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Function Flow Runtime开发指导

介绍

FFRT编程模型是一种基于任务和数据驱动的并发编程模型,允许开发者通过任务及其依赖关系描述的方式进行应用开发。

通过FFRT编程模型,开发者可专注于应用功能开发,由FFRT在运行时根据任务依赖状态和可用执行资源自动并发调度和执行任务。

本文用于指导开发者基于FFRT编程模型实现并行编程。

维测

[h2]超时监测

FFRT提供开发者队列级和任务级超时维测机制,用来监控用户业务中承载重要职责的队列和任务在FFRT调度的端到端时间。

任务超时时执行的回调函数进程范围内唯一,需要在任务提交之前由业务方配置到FFRT中,不支持在提交任务或任务超时检测过程中配置。

具体接口包括:

C++接口 C接口 描述
queue_attr::timeout ffrt_queue_attr_set_timeout 设置队列超时时间。
queue_attr::callback ffrt_queue_attr_set_callback 设置队列超时回调函数。

[h2]长耗时任务监测

机制

样例

在对应进程日志中搜索RecordSymbolAndBacktrace关键字,对应的日志示例如下:

W C01719/ffrt: 60500:RecordSymbolAndBacktrace:159 Tid[16579] function occupies worker for more than [1]s.
W C01719/ffrt: 60501:RecordSymbolAndBacktrace:164 Backtrace:
W C01719/ffrt: #00 pc 00000000000075f0 /system/lib64/module/file/libhash.z.so
W C01719/ffrt: #01 pc 0000000000008758 /system/lib64/module/file/libhash.z.so
W C01719/ffrt: #02 pc 0000000000012b98 /system/lib64/module/file/libhash.z.so
W C01719/ffrt: #03 pc 000000000002aaa0 /system/lib64/platformsdk/libfilemgmt_libn.z.so
W C01719/ffrt: #04 pc 0000000000054b2c /system/lib64/platformsdk/libace_napi.z.so
W C01719/ffrt: #05 pc 00000000000133a8 /system/lib64/platformsdk/libuv.so
W C01719/ffrt: #06 pc 00000000000461a0 /system/lib64/chipset-sdk/libffrt.so
W C01719/ffrt: #07 pc 0000000000046d44 /system/lib64/chipset-sdk/libffrt.so
W C01719/ffrt: #08 pc 0000000000046a6c /system/lib64/chipset-sdk/libffrt.so
W C01719/ffrt: #09 pc 00000000000467b0 /system/lib64/chipset-sdk/libffrt.so

该维测会打印出Worker上执行时间超过阈值的任务堆栈、Worker线程号、执行时间,请自行根据堆栈找对应组件确认阻塞原因。

注意事项

不涉及。

[h2]运行信息转储

机制

FFRT提供一个对外的接口ffrt_dump以便转储FFRT子系统运行时的内部信息,主要包含:

  1. FFRT统计信息:提交任务数,运行任务数,协程切换次数,任务完成数;
  2. Worker线程信息:每个QoS下的Worker数量,Worker id,当前运行的任务id,任务名以及任务类型;
  3. 普通任务信息:当前进程中还未释放的普通任务,dump每个任务的任务名,id及调用栈信息;
  4. 队列任务信息:当前进程中还未释放的队列任务,dump每个任务的任务名,id及调用栈信息。

在当前进程发生freeze时,OH的DFX模块会主动调用ffrt_dump接口转储FFRT的信息,落盘到freeze文件中,存储到/data/log/faultlog/faultlogger/目录下,用户可以直接利用该文件中的任务调用栈信息定位对应任务的卡顿问题。

