【分布式定时任务】定时任务发展之路-实现原理-业务应用实践 | 青训营笔记

121 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 10 天,今天学习的内容是关于定时任务发展之路、实现原理、业务应用实践,根据课程内容整理学习笔记如下。

8 分布式定时任务

8.1 抖音春节活动&定时任务发展之路

8.1.1 前言

问题引入: 每年春节抖音都会有很多有意思的玩法,如果同学们是字节的后端同学,怎么设计今年春节集卡瓜分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

    image.png

  • 技术体量(挑战)

    • 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

8.1.2 发展历程

  • Windows批处理(.bat

  • Windows任务计划程序

    image.png

  • Linux命令 - CronJob

    • 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

    2c391c85f1eb4e17b0728a657c3caac1tplv-k3u1fbpfcp-zoom-in-crop-mark4536000.webp

  • 单机定时任务 - Timer、Ticker

    • 可跨平台
    • 只能控制单台机器

    98b80cbc530f4826870f7491753f5595tplv-k3u1fbpfcp-zoom-in-crop-mark4536000.webp

  • 单机定时任务 - ScheduledExecutorService

    • 拥有线程池功能(可复用)
    • 仅单机可用

eca1f4b5fb864aa39af49c0fba286e96tplv-k3u1fbpfcp-zoom-in-crop-mark4536000.webp

  • 任务调度 - Quartz

    • 单任务极值控制
    • 没有负载均衡机制

fa15c50b15144fa29501de37f8517000tplv-k3u1fbpfcp-zoom-in-crop-mark4536000.webp

  • 分布式定时任务

    • 平台化管理
    • 分布式部署
    • 支持海量数据

image.png

8.1.3 概述

  • 定义

    • 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点或者每间隔5s执行)
  • 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
  • 执行模式

    • 单机任务:随机触发一台机器执行任务,适用于计算量小、并发性低的任务
    • 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
  • 现状

    • 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
      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
    • 美团点评Xxl-job

    • 阿里巴巴SchedulerX

    • 腾讯TCT

8.1.4 关联方案

  • 单机定时任务
  • 大数据处理引擎

image.png

8.2 分布式定时任务实现原理

8.2.1 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Executer: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。

62fdceaada184704b53f995b04bfa6a1tplv-k3u1fbpfcp-zoom-in-crop-mark4536000.webp

数据流

image.png

功能架构

image.png

8.2.2 控制台 Admin

  • 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。

image-20230207152208549.png

  • 任务实例 JobInstance:任务运行的实例

    任务实例是一个确定的 Job 的一次运行实例。

image-20230207152421014.png

  • 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

cb5d6eec9e984f5a93ff107ee905f737tplv-k3u1fbpfcp-zoom-in-crop-mark4536000.webp

8.2.3 触发器 Trigger

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
解决方案

方案一:定期扫描+延时消息(腾讯字节方案)

5ae626a473144a8baeb96f20a388b9e2tplv-k3u1fbpfcp-zoom-in-crop-mark4536000.webp

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一个定时任务列表。(类似于时钟,每个位置指向该时间需要执行的任务列表)

image.png

较长时间(超过秒级时间轮)改进方案(conut位-转到第几次可以执行 / 多级时间轮)

image.png

高可用

核心问题

  • 不同业务之间,任务调度互相影响怎么办?
  • 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

    • 数据库行锁

      image.png

    • 分布式锁

      image.png

8.2.4 调度器 Scheduler

资源来源
  • 业务系统
  • 定时任务平台

image.png

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

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

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

高级特性 - 任务编排

image.png

高级特性 - 故障转移

image.png

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

image.png

8.2.5 执行器 Executor

基于注册中心,可以做到执行器的弹性扩缩容

310f0b32aab24712b91cef18db0e33f1tplv-k3u1fbpfcp-zoom-in-crop-mark4536000.webp

8.3 分布式定时任务业务应用实践

  • 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

    image.png

  • 知识面扩充/其他解决方案

    • 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

    image.png

8.4 课程回顾

image-20230207161922974.png