这是我参与「第五届青训营」笔记创作活动的第16天。

学习内容

今日学习了分布式定时任务相关知识。

分布式定时任务发展历程

抖音春节活动

怎么设计春节集卡瓜分20亿的技术方案？

业务流程
- 定时扫描抖音用户集卡状态
- 汇总计算用户的瓜分金额
- 定时开奖
技术体量
- 亿级用户规模
- 十亿级资金规模
- 百万级读写QPS
方案引出
- 自动化 + 定时执行 + 海量数据 + 高效稳定 = 分布式定时任务

发展历史

Linux命令——CronJob
- 例：每天定时2：30清理机器日志
- 使用简单，稳定可靠。
- 只能控制单台机器，无法适用于其他操作系统。
单机定时任务
- 单任务：Timer、Ticker
  - 例：每隔5分钟定时刷新本地缓存数据
  - 可以跨平台
  - 仅限单机可用
- 多任务：ScheduledExecutorService
  - 例：每隔5分钟定时执行多个任务
  - 拥有线程池的功能，资源利用率高
  - 仅限单机可用
任务调度——Quartz
- 单任务极致控制
- 没有负载均衡机制，对分布式环境支持度不高
分布式定时任务
- 平台化管理
- 分布式部署
- 支持海量数据

分布式定时任务

定时任务：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：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。
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，突破单机定时任务也的性能瓶颈
- 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
按触发时机分类
- 定时任务：指特定时间触发
- 延时任务：延时触发
- 周期任务：固定周期时间或固定频率周期调度触发
按执行模式分类
- 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
业内定时任务框架介绍
- Xxl-job
  - Xxl-job是大众点评员工许雪里于2015年发布的分布式任务调度平台，是一个轻量级分布式任务调度框架，其核心设计目标是开发迅速、学习简单、轻量级、易扩展。XXL-JOB支持分片，简单支持任务依赖，支持子任务依赖，不是跨平台的。
  - Xxl-job很大一个优势在于开源且免费，并且轻量级，开箱即用，操作简易，上手快，企业维护起来成本不高，因而在中小型公司使用非常广泛。
- SchedulerX
  - 分布式任务调度SchedulerX 2.0是阿里巴巴基于Akka 架构自研的新一代分布式任务调度平台，提供定时调度、调度任务编排和分布式批量处理等功能。
  - SchedulerX可在阿里云付费使用。它功能非常强大，在阿里巴巴内部广泛使用并久经考验。
- TCT
  - 分布式任务调度服务(Tencent Cloud Task)是腾讯云自主研发的一款高性能、高可靠通用的分布式任务调度中间件，通过指定时间规则严格触发调度任务，保障调度任务的可靠有序执行。该服务支持国际通用的时间表达式、调度任务执行生命周期管理，解决传统定时调度任务单点及并发性能问题。同时，支持任务分片、流程编排复杂调度任务处理能力，覆盖广泛的任务调度应用场景。
  - TCT仅在腾讯内部使用，未开源，也未商用。
分布式定时任务VS单机定时任务
- 关系：
  - 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分
  - 布式定时任务的性能、伸缩性、稳定性更高
分布式定时任务VS大数据处理引擎
- 关系：
  - 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源数据处理成结果数据，分布式定时任务除了能做这个之外，还可以调用HTTP和RPC服务

实现原理

核心框架

分布式定时任务核心要解决触发、调度、执行三个关键问题

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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

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功能架构

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控制台Admin

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任务：Job，任务元数据
- 任务元数据（Job）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：Joblnstance，任务运行的实例
- 任务实例（Joblnstance）是一个确定的Job的一次运行实例。

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

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
方案：
- 定期扫描+延时消息（腾讯、字节等方案）
- 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。

调度器

资源来源
- 业务系统提供机器资源
  - 使用该方案的公司：阿里、美团、字节等
  - 优点：
    - 任务执行逻辑与业务系统共用同一份资源，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
  - 使用该方案的公司：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
    - 可以支持优雅地扩缩容
  - 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
- 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。适用于定时对账。
- 广播执行：在集群中所有的执行节点分发调度任务并执行。适用于批量运维。
- 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。适用于海量日志统计。
高级特性
- 任务编排
  - 使用有向无环图DAG进行可视化任务编排
- 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

执行器

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基于注册中心，可以做到执行器的弹性扩缩容

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

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

分布式定时任务 | 青训营笔记