样例

ready task ptr: qos 0 readptr 79 writeptr 79
ready task ptr: qos 1 readptr 360 writeptr 360
ready task ptr: qos 2 readptr 19 writeptr 19
ready task ptr: qos 3 readptr 0 writeptr 0
ready task ptr: qos 4 readptr 0 writeptr 0
ready task ptr: qos 5 readptr 65 writeptr 65
ready task ptr: qos 6 readptr 0 writeptr 0
ready task ptr: qos 7 readptr 0 writeptr 0
submit queue: readptr 24 writeptr 24
intr wake: status 255
proc status: taskCnt 23 vercnt 0sigCnt0
    |-> worker count
        qos 0: worker num:1 tid:31676
        qos 2: worker num:3 tid:51349, 28769, 28565
        qos 5: worker num:1 tid:30605
    |-> worker status
        qos 0: worker tid 31676 is running nothing
        qos 2: worker tid 51349 is running nothing
        qos 2: worker tid 28769 is running, task id 24591 name sq_CesSrvMain_12_PublishCommonEventDetailed_24591 fromTid 43928 createTime 2024-11-27 02:52:27.325248 executeTime 2024-11-27 02:52:27.326150
        qos 2: worker tid 28565 is running, task id 24611 name sq_dfx_freeze_task_queue_16_NotifyAppFaultTask_24611 fromTid 43833 createTime 2024-11-27 02:52:38.114787 executeTime 2024-11-27 02:52:38.115424
        qos 5: worker tid 30605 is running, task id 24595 name sq_AbilityManagerService_19_SubmitTaskInner_24595 fromTid 43610 createTime 2024-11-27 02:52:27.844237 executeTime 2024-11-27 02:52:27.844573
    |-> ready queue status
    |-> blocked by task dependence
        <1/1>stack: task id 3,qos 2,name AgingTask fromTid 43417 createTime 2024-11-27 01:21:39.641673 executeTime 2024-11-27 01:21:39.642290
#00 pc 0000000000065c5c /system/lib64/ndk/libffrt.so(CoYield()+560)(22be57f01a789a03813d26a19c3a4042)
#01 pc 00000000000a3268 /system/lib64/ndk/libffrt.so(ffrt::this_task::SleepUntilImpl(std::__h::chrono::time_point<std::__h::chrono::steady_clock, std::__h::chrono::duration<long long, std::__h::ratio<1l, 1000000000l>>> const&)+356)(22be57f01a789a03813d26a19c3a4042)
#02 pc 00000000000a39b4 /system/lib64/ndk/libffrt.so(ffrt_usleep+60)(22be57f01a789a03813d26a19c3a4042)
#03 pc 0000000000420de0 /system/lib64/libbms.z.so(2eb52bd03af1b9a31e14ffe60bfc39da)
#04 pc 00000000000a6a2c /system/lib64/ndk/libffrt.so(ffrt::CPUEUTask::Execute()+300)(22be57f01a789a03813d26a19c3a4042)
#05 pc 0000000000066d18 /system/lib64/ndk/libffrt.so(22be57f01a789a03813d26a19c3a4042)

注意事项

由于OH DFX模块在freeze时有处理时间的要求,存在较小概率会导致ffrt_dump中收集的信息不全,freeze处理时间耗尽,此时落盘的信息会有缺失。

[h2]黑匣子日志

机制

进程Crash发生时,FFRT模块收到信号(SIGABRT、SIGBUS、SIGFPE、SIGILL、SIGSTKFLT、SIGSTOP、SIGSYS和SIGTRAP),将FFRT当前重要的运行时信息保存至faultlog中,包括:正在运行的task;当前Worker的运行信息和调用栈信息;当前普通任务信息;当前队列任务信息等。用户可利用这些信息中的内容辅助定位Crash问题。

样例

C01719/CameraDaemon/ffrt: 9986:operator():254 <<<=== ffrt black box(BBOX) start ===>>>
C01719/CameraDaemon/ffrt: 9987:SaveCurrent:63 <<<=== current status ===>>>
C01719/CameraDaemon/ffrt: 9988:SaveCurrent:68 signal SIGABRT triggered: source tid 5962, task id 17, qos 2, name SvrWatchdog
C01719/CameraDaemon/ffrt: 9989:SaveWorkerStatus:94 <<<=== worker status ===>>>
C01719/CameraDaemon/ffrt: 9990:SaveWorkerStatus:100 qos 0: worker tid 6410 is running nothing
C01719/CameraDaemon/ffrt: 9991:SaveWorkerStatus:100 qos 2: worker tid 5968 is running nothing
C01719/CameraDaemon/ffrt: 9992:SaveWorkerStatus:100 qos 2: worker tid 5964 is running nothing
C01719/CameraDaemon/ffrt: 9993:SaveWorkerStatus:100 qos 2: worker tid 5963 is running nothing
C01719/CameraDaemon/ffrt: 9994:SaveWorkerStatus:105 qos 2: worker tid 5962 is running task id 17 name SvrWatchdog
C01719/CameraDaemon/ffrt: 9995:SaveWorkerStatus:100 qos 2: worker tid 5967 is running nothing
C01719/CameraDaemon/ffrt: 9996:SaveWorkerStatus:100 qos 2: worker tid 5965 is running nothing
C01719/CameraDaemon/ffrt: 9997:SaveWorkerStatus:100 qos 2: worker tid 5961 is running nothing
C01719/CameraDaemon/ffrt: 9998:SaveWorkerStatus:100 qos 2: worker tid 1146 is running nothing
C01719/CameraDaemon/ffrt: 9999:SaveWorkerStatus:100 qos 2: worker tid 1145 is running nothing
C01719/CameraDaemon/ffrt: 10000:SaveWorkerStatus:100 qos 2: worker tid 5966 is running nothing

