分布式定时任务 ｜ 青训营笔记

木瓜盖
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这是我参与「第三届青训营 -后端场」笔记创作活动的的第5篇笔记

分布式定时任务

定义

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同一的平台，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：特定随时间触发，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，每隔一段时间执行，周期性、持续地执行任务

执行方式

  • 单机任务： 随机触发一台机器执行任务，使用与计算量、并发度低地任务
  • 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地计算。适用于计算量大、单机无法满足要求的任务 例如：春节集卡定时开奖
  • 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，使用于计算量大，并且需要对子任务结果做汇总的任务 例如：春节集卡发奖

业内定时任务框架

Xxl-job、Scheduler、TCT、Elastic-job、Saturn

分布式定时任务和单机定时任务、大数据处理引擎的区别与联系

单机定时任务 联系：都可以实现自动化的定时、延时、周期任务调度
差异：分布式定时任务可支撑更大的业务体量，分布式定时任务的性能、伸缩性、稳定性更高
大数据处理引擎 联系：都可以对海量数据做处理，性能、伸缩性、稳定性都很高
差异：定时并不是大数据处理引擎要解决的核心问题 大数据处理引擎往往致力于将元数据处理成结果数据，分布式定时任务除此之外还可以调用HTTP和RPC服务

核心架构（重点）

分布式定时任务三个关键问题：触发、调度、执行
触发：定时任务需要在什么时候被触发 调度：任务触发后怎么让上万台机器进行任务的调度 执行：单台机器怎么将任务执行，做好故障恢复
三个核心组件：
触发器：解析任务，生成触发事件
调度器：分配任务，管理任务生命周期
执行器： 获取执行任务单元，执行任务逻辑

任务创建流程：用户填写任务基础信息，设置触发规则，编写任务代码提交到控制台

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一个任务实例会有多个任务结果
原因：一次周期性的调度可能会失败，失败会重新调度，那么每一次调度就会有不同的任务结果

基本概念

任务元数据： 任务元数据是用户对任务属性定义，包括任务类型调度时机、执行行为等
任务实例：一个确定的JOB的一次运行实例，任务实例中有Job_id、触发事件、状态和结果、过程信息

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

需求：

  • 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
    方案1： 定期扫描+延时消息
    Scanner：定期从DB中扫描将要执行的任务，将扫描的信息交给processor，可用消息队列发送延时消息给调度器，时间到了后，调度器开始执行任务。
    方案2： 时间轮 时间轮： 环形数组，每个数组的元素是一个在这个时间点需要执行的任务的列表 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 1.使用链表存储任务，每个元素代表一个任务，查询复杂度O（n），修改复杂度O（1）
    2.使用最小堆存储任务，按执行时间排序，每个节点存储同执行时间任务列表，查询复杂度O（1），修改复杂度O（logn） 缺点：任务非常多的时候，由于最小堆使用数组存储的，那么数组的长度就会变得较长，时间复杂度较高 3.时间轮：可以将环形数组理解为一个时钟，每一格存储这一时间需要执行的任务列表。问题：时钟只有60个刻度，当任务大于1分钟，我们可以设置一个count计数器，count代表时钟需要转了count圈才会开始执行。
    查询修改时间复杂度都是O（1） image.png
    4.多级时间轮 根据年月日时分秒划分不同的时间轮，到达对应的时分秒则执行任务调度 查询修改时间复杂度都是O（1） image.png

高可用

不同业务之间，任务的调度互相影响的问题，负责扫描和触发的机器挂了怎么办
解决方法：
存储上，不同业务，国别做资源隔离
运行上，不同国别、业务分开执行
部署时，采用多机房集群化部署，避免单点故障，通过数据库锁或分布式锁保证任务只被触发一次
数据库行锁模式：在触发调度之前，更新数据库中JobInstance的状态，成功抢锁的才会触发调度，多台机器竞争数据库锁，性能较差
分布式锁模式： 在触发调度之前，尝试抢占分布式锁，可使用Redis锁或Zookeeper锁，性能较高

调度器

问题：

  • 资源来源
  • 资源调度
  • 任务执行

资源来源

  • 业务系统提供机器资源 优点：任务执行逻辑也业务系统共用一份资源，利用率更高
    缺点： 更容易发生定时任务脚本影响在线服务的事故，不能由定时任务平台控制扩缩容

  • 定时任务平台提供机器资源 优点：任务执行逻辑与业务系统完全解耦，隔离，避免相互影响 支持扩缩容 缺点： 消耗更多机器资源，需要额外为定时任务平台申请接口调用权限，而不能直接继承业务系统的权限

节点选择

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使用分片可以将任务并行的分配给不同的机器执行，提高执行效率

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高级特性

  • 任务编排
  • 故障转移
  • 高可用

执行器

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状态上报：确保机器发生故障时，调度中心可以感知，调度中心将有问题的机器的任务分配给其他机器。 基于注册中心，可以做到机器的扩缩容

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