这是我参与「第五届青训营 」伴学笔记创作活动的第 8 天
分布式定时任务
知识面扩充
- 对分布式定时任务建立起宏观的认知，并深入了解其实现原理
- 了解关联的单机定时任务、大数据处理引擎，通过了解不同实现方案的优劣来拓展知识面 项目实践能力加强
- 了解在哪些实际业务场景中使用分布式定时任务
- 对于实际业务场景的中间件选型、技术方案设计做到成竹在胸
01.春节集卡瓜分20亿
如何设计最终开奖环节技术方案？
02.发展历程
2.1 Windows批处理
- case 1：10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
2.2 Windows任务计划程序
Case 2：每天 12:00 自动疫情打卡
2.3 Linux命令-CronJob
Case 3：每天 02:30 定时清理机器日志
- 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
2.4 单机定时任务-Timer、Ticker
Case 4：每隔5分钟定时刷新本地缓存数据
Java
GO
- 跨平台
- 仅单机可用
2.4 单机定时任务-Scheduled Executor Service
Case 5：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
2.5 任务调度- Quartz
- 单任务极致控制
- 没有负载均衡机制
2.6 分布式定时任务
- 平台化管理
- 分布式部署
- 支持海量数据
2.5什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 分布式定时任务-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——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
2.6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、并发难度低的任务
- 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，每个字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
2.6 执行方式 VS 春节集卡
2.7 业内定时任务框架
2.7 业内定时任务框架 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。
2.7 业内定时任务框架-SchedulerX
分布式任务调度Scheduler× 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 业内定时任务框架-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。
2.8 知识面扩充
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、 Scheduler×、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 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
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
3.1.1 数据流
3.1.2 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: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
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（JobInstance）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，并规避资源浪费
3.3.2 触发器-方案1
定期扫描+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
- 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
3.3.4 高可用-问题引出
3.3.4 高可用-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
3.3.4 高可用-分布式锁
在触发调度之前，尝试抢占分布式锁，可以使用Redis或Zookeeper锁
3.4 调度器
3.4.1 资源来源
业务系统提供机器资源
3.4.2 资源调度-节点选择
3.4.2 资源调度-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
3.4.3 高级特性-任务编排
3.4.3 高级特性-故障转移
3.4.4 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
基于注册中心，可以做到执行器的弹性扩缩容
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JobInstance、任务结果JobResult、任务历史Job History 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
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