注意事项

不涉及。

[h2]Trace打点

机制

FFRT任务的调度和执行过程中,利用了OH系统的Trace打点能力,对任务在FFRT框架中的状态流转做了实时跟踪,用户可以借助Trace图形化工具来分析任务的行为是否符合预期。

样例

  1. 启动Trace抓取

    hdc shell "hitrace -t 10 -b 20480 -o /data/local/tmp/in_systrace.ftrace sched freq idle ffrt"
    # -t:指定trace采集时长,在采集过程中所有的trace记录会落盘保存
    # -b:指定trace记录缓存大小,buffer不足的情况下可能导致部分记录被覆盖没有落盘
    # -o:指定trace落盘存储路径
  2. 图形化工具呈现

    将Trace落盘的文件从设备中取出来,借助图形化工具进行分析,例如:Perfetto。

注意事项

用户也可以在自己业务代码中加入Trace打点,以界定问题的范围。需注意在高频调用流程中,加入Trace打点会有系统开销,会对业务性能造成影响。

[h2]Debug日志

机制

样例

4190  5631 D C01719/neboard:EngineServiceAbility:1/ffrt: 275337:Detach:147 qos 3 thread not joinable
3257  6075 D C01719/com.ohos.sceneboard/ffrt: 513070:SetDefaultThreadAttr:148 qos apply tid[6075] level[3]

注意事项

由于FFRT是系统底座,支撑大量上层业务及框架的运行,全局打开Debug日志会导致日志超限,影响其他模块日志的正常输出。

开发步骤

以下步骤描述了如何使用FFRT提供的Native API接口,创建并行任务和串行队列任务以及销毁相应资源。

  1. 在项目CMakeLists.txt中添加动态链接库:

    libffrt.z.so
  2. 在项目中包含对应的头文件:

    #include "ffrt/task.h"
    #include "ffrt/mutex.h"
    #include "ffrt/shared_mutex.h"
    #include "ffrt/condition_variable.h"
    #include "ffrt/sleep.h"
    #include "ffrt/queue.h"
    #include "ffrt/loop.h"
    #include "ffrt/timer.h"
  3. 对执行的函数进行封装:

    // 第一种使用模板,支持C++
    template<class T>
    struct function {
        ffrt_function_header_t header;
        T closure;
    };
    
    template<class T>
    void exec_function_wrapper(void* t)
    {
        auto f = reinterpret_cast<function<std::decay_t<T>>*>(t);
        f->closure();
    }
    
    template<class T>
    void destroy_function_wrapper(void* t)
    {
        auto f = reinterpret_cast<function<std::decay_t<T>>*>(t);
        f->closure = nullptr;
    }
    
    template<class T>
    inline ffrt_function_header_t* create_function_wrapper(T&& func,
        ffrt_function_kind_t kind = ffrt_function_kind_general)
    {
        using function_type = function<std::decay_t<T>>;
        static_assert(sizeof(function_type) <= ffrt_auto_managed_function_storage_size,
            "size of function must be less than ffrt_auto_managed_function_storage_size");
    
        auto p = ffrt_alloc_auto_managed_function_storage_base(kind);
        auto f = new (p)function_type;
        f->header.exec = exec_function_wrapper<T>;
        f->header.destroy = destroy_function_wrapper<T>;
        f->closure = std::forward<T>(func);
        return reinterpret_cast<ffrt_function_header_t*>(f);
    }
    
    // 第二种创建方式
    typedef struct {
        ffrt_function_header_t header;
        ffrt_function_t func;
        ffrt_function_t after_func;
        void* arg;
    } ffrt_function_wrapper_t;
    
    static inline void ffrt_exec_function_wrapper(void* t)
    {
       ffrt_function_wrapper_t* f = (ffrt_function_wrapper_t *)t;
       if (f->func) {
           f->func(f->arg);
       }
    }
    
    static inline void ffrt_destroy_function_wrapper(void* t)
    {
        ffrt_function_wrapper_t* f = (ffrt_function_wrapper_t *)t;
        if (f->after_func) {
            f->after_func(f->arg);
        }
    }
    
