课程笔记 - 分布式定时任务 | 青训营笔记

IllTamer
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这是我参与「第五届青训营 」伴学笔记创作活动的第 13 天

概述

什么是分布式定时任务

  • 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
  • 延时任务
  • 周期任务

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-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

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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量
    • 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

核心架构

分布式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。

整体结构

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功能架构

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控制台

基本概念

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  • 任务: Job,任务元数据
  • 任务实例: JobInstance,任务运行的实例
  • 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

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，包含以下信息。

  • 基础信息
  • 调度时机
  • 执行行为
  • 执行方式

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任务实例(Joblnstance) 是一个确定的Job的一次运行实例，包含以下信息。

  • Job_id
  • 触发时机
  • 状态&结果
  • 过程信息

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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

方案一：定时扫描+(提前执行发布)延时消息（腾讯、字节方案）

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方案二：时间轮（Quartz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个定时任务列表。

拓展：多级时间轮（日轮、时轮、分轮、秒轮）

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高可用问题

  • 单Trigger模式：单点故障，机器故障时平台崩溃
  • Trigger集群：可避免单点故障，需要避免同一任务多次触发

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
  • 多台机器频繁竞争数据库锁，节点越多性能越差

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

调度器

资源来源

  • 业务系统提供机器资源
    • 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。

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

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  • N个执行器Executor，M个业务数据区段，最好M>=N且M是N的整数倍

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

高级特性 - 故障转移

  • 定义：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它Executor上

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

执行器

  • 基于注册中心，可以做到执行器的弹性扩缩容

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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

其他解决方案

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

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