分布式定时任务 | 青训营笔记

Dillonz
102 阅读7分钟

这是我参与「第五届青训营」伴学笔记创作活动的第 12 天

前言

抖音春节集卡项目

最终开奖环节技术方案

  • 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

image.png

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

分布式定时任务的发展历程

Windows电脑自动关机

  • Case1:10分钟后Windows电脑自动关机

    • Step1:桌面空白处右键单击-新建-文本文档

    • Step2:更改文件名和后缀为“自动关机.bat”

    • Step3:修改文件内容为“shutdown —s —t 600”,代表10分钟后关机

    • 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

image.png

Windows任务计划程序

  • Case2：每天12:00自动疫情打卡

    • 此电脑->管理->任务计划执行

Linux命令-Cronjob

  • Case3：每天02:30定时清理机器日志

30 2 * * * clean_log.sh

image.png

  • Linux系统命令，使用简单，稳定可靠

  • 只能控制单台机器，且无法适用于其他操作系统

单机定时任务-Timer、Ticker

  • Case4：每隔5分钟定时刷新本地缓存数据

image.png

单机定时任务-ScheduledExecutorService

  • Case5：每隔5分钟定时执行多个任务
    • 拥有线程池功能
    • 仅单机可用

image.png

任务调度-Quertz

image.png

  • 单任务极致控制
  • 没有负载均衡机制

分布式定时任务

image.png

  • 平台化管理
  • 分布式部署
  • 支持海量数据

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

特点

  • 自动化
  • 平台化
  • 分布式
  • 伸缩性
  • 高可用

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

image.png

业内定时任务框架

  • 业内流行框架 

    Xxl-jobSchedulerXTCTElastic-jobSaturn
    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

关联方案

image.png

分布式定时任务实现原理

整体架构

  • 核心架构

    • 分布式定时任务核心要解决触发、调度、执行三个关键问题
    • 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
    • 控制台：Admin，提供任务管理与干预功能

image.png

  • 数据流

image.png

  • 功能架构

image.png

控制台Admin

  • 基本概念
    • 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：JobResulst，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

image.png

  • 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

image.png

  • 任务实例
    • 任务实例（JobInstance）是一个确定的Job的一次运行实例

image.png

触发器Trigger

  • 核心职责

    • 给定一系列任务，解析他们的触发规则，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

    • 定期扫描+延时消息（腾讯、字节方案）

image.png

  • 方案二
    • 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，底层采用数组实行，数组中的每个元素可以存放一个定时任务列表

image.png

  • 高可用问题

    • 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，不同国别、业务做资源隔离
      • 运行时，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

    image.png

    • 数据库行锁模式
      • 在触发调度之前，更新数据库中JoInstance的状态，成功抢锁的才会触发调度
      • 缺点：多台机器频繁竞争数据库锁，节点越多性能越差

  • image.png

    • 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，多家公司使用此方案

      • image.png

调度器 Scheduler

  • 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

  • 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
      • image.png
    • 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
      • image.png
      • 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

  • 任务编排

    • 使用有向无环图DAG(Directed Acyclic Graph)进行可视化任务编排
    • image.png

  • 故障转移

    • 确保部分执行单元任务失败时，任务最终成功
    • image.png
    • 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Executor

image.png

分布式定时任务业务应用

  • 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

  • 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

引用

  • 字节内部课：分布式定时任务
avatar
文章
阅读
粉丝