    #define FFRT_STATIC_ASSERT(cond, msg) int x(int static_assertion_##msg[(cond) ? 1 : -1])
    static inline ffrt_function_header_t *ffrt_create_function_wrapper(ffrt_function_t func,
        ffrt_function_t after_func, void* arg, ffrt_function_kind_t kind)
    {
        FFRT_STATIC_ASSERT(sizeof(ffrt_function_wrapper_t) <= ffrt_auto_managed_function_storage_size,
            size_of_function_must_be_less_than_ffrt_auto_managed_function_storage_size);
    
        ffrt_function_wrapper_t* f = (ffrt_function_wrapper_t *)ffrt_alloc_auto_managed_function_storage_base(kind);
        f->header.exec = ffrt_exec_function_wrapper;
        f->header.destroy = ffrt_destroy_function_wrapper;
        f->func = func;
        f->after_func = after_func;
        f->arg = arg;
        return (ffrt_function_header_t *)f;
    }
    
    // 样例:待提交执行的函数
    void OnePlusForTest(void* arg)
    {
        (*static_cast<int*>(arg)) += 1;
    }
  4. 设置任务属性值,包括QoS等级、任务名称等。

    // ******初始化并行任务属性******
    ffrt_task_attr_t attr;
    ffrt_task_attr_init(&attr);
    
    // ******创建串行队列******
    
    // 创建串行队列的属性
    ffrt_queue_attr_t queue_attr;
    // 创建串行队列的handle
    ffrt_queue_t queue_handle;
    
    // 初始化队列属性
    (void)ffrt_queue_attr_init(&queue_attr);
    
    // 如有需要,设置指定QoS等级
    ffrt_queue_attr_set_qos(&queue_attr, static_cast<ffrt_qos_t>(ffrt_qos_inherit));
    // 如有需要,设置超时时间(ms)
    ffrt_queue_attr_set_timeout(&queue_attr, 10000);
    // 如有需要,设置超时回调
    int x = 0;
    ffrt_queue_attr_set_callback(&queue_attr, ffrt_create_function_wrapper(OnePlusForTest, NULL, &x,
        ffrt_function_kind_queue));
    
    // 基于属性,初始化队列
    queue_handle = ffrt_queue_create(ffrt_queue_serial, "test_queue", &queue_attr);
  5. 提交任务。

    int a = 0;
    // ******并行任务******
    // 提交不带handle返回值的并行任务
    ffrt_submit_base(
        ffrt_create_function_wrapper(OnePlusForTest, NULL, &a, ffrt_function_kind_general), NULL, NULL, &attr);
    // 提交带handle返回值的并行任务
    ffrt_task_handle_t task = ffrt_submit_h_base(
        ffrt_create_function_wrapper(OnePlusForTest, NULL, &a, ffrt_function_kind_general), NULL, NULL, &attr);
    
    // ******串行任务******
    // 提交不返回handle的串行队列任务
    ffrt_queue_submit(queue_handle,
        ffrt_create_function_wrapper(OnePlusForTest, NULL, &a, ffrt_function_kind_queue), NULL);
    // 提交带handle的串行队列任务
    ffrt_task_handle_t handle = ffrt_queue_submit_h(queue_handle,
        ffrt_create_function_wrapper(OnePlusForTest, NULL, &a, ffrt_function_kind_queue), NULL);
    
    // 如果需要等待执行结果,则调用wait
    const std::vector<ffrt_dependence_t> wait_deps = {{ffrt_dependence_task, task}};
    ffrt_deps_t wait{static_cast<uint32_t>(wait_deps.size()), wait_deps.data()};
    ffrt_wait_deps(&wait);
    
    ffrt_queue_wait(handle);
  6. 在任务不需要任何销毁动作时可以通过简化接口提交任务(可选)。

    int a = 0;
    // 在步骤3场景中的after_func函数指针为NULL时,可以使用简化接口提交任务,避免冗余的任务结构封装。
    // ******并行任务******
    // 通过简化接口提交不带handle返回值的并行任务
    ffrt_submit_f(OnePlusForTest, &a, NULL, NULL, &attr);
    // 通过简化接口提交带handle返回值的并行任务
    ffrt_task_handle_t task = ffrt_submit_h_f(OnePlusForTest, &a, NULL, NULL, &attr);
    
