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?
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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
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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
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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
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Windows批处理(
.bat) -
Windows任务计划程序
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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
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单机定时任务 - Timer、Ticker
- 可跨平台
- 只能控制单台机器
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单机定时任务 - ScheduledExecutorService
- 拥有线程池功能(可复用)
- 仅单机可用
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任务调度 - Quartz
- 单任务极值控制
- 没有负载均衡机制
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分布式定时任务
- 平台化管理
- 分布式部署
- 支持海量数据
8.1.3 概述
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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。
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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)
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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
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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
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现状
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业内流行框架
Xxl-job SchedulerX TCT Elastic-job Saturn 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 -
美团点评Xxl-job
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阿里巴巴SchedulerX
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腾讯TCT
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8.1.4 关联方案
- 单机定时任务
- 大数据处理引擎
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。
数据流
功能架构
8.2.2 控制台 Admin
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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。
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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。
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任务结果 JobResult:任务实例运行的结果
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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
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)
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)
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)
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
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存储上,不同国别、业务做资源隔离
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运行时,不同国别、业务分开执行
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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
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数据库行锁
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分布式锁
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8.2.4 调度器 Scheduler
资源来源
- 业务系统
- 定时任务平台
资源调度 - 节点选择
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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
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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
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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
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
高级特性 - 故障转移
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
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
8.3 分布式定时任务业务应用实践
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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
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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