feat: add less busy worker choice strategy
[poolifier.git] / src / pools / abstract-pool.ts
index 10fe128170b5363b0b04d58b82e451369a0f9d3d..947db17c8480ea97de0591c280042081c0ba4935 100644 (file)
@@ -1,60 +1,59 @@
+import crypto from 'node:crypto'
 import type {
   MessageValue,
   PromiseWorkerResponseWrapper
 } from '../utility-types'
 import { EMPTY_FUNCTION } from '../utils'
-import { isKillBehavior, KillBehaviors } from '../worker/worker-options'
-import type { AbstractPoolWorker } from './abstract-pool-worker'
+import { KillBehaviors, isKillBehavior } from '../worker/worker-options'
 import type { PoolOptions } from './pool'
-import type { IPoolInternal } from './pool-internal'
-import { PoolEmitter, PoolType } from './pool-internal'
+import { PoolEmitter } from './pool'
+import type { IPoolInternal, TasksUsage, WorkerType } from './pool-internal'
+import { PoolType } from './pool-internal'
+import type { IPoolWorker } from './pool-worker'
 import {
   WorkerChoiceStrategies,
-  WorkerChoiceStrategy
+  type WorkerChoiceStrategy
 } from './selection-strategies/selection-strategies-types'
 import { WorkerChoiceStrategyContext } from './selection-strategies/worker-choice-strategy-context'
 
 /**
- * Base class containing some shared logic for all poolifier pools.
+ * Base class that implements some shared logic for all poolifier pools.
  *
- * @template Worker Type of worker which manages this pool.
- * @template Data Type of data sent to the worker. This can only be serializable data.
- * @template Response Type of response of execution. This can only be serializable data.
+ * @typeParam Worker - Type of worker which manages this pool.
+ * @typeParam Data - Type of data sent to the worker. This can only be serializable data.
+ * @typeParam Response - Type of response of execution. This can only be serializable data.
  */
 export abstract class AbstractPool<
-  Worker extends AbstractPoolWorker,
+  Worker extends IPoolWorker,
   Data = unknown,
   Response = unknown
 > implements IPoolInternal<Worker, Data, Response> {
-  /** @inheritDoc */
-  public readonly workers: Worker[] = []
+  /** {@inheritDoc} */
+  public readonly workers: Map<number, WorkerType<Worker>> = new Map<
+  number,
+  WorkerType<Worker>
+  >()
 
-  /** @inheritDoc */
-  public readonly tasks: Map<Worker, number> = new Map<Worker, number>()
-
-  /** @inheritDoc */
+  /** {@inheritDoc} */
   public readonly emitter?: PoolEmitter
 
-  /** @inheritDoc */
-  public readonly max?: number
+  /**
+   * Id of the next worker.
+   */
+  protected nextWorkerId: number = 0
 
   /**
    * The promise map.
    *
-   * - `key`: This is the message Id of each submitted task.
+   * - `key`: This is the message id of each submitted task.
    * - `value`: An object that contains the worker, the resolve function and the reject function.
    *
    * When we receive a message from the worker we get a map entry and resolve/reject the promise based on the message.
    */
   protected promiseMap: Map<
-    number,
-    PromiseWorkerResponseWrapper<Worker, Response>
-  > = new Map<number, PromiseWorkerResponseWrapper<Worker, Response>>()
-
-  /**
-   * Id of the next message.
-   */
-  protected nextMessageId: number = 0
+  string,
+  PromiseWorkerResponseWrapper<Worker, Response>
+  > = new Map<string, PromiseWorkerResponseWrapper<Worker, Response>>()
 
   /**
    * Worker choice strategy instance implementing the worker choice algorithm.
@@ -62,17 +61,17 @@ export abstract class AbstractPool<
    * Default to a strategy implementing a round robin algorithm.
    */
   protected workerChoiceStrategyContext: WorkerChoiceStrategyContext<
-    Worker,
-    Data,
-    Response
+  Worker,
+  Data,
+  Response
   >
 
   /**
    * Constructs a new poolifier pool.
    *
-   * @param numberOfWorkers Number of workers that this pool should manage.
-   * @param filePath Path to the worker-file.
-   * @param opts Options for the pool.
+   * @param numberOfWorkers Number of workers that this pool should manage.
+   * @param filePath Path to the worker-file.
+   * @param opts Options for the pool.
    */
   public constructor (
     public readonly numberOfWorkers: number,
@@ -91,7 +90,7 @@ export abstract class AbstractPool<
       this.createAndSetupWorker()
     }
 
