抖音春节活动&定时任务发展之路

这是我参与[第五届青训营]伴学笔记创作的第12天。

01.春节集卡瓜分20亿

• 抽卡
• 极其
• 开奖

作为后端开发，设计最终开奖环节技术方案：

诉求：自动化+定时执行+海量数据+高效稳定=分布式定时任务

02.发展历程

2.1windows批处理

Case 1:10分钟后Windows电脑自动关机

1. Step1:桌面空白处右键单击-新建-文本文档
2. Step2:更改文件名和后缀为“自动关机.bat”
3. Step3:修改文件内容为“shutdown -s -t 600”,代表10分钟后关机
4. Step4∶双击运行该批处理文件，电脑将会在10分钟之后自动关机

2.2windows任务计划程序

Case2:每日12：00自动疫情打卡

• 点击电脑，然后右键打开管理，打开windows的任务计划程序，新建任务，这是电脑自带的定时任务工具。可以用python脚本形式写一个脚本，抓疫情自动打卡的包，注册到任务里面，那么就可以实现自动打卡，而不必每天手动。

2.3Linux命令-CronJob

Case3:每天02：30定时清理机器日志

2.4单机定时任务-Timer\Ticker Case4:每隔5分钟定时刷新本地缓存数据 java

go

2.4单机定时任务-ScheduledExecutorService Case5:每隔5分钟定时执行多个任务

2.5任务调度-Quartz

1. 单任务极致控制
2. 没有负载均衡机制

2.6分布式定时任务

2.6.1分布式定时任务概念

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: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，比如每天12点或者每隔5s执行

2.6.2分布式定时任务-特点

1. 自动化︰全自动完成定时任务的调度和执行
2. 平台化︰基于平台化的思维管控一系列的分布式定时任务
3. 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
4. 伸缩性:采用集群方式部署，可以随时按需扩缩容
5. 高可用:单点故障不影响最终任务结果，可以做到故障转移

2.6.3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

2.7业内定时任务框架

2.7.1Xxl-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。

2.7.2SchedulerX

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。

Scheduler×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。

2.7.3TCT

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。

2.8知识面扩充

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:

1. 分布式定时任务可支撑更大的业务体量
2. 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:

1. 定时并不是大数据处理引擎要解决的核心问题
2. 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

2.9小结

• 生活用途

  • Windows批处理
  • Windows任务计划程序

• 工作用途

  • Linux命令———cronjob
  • 单机定时任务——Timer、Ticker
  • 单机定时任务——ScheduledExecutorService
  • 任务调度——Quartz

• 分布式定时任务分布式定时任务

  • 触发时机:定时、延时、周期
  • 执行方式:单机、广播、Map、MapReduce
  • 业内流行框架:Xxl-job、SchedulerX、TCT
  • 关联技术:单机定时任务、大数据处理引擎

03实现原理

3.1整体架构

分布式定时任务核心要解决触发、调度、执行三个关键问题

1. 触发器:Trigger，解析任务，生成触发事件
2. 调度器:Scheduler，分配任务，管理任务生命周期
3. 执行器:Executor，获取执行任务单元，执行任务逻辑
4. 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。

3.3.1数据流

3.3.2功能架构

3.2控制台

3.2.1基本概念

• 任务:Job，任务元数据
• 任务实例:Joblnstance，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

3.2.2基本概念-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。

3.2.3基本概念-任务实例

任务实例是一个确定的Job的一次运行实例。

3.3触发器

3.3.1触发器-核心职责

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

3.2.2触发器-方案1

定时扫描+延时消息（腾讯、字节方案）

3.3.3触发器-方案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

3.3.4触发器-高可用

核心问题

1. 不同业务之间，任务的调度相互影响怎么办?
2. 负责扫描和触发的机器挂了怎么办?

解法思路

1. 存储上，不同国别、业务做资源隔离
2. 运行时，不同国别、业务分开执行
3. 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

3.3.4高可用-问题引出

单Trigger模式：会有单点故障，机器故障时平台崩溃 Trigger集群模式：可避免单点故障，需要避免同一任务被多次触发，导致业务紊乱

3.3.5高可用-数据库行锁模式

触发调度之前，更新数据库中Joblnstance的状态，成功抢锁的才会触发调度

性能较高，多家公司使用此方案。

3.4调度器

• 资源来源
• 资源调度
• 任务执行

3.4.1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

3.4.2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。

3.4.3资源调度-任务分片

提供任务分片来提高任务执行的效率和资源的利用率

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

3.4.4高级特性

1. 任务编排

使用有向无环图DAG进行可视化任务编排

2. 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

3. 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

3.5执行器

3.6小结

• 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Joblnstance、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

04.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。

• 电商：

  • 订单30分钟未付款自动关闭
  • 订单定时给商家、达人发送消息,给用户发放优惠券等

• 互动：

  • 支付宝集五福
  • 字节春节集卡瓜分红包

• 游戏：

  • 活动结束后批量补发用户未领取的奖励
  • 定期更新游戏内榜单

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

其他方案对比

小结：

从春节活动入手，引出本节课的主题。重点讲述了定时任务的发展历程，分享了当前主流互联网公司的定时任务框架。在实现原理章节，基于对几大互联网公司的了解，总结架构分析，在控制台部分主要讲解了实体模式，在触发器章节讲解了两种触发器实时扫描+延时处理、时间轮，以及高可用特性，后面继续讲解了资源来源问题，任务如何做定时分片操作，发生故障时如何做故障转移，最后讲解了机器执行器如何注册、任务调度以及定时状态检测等等。核心架构分为四层，是本次课程核心章节。