pi-async-rt 0.5.2

基于Future(MVP)，用于为外部提供基础的通用异步运行时和工具

# 主要特征


- 任务池: 可定制的任务池
- 任务ID: 外部使用任务ID可以很方便的唤醒和挂起
- 抽象接口: 可以自由实现自己的运行时
- 运行时推动：单线程运行时可以用自己的方式推动运行

# Examples


本地异步运行时:
```
 use pi_async_rt::rt::{AsyncRuntime, AsyncRuntimeExt, serial_local_thread::{LocalTaskRunner, LocalTaskRuntime}};
 let rt = LocalTaskRunner::<()>::new().into_local();
 let _ = rt.block_on(async move {});
```

多线程异步运行时使用:
```
 use pi_async_rt::rt::{AsyncRuntime, AsyncRuntimeExt};
 use pi_async_rt::rt::multi_thread::{MultiTaskRuntime, MultiTaskRuntimeBuilder, StealableTaskPool};

 let pool = StealableTaskPool::with(4,100000,[1, 254],3000);
 let builer = MultiTaskRuntimeBuilder::new(pool)
     .set_timer_interval(1)
     .init_worker_size(4)
     .set_worker_limit(4, 4);
 let rt = builer.build();
 let _ = rt.spawn(async move {});
```

# timeout 等待句柄

`runtime.timeout(ms).await` 使用 timeout 专用等待句柄，不再为每次 timeout 分配普通任务 `TaskId/TaskHandle`。该实现保持公开 API 不变，并保留当前 timer 不支持取消的语义：

- timeout 到期后唤醒等待任务，并在 future 完成后释放等待句柄。
- timeout future 被提前 drop 时会清理 waker，timer 到期后释放内部等待句柄。
- 不修改普通 `spawn`、`spawn_timing`、任务池和 worker loop 的核心语义。
- 内部等待状态使用原子到期标记和 `AtomicWaker`，不引入自旋等待或阻塞锁。

建议验证命令：

```
cargo test --lib timeout_waiter_tests
cargo test --test timeout_waiter
cargo test --test timeout_waiter test_multi_thread_timeout_churn_rss_diagnostic -- --ignored --nocapture
cargo test --features serial --test timeout_waiter
cargo bench --bench timeout_waiter_pi_async -- --nocapture
```

# AsyncValue

`AsyncValue<V>` 是同步非阻塞、只允许设置一次的 single-shot future。当前实现保持公开 API 不变：

- `AsyncValue::new()`、`AsyncValue::set(self, value)` 和 `Future<Output = V>` 签名不变。
- `set()` 保持旧语义：第一次设置成功，后续设置静默失败且不会覆盖已设置值。
- pending 后允许重复 poll，重复 poll 会更新最新 waker，不会 panic。
- set 后唤醒最新 waker；never set 的 future 会继续 pending。
- 当前 API 不表达 sender/receiver 拆分、关闭或取消语义。

建议验证命令：

```
cargo test --test async_value -- --nocapture --test-threads=1
cargo test --features serial --test async_value -- --nocapture --test-threads=1
cargo bench --bench async_value_pi_async -- --nocapture
cargo bench --features serial --bench async_value_pi_async -- --nocapture
```

本地专项基准样例（WSL2 Ubuntu 22.04）：

| 场景 | 样例结果 | 折算指标 |
| --- | --- | --- |
| default pending poll | 4.57 ns/iter | 约 218.82M polls/s |
| default set then ready | 26.92 ns/iter | 约 37.15M ops/s |
| default single-thread runtime 内部 set/await | 147,983.84 ns/iter，128 pairs/iter | 约 864,959 pairs/s |
| default multi-thread runtime 外部 set/await | 651,453.15 ns/iter，256 pairs/iter | 约 392,968 pairs/s |
| default multi-thread runtime 内部 set/await | 952,500.35 ns/iter，256 pairs/iter | 约 268,766 pairs/s |
| default single-thread wait + multi-thread set 跨 runtime | 1,150,093.09 ns/iter，64 pairs/iter | 约 55,648 pairs/s |
| serial pending poll | 4.56 ns/iter | 约 219.30M polls/s |
| serial set then ready | 25.20 ns/iter | 约 39.68M ops/s |
| serial single-thread runtime 内部 set/await | 125,086.93 ns/iter，128 pairs/iter | 约 1.023M pairs/s |

