FunctionalScaffold/docs/concurrency-control-changelog.md

# 异步任务并发控制实现总结

## 变更概述

为异步任务管理器添加了并发控制功能，使用 `asyncio.Semaphore` 限制同时运行的任务数量，防止系统资源耗尽。

## 修改的文件

### 1. `src/functional_scaffold/config.py`

**新增配置项：**
```python
max_concurrent_jobs: int = 10  # 最大并发任务数
```

### 2. `src/functional_scaffold/core/job_manager.py`

**新增属性：**
- `_semaphore: Optional[asyncio.Semaphore]` - 并发控制信号量
- `_max_concurrent_jobs: int` - 最大并发数（存储配置值）

**修改方法：**
- `__init__()` - 初始化 semaphore 和 max_concurrent_jobs 属性
- `initialize()` - 创建 Semaphore 实例
- `execute_job()` - 使用 `async with self._semaphore` 包裹执行逻辑

**新增方法：**
- `get_concurrency_status()` - 返回并发状态（最大并发数、可用槽位、运行中任务数）

### 3. `src/functional_scaffold/api/models.py`

**新增模型：**
```python
class ConcurrencyStatusResponse(BaseModel):
    """并发状态响应"""
    max_concurrent: int
    available_slots: int
    running_jobs: int
```

### 4. `src/functional_scaffold/api/routes.py`

**新增端点：**
```python
GET /jobs/concurrency/status
```

返回当前并发执行状态。

### 5. `tests/test_job_manager.py`

**新增测试类：**
```python
class TestConcurrencyControl:
    - test_get_concurrency_status()
    - test_get_concurrency_status_without_semaphore()
    - test_concurrency_limit()
    - test_concurrency_status_api()
```

**修改测试：**
- `test_execute_job()` - 添加 semaphore 初始化

## 工作原理

### 并发控制流程

```
创建任务 (POST /jobs)
       │
       ▼
asyncio.create_task(execute_job)
       │
       ▼
检查 Redis 和 semaphore 可用性
       │
       ▼
async with self._semaphore:  ← 获取槽位（阻塞直到有可用槽位）
    │
    ├─ 更新状态为 running
    ├─ 执行算法
    ├─ 更新状态为 completed/failed
    └─ 发送 webhook
       │
       ▼
自动释放槽位
```

### 关键设计决策

1. **使用 asyncio.Semaphore**
   - 简单、高效、无需外部依赖
   - 自动管理槽位获取和释放
   - 支持异步等待

2. **在 execute_job 内部使用 semaphore**
   - 快速失败的检查（Redis 可用性、任务存在性）在 semaphore 外部
   - 只有真正要执行的任务才占用槽位
   - 任务完成后自动释放（即使发生异常）

3. **存储 _max_concurrent_jobs**
   - Semaphore 不暴露最大值属性
   - 需要单独存储以便 `get_concurrency_status()` 使用

## 测试覆盖

- ✅ 获取并发状态
- ✅ 未初始化时的并发状态
- ✅ 并发限制生效（创建超过限制的任务，验证只有限定数量在运行）
- ✅ API 端点测试
- ✅ 所有现有测试继续通过（60/60）

## 使用示例

### 配置并发限制

```bash
# 环境变量
export MAX_CONCURRENT_JOBS=20

# 或在 .env 文件
MAX_CONCURRENT_JOBS=20
```

### 查询并发状态

```bash
curl http://localhost:8000/jobs/concurrency/status
```

响应：
```json
{
  "max_concurrent": 10,
  "available_slots": 7,
  "running_jobs": 3
}
```

### 测试并发控制

```bash
# 运行测试脚本
./scripts/test_concurrency.sh
```

## 性能影响

### 优点

1. **防止资源耗尽**：限制同时运行的任务数
2. **可预测的负载**：系统负载不会超过配置的限制
3. **自动排队**：超过限制的任务自动等待
4. **零开销**：未达到限制时，semaphore 几乎无性能开销

### 注意事项

1. **任务等待**：超过限制的任务会等待，可能导致响应延迟
2. **内存占用**：等待中的任务仍占用内存（协程对象）
3. **配置调优**：需要根据实际负载调整并发数

## 监控建议

### Prometheus 查询

```promql
# 任务创建速率
rate(jobs_created_total[5m])

# 任务完成速率
rate(jobs_completed_total[5m])

# 任务积压（创建 - 完成）
rate(jobs_created_total[5m]) - rate(jobs_completed_total[5m])
```

### Grafana 面板

建议添加以下面板：
1. 并发状态时间序列（max_concurrent, available_slots, running_jobs）
2. 任务创建/完成速率
3. 任务执行时间分布（P50, P95, P99）

## 未来改进

1. **任务超时机制**：为长时间运行的任务设置超时
2. **优先级队列**：支持高优先级任务优先执行
3. **动态调整**：根据系统负载动态调整并发数
4. **任务取消**：支持取消等待中或运行中的任务
5. **资源限制**：更细粒度的 CPU、内存限制

## 相关文档

- [并发控制详细文档](./concurrency-control.md)
- [异步任务接口实现计划](../plans/giggly-hatching-kite.md)
- [监控指南](./monitoring.md)

## 测试结果

```
======================== 60 passed, 7 warnings in 1.53s ========================
```

所有测试通过，包括 4 个新增的并发控制测试。