在高性能异步系统中，任务的调度和执行策略对整体吞吐量与响应延迟起着决定性作用。Tokio 是 Rust 社区主流的异步运行时之一，拥有成熟的任务系统和 I/O 模型。

然而，当我们需要对任务调度进行更细粒度的控制，比如优先级、批处理、任务分组或返回结果流时，Tokio 的原生抽象就显得不够灵活。

为此，tokio-fusion 提供了一种融合了 Tokio executor、异步任务建模与线程池调度的新机制。 本文将深入剖析 tokio-fusion 的架构、核心组件与设计思想。

一、设计目标

tokio-fusion 的目标是提供：

• 统一的异步任务抽象，具备优先级、任务 ID 与结果类型支持；
• 线程池调度器，支持可配置的 worker 数量与队列大小；
• 任务执行结果流式可读，无需额外的 channel 或 handle 拼接；
• 高并发安全，使用 Arc<ThreadPool> 可在多个任务间安全共享；
• 灵活集成，可作为 tokio 子系统使用，也可嵌入到现有 async 应用中。

二、核心架构与组件

架构由以下几部分组成：

1. ThreadPool

ThreadPool 是 tokio-fusion 的调度引擎，它持有一个 tokio::runtime::Runtime 并在内部维护一个多生产者单消费者（MPSC）的任务队列，支持配置以下参数：

• worker_threads：线程池中的 worker 数量；
• queue_capacity：内部任务通道的缓冲大小；
• 支持无界模式（默认）或有限容量阻塞提交。

它的主要职责包括：

• 接收用户提交的异步任务；
• 根据优先级对任务进行排序（future roadmap）；
• 派发任务到 Tokio runtime 执行；
• 提供返回结果的 ResultHandle<T>。

2. Task<T>

Task<T> 是 tokio-fusion 的核心任务抽象，定义为：

pub struct Task<T> {
    pub fut: BoxFuture<'static, ThreadPoolResult<T>>,
    pub priority: usize,
    ...
}

该结构封装了：

• 一个异步函数 fut，必须返回 Result<T, ThreadPoolError>；
• 一个优先级值；
• 可选的任务 ID 或 tracing context（future 支持）；

3. ResultHandle<T>

任务提交成功后，会返回一个 ResultHandle<T>，支持异步地 .await_result() 来获取结果。这避免了开发者自己管理 oneshot 通道或回调闭包。

内部使用 tokio::sync::oneshot 来桥接任务执行结果和用户逻辑，确保类型安全。

三、运行机制详解

以单个任务的提交流程为例：

let thread_pool = Arc::new(ThreadPool::default());

let task = Task::new(async {
    // 业务逻辑
    Ok(compute_something().await)
}, 1); // priority

let handle = thread_pool.submit(task).await.unwrap();

let result = handle.await_result().await;

执行流程图如下：

1. 用户通过 submit() 提交 Task<T>；
2. ThreadPool 将其包装进调度队列；
3. 后台 Runtime 中的 worker 消费队列并 spawn；
4. Task 执行完成后，通过 oneshot::Sender 传回结果；
5. 用户通过 ResultHandle.await_result() 异步获取最终结果。

四、高级特性与扩展点

1. 批量任务提交

你可一次性提交多个 Task<T>，并获取多个 ResultHandle<T>，配合 FuturesUnordered 可实现流式聚合处理。

let thread_pool = Arc::new(ThreadPool::default());
let mut batch = BatchExecutor::new(Arc::clone(&thread_pool));

// Add tasks to the batch
for i in 0..5 {
    batch.add_task(my_task(i), i);
}

// Execute all tasks and collect results
let results = batch.execute().await;

// Or stream results as they complete
let mut stream = batch.execute_stream().await;
while let Some(result) = stream.next().await {
    println!("Got result: {:?}", result);
}

2. 动态任务优先级（计划中）

目前 priority 字段尚未集成到队列排序中，但未来将支持 heap-based 优先队列，使得高优任务能先执行。

3. 自定义错误类型

通过 ThreadPoolResult<T> 和 ThreadPoolError，你可以对运行时错误进行分类，例如队列满、执行 panic、提前 drop 等。

五、使用场景

tokio-fusion 非常适合以下几类应用：

• 异步任务密集系统：如区块链爬虫、日志处理、爬虫调度等；
• 需跨 Tokio 上下文复用线程池的系统；
• 构建 DSL 批处理框架：如将多个业务任务封装成 Task<T> 提交执行；
• 对任务控制粒度要求高的服务层。

六、对比现有方案

七、结语

tokio-fusion 是一个面向工程实践的异步任务池，它不试图替代 Tokio，而是对其进行结构化增强，提供更强的任务建模能力、更灵活的调度入口。适用于需要异步批量任务控制、结果统一收集、线程池隔离的中大型项目。

欢迎在你的高并发系统中尝试引入 tokio-fusion，并提出 PR 或 issue 进行共建。

https://github.com/lispking/tokio-fusion