# worker wake/sleep 唤醒协议

多线程 runtime 的 worker 空闲休眠路径会在任务入队或任务 waker 被外部线程触发后即时唤醒 sleeping worker，不再依赖 `worker_sleep_timeout` 超时兜底。该修复保持公开 API 不变：

- 不修改 `AsyncRuntime` trait。
- 不修改 `spawn`、`spawn_local`、`timeout`、`yield_now` 的函数签名和返回语义。
- 每次入队或 wake 最多唤醒一个 worker，避免广播式唤醒风暴。
- worker 休眠注册和外部唤醒使用同一个 condvar predicate，避免 “任务已入队但 worker 继续睡到 timeout” 的 lost wake。
- waits 队列使用有限扫描和 stale entry 清理，不进行无界循环。
- direct worker thread 和 serial worker thread 同步使用二次检查协议。
- `AsyncRuntimeBuilder::default_multi_thread(..., Some(0), ...)` 保持原有 builder fallback 语义，不会构建 0 worker pool；`Some(n > 0)` 仍创建同尺寸 `StealableTaskPool`，避免 worker 数大于 pool slot。

建议验证命令：

```
cargo test --lib worker_waker -- --nocapture --test-threads=1
cargo test --test worker_wakeup -- --nocapture --test-threads=1
cargo test --features serial --lib worker_waker -- --nocapture --test-threads=1
cargo bench --bench worker_wakeup_pi_async -- --nocapture
```

本地专项基准样例（WSL2 Ubuntu 22.04，8 worker）：

- `AsyncValue` 外部 wake：p50 66.705us，p99 137.103us，max 169.398us。
- 外部 `spawn`：p50 65.402us，p99 153.818us，max 213.274us。
- 8 个外部 producer 并发 `spawn` 到 8 worker runtime，1,000,000 个空任务：约 7,139,442 tasks/sec。
- 百万并发空任务资源观测：最大 RSS 80,236 KiB，Swaps 0。

# 多线程任务池并发安全

多线程 runtime 的 `StealableTaskPool` 保持每个 worker 独立的 timer、local queue、stack 和
selector，同时安全共享 pool 级权重刷新时间。该修复不修改任何公开 API 或合法调用语义：

- pool 级刷新时间使用 `AtomicCell<QInstant>`，消除多个 worker 在
  `try_pop_by_weight` 中对 `UnsafeCell<QInstant>` 的无同步读写。
- worker 启动时在私有 TLS 绑定当前 pool 身份；访问 local stack、selector、worker queue 或
  thread waker 前验证当前 worker 确实属于该 pool。
- 合法的跨 runtime `spawn_local` 仍回退到目标 runtime 的 public queue，不会被 owner guard
  拒绝；从错误 runtime worker 直接调用另一 pool 的 owner-only pop/waker API 属于非法上下文，
  现在会在访问 owner-only 状态前 panic，而不是进入潜在 data race/UB。
- 不改变 task 优先级、internal/external steal 顺序、worker wake/sleep、timeout、每 worker
  timer 或 Future poll 流程；热路径没有新增 clone、堆分配、循环、系统调用、同步 mutex 或自旋。
- x86_64 上 `AtomicCell<QInstant>` 由专项测试固定为 lock-free。其它 target 保证线程安全，
  但 crossbeam 可能使用平台 fallback，因此不承诺与 x86_64 相同的性能。

