这是我参与「第五届青训营 」伴学笔记创作活动的第 15 天
分布式定时任务
简介
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。
触发时机
- 定时任务：特定时间触发
- 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
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。
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：广播到所有机器上同时执行一个任务，如一起清理日志。
- 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，适用于计算量大且需要对子任务结果做汇总的任务。
业内流行框架
| Xxl-job | SchedulerX | TCT | Elastic-job | Saturn | |
|---|---|---|---|---|---|
| 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 |
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美团点评 Xxl-job
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阿里巴巴 SchedulerX
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腾讯 TCT
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关联方案
- 单机定时任务
- 大数据处理引擎
实现原理
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，还要提供一个控制台(Admin)，提供任务管理和干预的功能
数据流
用户将 [任务基础信息（创建人等），触发规则（定时、延迟、周期），任务代码] 发送给控制台。控制台将其存入任务数据库。触发器触发任务执行并调用调度器对任务进行协调与分配。最后执行器执行任务。
功能架构
控制台 (Admin)
- 任务：Job，任务元数据
- 任务实例：JobInstance，周期任务会生成多个任务实例
- 任务结果：JobResult，任务实例运行的结果
- 任务历史：JobHistory，用户可以修改任务信息，任务实例对应的任务元数据可以不同，因而使用任务历史存储
触发器 (Trigger)
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
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
1. 腾讯字节方案
2. Quartz 方案——时间轮
高可用
核心问题：
- 不同业务之间，任务的调度相互影响怎么办？
- 负责扫描和触发的机器挂了怎么办？
解法思路：
- 存储上不同地区不同业务做资源隔离。
- 运行上不同地区不同业务分开执行。
- 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。
调度器 (Scheduler)
资源来源
业务系统提供机器资源（阿里、美团、字节等）
- 优点：任务执行逻辑与业务系统公用一份资源，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（因为平时的流量较为均匀而定时任务往往会触发大量的并发任务）。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（字节等）
- 优点：任务执行逻辑与业务系统提供的在线服务隔离，避免相互影响。可以支持优雅的扩缩容。
- 缺点：消耗更多机器资源。需要额外为定时任务平台申请调用权限，而不能直接继承业务系统的权限。
资源调度
节点选择
任务分片
通过任务分片可以提高任务执行的效率和资源的利用率。
- 将业务数据分段。假设有N个执行器，最好将业务分为k*N段（让每个执行器负载均匀）。
- 将任务通过单机任务的方式进行任务分片（用单机将任务拆分），然后通过Map任务把处理逻辑分配到 N 个执行器上。
- 前两步给每个执行器传输了数据与程序，执行器即可进行工作。
高级特性
任务编排
使用有向无环图进行可视化任务编排，用户可以通过图形用户界面（拖拽图的节点与箭头）完成任务的编排，而不是让用户进行硬编码。
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，调度器会对分配到这台机器上的任务进行rehash，将这些任务分发到其它Executor上。
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。
执行器 (Executor)
执行器是最后真正执行任务的组件，基于注册中心，可以做到执行器的弹性扩缩容（发现资源不够时再启动新的执行器并注册）。
业务应用
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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
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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
