面试题：网络编程下协程在游戏后端高并发异步任务管理

Question

在一款多人在线游戏后端开发中，同时会有大量玩家请求获取角色信息。请设计一个基于协程的方案来高效管理这些异步任务，确保每个请求都能快速响应，并且要考虑资源的合理利用和负载均衡，阐述具体的设计思路和关键代码片段。

Answer 1

设计思路

1. 协程池：创建一个协程池来管理并发请求，避免无限制创建协程导致资源耗尽。
2. 任务队列：将玩家获取角色信息的请求放入任务队列，协程从任务队列中取出任务执行。
3. 负载均衡：可以采用轮询、随机等方式从任务队列分配任务给协程，确保每个协程的负载相对均衡。
4. 缓存机制：为了加快响应速度，引入缓存来存储经常访问的角色信息，协程先从缓存中获取数据，若不存在再从数据库加载。

关键代码片段（Python 示例）

import asyncio
import queue


# 模拟获取角色信息的函数
async def get_character_info(character_id):
    await asyncio.sleep(1)  # 模拟数据库查询延迟
    return f"Character {character_id} info"


# 协程工作函数
async def worker(task_queue, cache):
    while True:
        try:
            character_id = task_queue.get_nowait()
            if character_id in cache:
                result = cache[character_id]
            else:
                result = await get_character_info(character_id)
                cache[character_id] = result
            print(f"Processed character {character_id}: {result}")
        except queue.Empty:
            break


# 主函数
async def main():
    task_queue = queue.Queue()
    cache = {}
    num_workers = 10  # 协程数量
    character_ids = [1, 2, 3, 4, 5]  # 模拟请求的角色 ID 列表
    for id in character_ids:
        task_queue.put(id)
    workers = [worker(task_queue, cache) for _ in range(num_workers)]
    await asyncio.gather(*workers)


if __name__ == "__main__":
    asyncio.run(main())

在这段代码中：

1. get_character_info 模拟从数据库获取角色信息的异步操作。
2. worker 是协程工作函数，从任务队列中获取任务，先检查缓存，若没有则获取并更新缓存。
3. main 函数初始化任务队列、缓存和协程池，并将任务放入队列，最后等待所有协程完成。