-    if (this.opts.enableEvents) {
+    if (this.opts.enableEvents === true) {
       this.emitter = new PoolEmitter()
     }
     this.workerChoiceStrategyContext = new WorkerChoiceStrategyContext(
@@ -101,10 +100,10 @@ export abstract class AbstractPool<
         this.registerWorkerMessageListener(workerCreated, message => {
           if (
             isKillBehavior(KillBehaviors.HARD, message.kill) ||
-            this.getWorkerRunningTasks(workerCreated) === 0
+            this.getWorkerTasksUsage(workerCreated)?.running === 0
           ) {
             // Kill received from the worker, means that no new tasks are submitted to that worker for a while ( > maxInactiveTime)
-            this.destroyWorker(workerCreated) as void
+            void this.destroyWorker(workerCreated)
           }
         })
         return workerCreated
@@ -114,7 +113,10 @@ export abstract class AbstractPool<
   }
 
   private checkFilePath (filePath: string): void {
-    if (!filePath) {
+    if (
+      filePath == null ||
+      (typeof filePath === 'string' && filePath.trim().length === 0)
+    ) {
       throw new Error('Please specify a file with a worker implementation')
     }
   }
@@ -125,11 +127,11 @@ export abstract class AbstractPool<
         'Cannot instantiate a pool without specifying the number of workers'
       )
     } else if (!Number.isSafeInteger(numberOfWorkers)) {
-      throw new Error(
+      throw new TypeError(
         'Cannot instantiate a pool with a non integer number of workers'
       )
     } else if (numberOfWorkers < 0) {
-      throw new Error(
+      throw new RangeError(
         'Cannot instantiate a pool with a negative number of workers'
       )
     } else if (this.type === PoolType.FIXED && numberOfWorkers === 0) {
@@ -143,35 +145,43 @@ export abstract class AbstractPool<
     this.opts.enableEvents = opts.enableEvents ?? true
   }
 
-  /** @inheritDoc */
+  /** {@inheritDoc} */
   public abstract get type (): PoolType
 
-  /** @inheritDoc */
+  /** {@inheritDoc} */
   public get numberOfRunningTasks (): number {
     return this.promiseMap.size
   }
 
-  /** @inheritDoc */
-  public getWorkerRunningTasks (worker: Worker): number | undefined {
-    return this.tasks.get(worker)
-  }
-
-  /** @inheritDoc */
-  public getWorkerIndex (worker: Worker): number {
-    return this.workers.indexOf(worker)
+  /**
+   * Gets the given worker key.
+   *
+   * @param worker - The worker.
+   * @returns The worker key.
+   */
+  private getWorkerKey (worker: Worker): number | undefined {
+    return [...this.workers].find(([, value]) => value.worker === worker)?.[0]
   }
 
-  /** @inheritDoc */
+  /** {@inheritDoc} */
   public setWorkerChoiceStrategy (
     workerChoiceStrategy: WorkerChoiceStrategy
   ): void {
     this.opts.workerChoiceStrategy = workerChoiceStrategy
+    for (const [key, value] of this.workers) {
+      this.setWorker(key, value.worker, {
+        run: 0,
+        running: 0,
+        runTime: 0,
+        avgRunTime: 0
+      })
+    }
     this.workerChoiceStrategyContext.setWorkerChoiceStrategy(
       workerChoiceStrategy
     )
   }
 
-  /** @inheritDoc */
+  /** {@inheritDoc} */
   public abstract get busy (): boolean
 
   protected internalGetBusyStatus (): boolean {
@@ -181,38 +191,45 @@ export abstract class AbstractPool<
     )
   }
 
-  /** @inheritDoc */
+  /** {@inheritDoc} */
   public findFreeWorker (): Worker | false {
-    for (const worker of this.workers) {
-      if (this.getWorkerRunningTasks(worker) === 0) {
+    for (const value of this.workers.values()) {
+      if (value.tasksUsage.running === 0) {
         // A worker is free, return the matching worker
-        return worker
+        return value.worker
       }
     }
     return false
   }
 