    // ******串行任务******
    // 通过简化接口提交不返回handle的串行队列任务
    ffrt_queue_submit_f(queue_handle, OnePlusForTest, &a, NULL);
    // 通过简化接口提交带handle的串行队列任务
    ffrt_task_handle_t handle = ffrt_queue_submit_h_f(queue_handle, OnePlusForTest, &a, NULL);
    
    // 如果需要等待执行结果,则调用wait
    const std::vector<ffrt_dependence_t> wait_deps = {{ffrt_dependence_task, task}};
    ffrt_deps_t wait{static_cast<uint32_t>(wait_deps.size()), wait_deps.data()};
    ffrt_wait_deps(&wait);
    
    ffrt_queue_wait(handle);
  7. 任务提交完成后销毁相应资源。

    // ******销毁并行任务******
    ffrt_task_attr_destroy(&attr);
    ffrt_task_handle_destroy(task);
    
    // ******销毁串行队列任务******
    // 先销毁任务handle,再销毁队列
    ffrt_queue_attr_destroy(&queue_attr);
    ffrt_task_handle_destroy(handle);
    ffrt_queue_destroy(queue_handle);

使用建议

[h2]建议1:函数化

做到纯函数的好处在于:1. 能够最大化挖掘并行度,2.避免DataRace和锁的问题。

在实际中,可以根据场景放松纯函数的约束,但前提是:

[h2]建议2:使用FFRT提供的替代API

[h2]建议3:Deadline机制

[h2]建议4:从线程模型迁移

[h2]建议5:推荐使用C++接口

约束限制

[h2]线程局部变量使用约束

FFRT Task中使用线程局部变量存在风险,说明如下:

[h2]线程绑定使用约束

[h2]标准库同步原语使用约束

FFRT任务中使用标准库的递归互斥锁可能发生死锁,需要更换为FFRT提供的递归互斥锁,说明如下:

[h2]FFRT同步原语使用约束

[h2]对进程fork()场景的支持说明

[h2]以动态库方式部署FFRT

[h2]输入输出依赖数量的限制

[h2]进程或者线程退出时的限制

常见反模式

[h2]C API中初始化FFRT对象后,对象的置空与销毁由用户负责

[h2]变量生命周期错误

在DevEco Studio中使用FFRT

[h2]使用FFRT C API

NDK(Native Development Kit)是系统提供的Native API的集合,方便开发者使用C或C++语言实现应用的关键功能。

FFRT C API已集成在NDK中,在DevEco Studio中可以直接使用对应的接口。

#include "ffrt/task.h"
#include "ffrt/mutex.h"
#include "ffrt/shared_mutex.h"
#include "ffrt/condition_variable.h"
#include "ffrt/sleep.h"
#include "ffrt/queue.h"
#include "ffrt/loop.h"
#include "ffrt/timer.h"
#include "ffrt/type_def.h"

[h2]使用FFRT C++ API

FFRT的部署依赖FFRT动态库libffrt.so和一组头文件,其中动态库仅导出C接口,C++接口调用C接口,并基于头文件的方式将API中的C++元素编译到用户的动态库中,从而保证了ABI兼容性。

如果要使用FFRT C++ API,需要使用FFRT C++接口三方库@ppd/ffrt,该三方库是由FFRT官方维护的FFRT C++ API库。

在模块目录下执行三方库安装命令:

ohpm install @ppd/ffrt

也可以直接在oh-package.json5文件中配置对应的依赖,由DevEco Studio自动进行三方库下载安装。

在模块CMakeLists.txt文件中添加头文件搜索路径和链接依赖:

# ${MODULES_PATH}表示三方库安装位置,需要开发者自己定义或者直接替换成绝对路径或者相对路径。
include_directories(${MODULES_PATH}/@ppd/ffrt/include)
target_link_libraries(${TARGET_NAME} PUBLIC libffrt.z.so)

至此就可以在代码中使用FFRT C++接口:

// include all C or C++ header files
#include "ffrt/ffrt.h"

// include specified header files
#include "ffrt/cpp/task.h"
#include "ffrt/cpp/mutex.h"
#include "ffrt/cpp/shared_mutex.h"
#include "ffrt/cpp/condition_variable.h"
#include "ffrt/cpp/sleep.h"
#include "ffrt/cpp/queue.h"