面试题：JavaScript Node编程中复杂并发场景下的调度与优化

Question

在一个Node.js构建的微服务系统中，存在多个相互依赖的异步任务，且每个任务有不同的优先级和资源需求。请设计一个并发调度算法，实现任务按优先级执行，并在资源有限的情况下，尽可能高效地利用资源，同时保证系统的稳定性和响应性。请详细描述算法思路、关键代码结构以及如何进行性能测试和优化。

Answer 1

算法思路

1. 任务定义：为每个任务定义优先级（例如高、中、低）和资源需求（如CPU、内存等资源的占用情况）。
2. 任务队列：维护多个任务队列，分别对应不同优先级，高优先级队列在前。
3. 资源管理：记录系统当前可用资源，根据任务资源需求判断是否可以执行。
4. 调度策略：优先从高优先级队列中取出任务，检查资源是否满足，如果满足则执行任务，任务执行完毕后释放所占用资源。当高优先级队列无可用任务（资源不足）时，尝试从较低优先级队列中获取任务。

关键代码结构

1. 任务类

class Task {
    constructor(id, priority, resourceRequirement) {
        this.id = id;
        this.priority = priority;
        this.resourceRequirement = resourceRequirement;
    }
    execute() {
        // 模拟任务执行
        return new Promise((resolve) => {
            setTimeout(() => {
                console.log(`Task ${this.id} executed`);
                resolve();
            }, 1000);
        });
    }
}

2. 任务队列管理

class TaskQueue {
    constructor() {
        this.queues = {
            high: [],
            medium: [],
            low: []
        };
    }
    addTask(task) {
        this.queues[task.priority].push(task);
    }
    getNextTask() {
        const priorities = ['high','medium', 'low'];
        for (const priority of priorities) {
            if (this.queues[priority].length > 0) {
                return this.queues[priority].shift();
            }
        }
        return null;
    }
}

3. 资源管理与调度

class Scheduler {
    constructor(totalResources) {
        this.totalResources = totalResources;
        this.availableResources = totalResources;
        this.taskQueue = new TaskQueue();
    }
    addTask(task) {
        this.taskQueue.addTask(task);
        this.scheduleNextTask();
    }
    scheduleNextTask() {
        const task = this.taskQueue.getNextTask();
        if (task && this.availableResources >= task.resourceRequirement) {
            this.availableResources -= task.resourceRequirement;
            task.execute().then(() => {
                this.availableResources += task.resourceRequirement;
                this.scheduleNextTask();
            });
        }
    }
}

性能测试和优化

1. 性能测试
   • 指标：记录任务平均执行时间、系统资源利用率（如CPU、内存使用率）、任务等待时间等。
   • 工具：使用Node.js的内置模块console.time()和console.timeEnd()来测量任务执行时间。对于资源利用率，可以使用os模块获取系统资源信息，也可以结合node - prof等性能分析工具。
   • 场景模拟：生成大量不同优先级和资源需求的任务，模拟高负载场景，观察系统各项指标变化。
2. 优化
   • 资源预分配：对于高优先级任务，可以预先保留一定资源，确保其能及时执行。
   • 动态调整：根据任务执行情况和系统资源变化，动态调整资源分配策略和任务优先级。
   • 任务合并：对于一些资源需求较小且优先级相同的任务，可以考虑合并执行，减少调度开销。
   • 缓存：对于一些重复执行且资源需求大的任务，可以考虑缓存结果，避免重复执行。