建议验证命令：

```
cargo test --test stealable_task_pool_concurrency -- --nocapture --test-threads=1
cargo test --release --test stealable_task_pool_concurrency -- --nocapture --test-threads=1
cargo bench --bench worker_wakeup_pi_async bench_multi_thread_empty_task_throughput_8_workers -- --nocapture
cargo bench --bench worker_wakeup_pi_async bench_multi_thread_internal_empty_task_throughput_8_workers -- --nocapture
```

本地修复前后交错专项基准样例（WSL2 Ubuntu 22.04，8 worker、8 producer、1,000,000 个空任务，
5 轮中位数）：

| 场景 | 修复前吞吐 | 修复后吞吐 | p50 变化 | p90 变化 | p99 变化 | RSS 变化 |
| --- | ---: | ---: | ---: | ---: | ---: | ---: |
| 外部 OS 线程并发 spawn | 5.947M tasks/s | 5.970M tasks/s | -2.42% | -2.64% | -2.72% | +1.58% |
| runtime 内 8 个 producer 并发 spawn_local | 9.233M tasks/s | 9.811M tasks/s | -12.81% | +1.53% | -25.28% | -0.60% |

所有交错样本 `Swap=0`。这些数字用于当前机器的回归基线，不是跨硬件的吞吐或延迟承诺；
完整原始样本、TSan/ASan 和下游真实数据库复验记录保存在本地 `docs/` 验收归档中。

# 基准测试

## 云服务平台

- 16核(vCPU) 2.5 GHz主频、3.2 GHz睿频的Intel ® Xeon ® Platinum 8269CY（Cascade Lake）
- 内存:64G
- CentOS 7.3 64位


|项目|pi_async|async_std|tokio|备注|
|---|---|---|---|---|
|bench_async_mutex|3,266 ns/iter (+/- 136)|149,332 ns/iter (+/- 7,212)|6,374,238 ns/iter (+/- 861,432)||
|contention|338,786 ns/iter (+/- 68,222)|901,779 ns/iter (+/- 28,380)|2,157,495 ns/iter (+/- 38,100)||
|create|257 ns/iter (+/- 2)|61 ns/iter (+/- 0)|63 ns/iter (+/- 0)||
|no_contention|215,515 ns/iter (+/- 1,121)|225,034 ns/iter (+/- 740)|550,285 ns/iter (+/- 2,313)||
|await_empty_many|605,232 ns/iter (+/- 125,354)|394,823 ns/iter (+/- 19,107)|393,625 ns/iter (+/- 4,459)||
|chained_spawn|504,570 ns/iter (+/- 24,166)|1,090,176 ns/iter (+/- 27,817)|251,943 ns/iter (+/- 1,412)||
|ping_pong|1,176,361 ns/iter (+/- 197,786)|3,859,845 ns/iter (+/- 73,410)|1,193,711 ns/iter (+/- 20,376)||
|spawn_empty_many|4,187,949 ns/iter (+/- 587,053)|18,887,015 ns/iter (+/- 347,589)|9,941,412 ns/iter (+/- 659,722)||
|spawn_many|3,436,761 ns/iter (+/- 279,137)|19,001,495 ns/iter (+/- 380,355)|7,615,952 ns/iter (+/- 210,639)||
|spawn_one_to_one|6,205,756 ns/iter (+/- 826,745)|36,189,628 ns/iter (+/- 357,690)|16,620,075 ns/iter (+/- 589,085)||
|yield_many|23,757,528 ns/iter (+/- 4,110,213)|52,304,694 ns/iter (+/- 519,928)|17,746,497 ns/iter (+/- 550,878)||
|block_on|83 ns/iter (+/- 0)|2,593 ns/iter (+/- 48)|178 ns/iter (+/- 1)||
|local_run|666,627 ns/iter (+/- 5,476)||||
|local_send_many|5,885,537 ns/iter (+/- 98,251)||||
|local_spawn_many|1,260,102 ns/iter (+/- 5,423)|20,201,034 ns/iter (+/- 692,642)|1,553,246 ns/iter (+/- 49,815)||

# 贡献指南


# License


This project is licensed under the [MIT license].

[MIT license]: LICENSE

## Contribution


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