分布式定时任务重点｜青训营笔记

starine
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这是我参与「第三届青训营 -后端场」笔记创作活动的第 5 篇笔记

引言

本文记录了《分布式定时任务那些事儿》的课程中，王伟强老师讲的四大重点，方便以后进行回顾。

首先是分布式定时任务的发展历史，比如我们大部分同学平常就会用到的Timer、Ticker；

然后是分布式定时任务核心架构，包括控制台Admin、触发器Trigger、 调度器Scheduler、执行器Executor；

其次是触发器Trigger的两种方案：腾讯字节方案——定期扫描+演示消息、Quartz方案——时间轮；

最后是调度器Scheduler中通过任务分片来提高任务执行的效率和资源的利用率。

1、分布式定时任务的发展历史

定时任务是指系统为了自动完成特定任务，实时、延时、周期性完成任务调度的过程。

分布式定时任务是把分散的、可靠性差的定时任务纳入统一的平台，并实现集群管理调度和分布式部署的一种定时任务的管理方式。

按触发时机分类：

  • 定时任务：特定时间触发，比如今天15:06执行
  • 延时任务：延时触发，比如10s后执行
  • 周期任务：固定周期时间，或固定频率周期调度触发，比如每隔5s或者每天12点执行

分布式定时任务的特点：

  • 自动化：全自动完成定时任务的调度和执行
  • 平台化：基于平台化的思维管控一系列的分布式定时任务
  • 分布式：在分布式系统环境下运行任务调度，突破单机定时任务的性能瓶颈
  • 伸缩性：采用集群方式部署，可以随时按需扩缩容
  • 高可用：单点故障不影响最终任务结果，可以做到故障转移

分布式定时任务-执行方式：

  • 单机任务：随机触发一台机器执行任务，适用于计算量小、并发度低的任务
  • 广播任务：广播到所有机器上执行同一个任务，比如所有机器一起清理日志
  • Map任务：一个任务可以分出多个子任务，每个子任务负责一部分的计算。适用于计算量大，单机无法满足要求的任务
  • MapReduce任务：在Map任务的基础上，还可以对所有子任务的结果做汇总计算，适用于计算量大，并且需要对子任务结果做汇总的任务

发展历史：

  • Linux命令-CronJob

    应用场景：每天 02:30 定时清理机器日志，clean_log.sh

    • Linux系统命令，使用简单，稳定可靠
    • 只能控制单台机器，且无法适用于其他操作系统

  • 单机定时任务-Timer、Ticker

    应用场景：每隔5分钟定时刷新本地缓存数据

    • 跨平台
    • 仅单机可用

  • 单机定时任务-ScheduledExecutorService

    应用场景：每隔5分钟定时执行多个任务

    • 拥有线程池功能
    • 仅单机可用

  • 任务调度- Quartz

    • 单任务极致控制
    • 没有负载均衡机制

  • 分布式定时任务

    • 平台化管理
    • 分布式部署
    • 支持海量数据

业内分布式定时任务框架

Xxl-jobSchedulerXTCTElastic-jobSaturn
来源公司美团点评阿里巴巴腾讯当当网唯品会
是否开源是否否是是
任务编排子任务依赖支持支持不支持不支持
任务分片支持支持支持支持支持
高可用支持支持支持支持支持
故障转移支持支持支持支持支持
可视化运维支持支持支持支持支持
  • 美团点评Xxl-job
  • 阿里巴巴SchedulerX
  • 腾讯TCT

2、分布式定时任务核心架构

  • 核心架构

    分布式定时任务核心要解决触发、调度、执行三个关键问题

    • 触发器：Trigger，解析任务，生成触发事件
    • 调度器：Scheduler，分配任务，管理任务生命周期
    • 执行器：Executor，获取执行任务单元，执行任务逻辑 除此之外，还需要提供一个控制台（Admin），提供任务管理和干预的功能。

  • 数据流

  • 功能架构

3、触发器Trigger的两种方案

触发器核心职责：

  • 给定一系列任务，解析它们的触发规则，在规定的时间点触发任务的调度

触发器设计约束：

  • 需支持大量任务
  • 需支持秒级的调度
  • 周期任务需要多次执行
  • 需保证秒级扫描的高性能，并避免资源浪费

3.1、定期扫描+延时消息（腾讯、字节方案）

定时扫描的机器集群部署，通过分布式锁保证只有一台在调度

3.2、时间轮（ Quartz 所用方案）

时间轮是一种高效利用线程资源进行批量化调度的一种调度模型。时间轮是一个存储环形队列，底层采用数组实现，数组中的每个元素可以存放一个定时任务列表。

目标：遍历任务列表，从中找出当前时间点需触发的任务列表

4、调度器Scheduler

  • 资源来源
    • 业务系统
    • 定时任务平台

image.png

  • 资源调度-节点选择
    • 随机节点执行： 选择集群中一个可用的执行节点执行调度任务。适用场景：定时对账。
    • 广播执行： 在集群中所有的执行节点分发调度任务并执行。适用场景：批量运维。
    • 分片执行： 按照用户自定义分片逻辑进行拆分，分发到集群中不同节点并行执行，提升资源利用效率。适用场景：海量日志统计。
  • 资源调度-任务分片
    • 通过任务分片来提高任务执行的效率和资源的利用率

image.png

  • 高级特性-任务编排
    • 使用有向无环图 DAG(Directed Acyclic Graph) 进行可视化任务编排

image.png

  • 高级特性-故障转移

    • 故障转移：确保部分执行单元任务失败时，任务最终成功
    • 分片任务基于一致性hash策略分发任务，当某Executor异常时，调度器会将任务分发到其他Executor image.png

  • 调度器-高可用

    • 调度器可以集群部署，做到完全的无状态，靠消息队列的重试机制保障任务一定会被调度

image.png

5、执行器Executor

基于注册中心，可以做到执行器的弹性扩缩容

总结

  • 核心架构

    • 控制台Admin、触发器Trigger、调度器Scheduler、执行器Executor

  • 业务模型

    • 任务元数据Job、任务实例JobInstance、任务结果JobResult、任务历史JobHistory

  • 触发器

    • 定时扫描+延时消息
    • 时间轮
    • 链表、最小堆、时间轮、多级时间轮

  • 调度器

    • 资源来源
    • 资源调度：节点选择、任务分片、任务编排、故障转移

  • 执行器

    • 注册、调度、回调、心跳检测

  • 业务应用

    • 所有需要定时、延时、周期性执行任务的业务场景，都可以考虑使用分布式定时任务

    • 发货后超过10天未收货时系统自动确认收货

      • 使用分布式定时任务的延时任务
      • 使用消息队列的延时消息或者定时消息

    • 春节集卡活动统计完成集卡的用户个数和总翻倍数

      • 使用分布式定时任务的MapReduce任务
      • 使用大数据离线处理引擎Hive离线做统计
      • 使用大数据实时处理引擎Flink实时做累计

  • 知识面扩充

    • 分布式定时任务
    • 单机定时任务
    • 延时消息
    • 离线计算引擎Hive
    • 实时计算引擎Flink

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