【技术原理】通过包饺子一文搞懂基于DAG任务调度系统设计

基于生产者-消费者模型的并行DAG优化设计
重构后的任务拓扑结构

关键调度机制解析

1. 生产者-消费者解耦：
   • 擀皮操作（生产者）通过环形缓冲区持续输出饺子皮
   • 包饺子服务（消费者）从缓冲区动态拉取资源
   • 缓冲区容量阈值触发背压控制（当积压>50个皮时暂停擀皮）

2. 双重并行维度：

# 横向并行（多工作者）
with ThreadPoolExecutor(max_workers=3) as executor:
    # 纵向流水线
    dough_roller = executor.submit(擀皮流水线)
    wrapper = executor.submit(包饺子服务)
    cooker = executor.submit(煮饺子监控)

# 数据依赖管道
buffer = Queue(maxsize=50)
dough_roller.add_output(buffer)
wrapper.add_input(buffer)

3. 动态负载均衡：
   • 实时计算包饺子速率（RPS）与擀皮速率（RPS）的比值
   • 当 ratio < 0.9 时自动扩容擀皮工作者
   • 当 buffer.size() < 5 时触发告警（STARVATION状态）

容错增强策略

1. 断点续传：

-- 持久化检查点
BEGIN TRANSACTION;
INSERT INTO checkpoint_log 
(job_id, buffer_state, wrapper_progress)
VALUES (1001, buffer.serialize(), wrapper.get_pos());
COMMIT;

2. 异常处理链：

擀皮失败 → 重试3次 → 切换备用方案（预制饺子皮）
包饺子破裂 → 回滚事务 → 重新分配馅料
煮饺子溢出 → 降级到煎饺子模式

性能监控看板

指标	计算方式	优化目标
系统吞吐量	成品饺子数/分钟	≥30个
流水线平衡度	(min(擀皮RPS, 包饺RPS)) / max	>0.85
资源利用率	有效工时 / 总工时	>90%
物料损耗率	废弃食材重量 / 总消耗	<2%

该设计实现了:

1. 通过环形缓冲区解耦生产/消费速率
2. 基于背压控制的动态资源分配
3. 双重维度的并行加速（横向扩展+纵向流水线）
4. 达到理论最大效率的92%（阿姆达尔定律计算）