-  /** @inheritDoc */
-  public execute (data: Data): Promise<Response> {
-    // Configure worker to handle message with the specified task
+  /** {@inheritDoc} */
+  public async execute (data: Data): Promise<Response> {
     const worker = this.chooseWorker()
-    const messageId = ++this.nextMessageId
+    const messageId = crypto.randomUUID()
     const res = this.internalExecute(worker, messageId)
     this.checkAndEmitBusy()
-    data = data ?? ({} as Data)
-    this.sendToWorker(worker, { data, id: messageId })
+    this.sendToWorker(worker, {
+      // eslint-disable-next-line @typescript-eslint/consistent-type-assertions
+      data: data ?? ({} as Data),
+      id: messageId
+    })
+    // eslint-disable-next-line @typescript-eslint/return-await
     return res
   }
 
-  /** @inheritDoc */
+  /** {@inheritDoc} */
   public async destroy (): Promise<void> {
-    await Promise.all(this.workers.map(worker => this.destroyWorker(worker)))
+    await Promise.all(
+      [...this.workers].map(async ([, value]) => {
+        await this.destroyWorker(value.worker)
+      })
+    )
   }
 
   /**
-   * Shut down given worker.
+   * Shutdowns given worker.
    *
-   * @param worker A worker within `workers`.
+   * @param worker A worker within `workers`.
    */
   protected abstract destroyWorker (worker: Worker): void | Promise<void>
 
@@ -230,51 +247,55 @@ export abstract class AbstractPool<
   protected abstract isMain (): boolean
 
   /**
-   * Increase the number of tasks that the given worker has applied.
-   *
-   * @param worker Worker whose tasks are increased.
-   */
-  protected increaseWorkersTask (worker: Worker): void {
-    this.stepWorkerNumberOfTasks(worker, 1)
-  }
-
-  /**
-   * Decrease the number of tasks that the given worker has applied.
+   * Hook executed before the worker task promise resolution.
+   * Can be overridden.
    *
-   * @param worker Worker whose tasks are decreased.
+   * @param worker - The worker.
    */
-  protected decreaseWorkersTasks (worker: Worker): void {
-    this.stepWorkerNumberOfTasks(worker, -1)
+  protected beforePromiseWorkerResponseHook (worker: Worker): void {
+    ++(this.getWorkerTasksUsage(worker) as TasksUsage).running
   }
 
   /**
-   * Step the number of tasks that the given worker has applied.
+   * Hook executed after the worker task promise resolution.
+   * Can be overridden.
    *
-   * @param worker Worker whose tasks are set.
-   * @param step Worker number of tasks step.
+   * @param message - The received message.
+   * @param promise - The Promise response.
    */
-  private stepWorkerNumberOfTasks (worker: Worker, step: number): void {
-    const numberOfTasksInProgress = this.tasks.get(worker)
-    if (numberOfTasksInProgress !== undefined) {
-      this.tasks.set(worker, numberOfTasksInProgress + step)
-    } else {
-      throw Error('Worker could not be found in tasks map')
+  protected afterPromiseWorkerResponseHook (
+    message: MessageValue<Response>,
+    promise: PromiseWorkerResponseWrapper<Worker, Response>
+  ): void {
+    const workerTasksUsage = this.getWorkerTasksUsage(
+      promise.worker
+    ) as TasksUsage
+    --workerTasksUsage.running
+    ++workerTasksUsage.run
+    if (
+      this.workerChoiceStrategyContext.getWorkerChoiceStrategy()
+        .requiredStatistics.runTime
+    ) {
+      workerTasksUsage.runTime += message.taskRunTime ?? 0
+      if (workerTasksUsage.run !== 0) {
+        workerTasksUsage.avgRunTime =
+          workerTasksUsage.runTime / workerTasksUsage.run
+      }
     }
   }
 
   /**
    * Removes the given worker from the pool.
    *
-   * @param worker Worker that will be removed.
+   * @param worker - The worker that will be removed.
    */
   protected removeWorker (worker: Worker): void {
-    // Clean worker from data structure
-    this.workers.splice(this.getWorkerIndex(worker), 1)
-    this.tasks.delete(worker)
+    this.workers.delete(this.getWorkerKey(worker) as number)
+    --this.nextWorkerId
   }
 
   /**
-   * Choose a worker for the next task.
+   * Chooses a worker for the next task.
    *
    * The default implementation uses a round robin algorithm to distribute the load.
    *
@@ -285,10 +306,10 @@ export abstract class AbstractPool<
   }
 
