неактивният поток активно търси работа при другите.
• Висока производителност: Ефективен за задачи с неравномерно натоварване.

В Golang се използва в планировчика (scheduler) за разпределяне на горутините по системните потоци (M). Когато M завърши текущата си работа (пакет горутини на P), търси горутини при други P чрез техните локални опашки.

// Псевдокод, демонстриращ концепцията за work stealing
package main

import "fmt"
import "sync"
import "time"

type Task struct {
	id int
}

// Имитация на опашка с задачи
type TaskQueue struct {
	tasks []Task
	mu    sync.Mutex
}

func (q *TaskQueue) AddTask(task Task) {
	q.mu.Lock()
	defer q.mu.Unlock()
	q.tasks = append(q.tasks, task)
}

func (q *TaskQueue) GetLocalTask() (Task, bool) {
	q.mu.Lock()
	defer q.mu.Unlock()
	if len(q.tasks) == 0 {
		return Task{}, false
	}
	task := q.tasks[0]
	q.tasks = q.tasks[1:]
	return task, true
}

// Опит за "крадене" на задача от друга опашка
func (q *TaskQueue) StealTask() (Task, bool) {
	q.mu.Lock()
	defer q.mu.Unlock()
	if len(q.tasks) < 2 { // Не "крадем" ако има малко задачи
		return Task{}, false
	}
	// Крадем от средата или края, за да избегнем конфликти с локалното извличане
	index := len(q.tasks) / 2
	task := q.tasks[index]
	q.tasks = append(q.tasks[:index], q.tasks[index+1:]...)
	return task, true
}

// Имитация на работен поток
func worker(id int, localQueue *TaskQueue, otherQueues []*TaskQueue, wg *sync.WaitGroup) {
	defer wg.Done()

	for {
		// Опит за вземане на задача от локалната опашка
		task, ok := localQueue.GetLocalTask()
		if ok {
			fmt.Printf("Работник %d изпълнява задача %d\n", id, task.id)
			time.Sleep(100 * time.Millisecond) // Имитация на работа
			continue
		}

		// Ако локалната опашка е празна, опитваме да крадем
		stolen := false
		for _, queue := range otherQueues {
			if queue == localQueue {
				continue // Не крадем от себе си
			}
			task, ok := queue.StealTask()
			if ok {
				fmt.Printf("Работник %d, краде задача %d\n", id, task.id)
				time.Sleep(100 * time.Millisecond) // Имитация на работа
				stolen = true
				break // Успешно крадене, излизане от цикъла
			}
		}

		if !stolen {
			// Ако не е успял да краде, може да няма повече задачи
			// В реален планировчик има по-сложни механизми за приключване
			// За демонстрация, просто излизаме след известно време
			fmt.Printf("Работник %d е неактивен, чака...\n", id)
			time.Sleep(50 * time.Millisecond)
			// В реален сценарий, тук би имало механизъм за приключване или паркиране на нишката
			// return // За демонстрация, ще позволим изход
			break // За опростяване на симулацията
		}
	}
}

func main() {
	numWorkers := 4
	numTasks := 20
	taskQueues := make([]*TaskQueue, numWorkers)
	for i := range taskQueues {
		taskQueues[i] = &TaskQueue{}
	}

	// Разпределяне на задачите неравномерно за демонстрация на work stealing
	for i := 0; i < numTasks; i++ {
		queueIndex := i % 2 // Повече задачи за първите два работника
		taskQueues[queueIndex].AddTask(Task{id: i})
	}

	var wg sync.WaitGroup
	for i := 0; i < numWorkers; i++ {
		wg.Add(1)
		// Предаване на референции към всички опашки, за да може работникът да "краде"
		otherQueues := make([]*TaskQueue, 0, numWorkers-1)
		for j := range taskQueues {
			if i != j {
				otherQueues = append(otherQueues, taskQueues[j])
			}
		}
		go worker(i, taskQueues[i], otherQueues, &wg)
	}

	wg.Wait()
	fmt.Println("Всички задачи са изпълнени")
}