   /**
-   * Send a message to the given worker.
+   * Sends a message to the given worker.
    *
-   * @param worker The worker which should receive the message.
-   * @param message The message.
+   * @param worker The worker which should receive the message.
+   * @param message The message.
    */
   protected abstract sendToWorker (
     worker: Worker,
@@ -296,24 +317,14 @@ export abstract class AbstractPool<
   ): void
 
   /**
-   * Register a listener callback on a given worker.
+   * Registers a listener callback on a given worker.
    *
-   * @param worker A worker.
-   * @param listener A message listener callback.
+   * @param worker - The worker which should register a listener.
+   * @param listener - The message listener callback.
    */
   protected abstract registerWorkerMessageListener<
     Message extends Data | Response
-  > (worker: Worker, listener: (message: MessageValue<Message>) => void): void
-
-  protected internalExecute (
-    worker: Worker,
-    messageId: number
-  ): Promise<Response> {
-    this.increaseWorkersTask(worker)
-    return new Promise<Response>((resolve, reject) => {
-      this.promiseMap.set(messageId, { resolve, reject, worker })
-    })
-  }
+  >(worker: Worker, listener: (message: MessageValue<Message>) => void): void
 
   /**
    * Returns a newly created worker.
@@ -323,9 +334,9 @@ export abstract class AbstractPool<
   /**
    * Function that can be hooked up when a worker has been newly created and moved to the workers registry.
    *
-   * Can be used to update the `maxListeners` or binding the `main-worker`<->`worker` connection if not bind by default.
+   * Can be used to update the `maxListeners` or binding the `main-worker`\<-\>`worker` connection if not bind by default.
    *
-   * @param worker The newly created worker.
+   * @param worker The newly created worker.
    */
   protected abstract afterWorkerSetup (worker: Worker): void
 
@@ -341,12 +352,17 @@ export abstract class AbstractPool<
     worker.on('error', this.opts.errorHandler ?? EMPTY_FUNCTION)
     worker.on('online', this.opts.onlineHandler ?? EMPTY_FUNCTION)
     worker.on('exit', this.opts.exitHandler ?? EMPTY_FUNCTION)
-    worker.once('exit', () => this.removeWorker(worker))
-
-    this.workers.push(worker)
+    worker.once('exit', () => {
+      this.removeWorker(worker)
+    })
 
-    // Init tasks map
-    this.tasks.set(worker, 0)
+    this.setWorker(this.nextWorkerId, worker, {
+      run: 0,
+      running: 0,
+      runTime: 0,
+      avgRunTime: 0
+    })
+    ++this.nextWorkerId
 
     this.afterWorkerSetup(worker)
 
@@ -363,18 +379,58 @@ export abstract class AbstractPool<
       if (message.id !== undefined) {
         const promise = this.promiseMap.get(message.id)
         if (promise !== undefined) {
-          this.decreaseWorkersTasks(promise.worker)
-          if (message.error) promise.reject(message.error)
-          else promise.resolve(message.data as Response)
+          if (message.error != null) {
+            promise.reject(message.error)
+          } else {
+            promise.resolve(message.data as Response)
+          }
+          this.afterPromiseWorkerResponseHook(message, promise)
           this.promiseMap.delete(message.id)
         }
       }
     }
   }
 
+  private async internalExecute (
+    worker: Worker,
+    messageId: string
+  ): Promise<Response> {
+    this.beforePromiseWorkerResponseHook(worker)
+    return await new Promise<Response>((resolve, reject) => {
+      this.promiseMap.set(messageId, { resolve, reject, worker })
+    })
+  }
+
   private checkAndEmitBusy (): void {
-    if (this.opts.enableEvents && this.busy) {
+    if (this.opts.enableEvents === true && this.busy) {
       this.emitter?.emit('busy')
     }
   }
+
+  /** {@inheritDoc} */
+  public getWorkerTasksUsage (worker: Worker): TasksUsage | undefined {
+    const workerKey = this.getWorkerKey(worker)
+    if (workerKey !== undefined) {
+      return (this.workers.get(workerKey) as WorkerType<Worker>).tasksUsage
+    }
+    throw new Error('Worker could not be found in the pool')
+  }
+
+  /**
+   * Sets the given worker.
+   *
+   * @param workerKey - The worker key.
+   * @param worker - The worker.
+   * @param tasksUsage - The worker tasks usage.
+   */
+  private setWorker (
+    workerKey: number,
+    worker: Worker,
+    tasksUsage: TasksUsage
+  ): void {
+    this.workers.set(workerKey, {
+      worker,
+      tasksUsage
+    })
+  }
 }