定时任务系统如何让你的Web应用自动完成那些烦人的重复工作？

定时任务系统原理与应用

1. 定时任务的核心概念

定时任务系统是Web应用中用于在特定时间自动执行任务的机制，它在各种场景中都有重要应用：

1. 数据清理：每日凌晨清理过期缓存数据
2. 报表生成：每周一早晨生成业务数据周报
3. 状态刷新：每5分钟同步外部系统状态
4. 批量处理：月末计算用户账单

在FastAPI中，主要存在两种实现方式：

• 后台任务队列：适用于一次性延时任务
• 定时调度系统：适用于周期重复任务

graph LR
    A[触发方式] --> B[客户端请求触发]
    A --> C[定时器自动触发]
    B --> D[BackgroundTasks]
    C --> E[APScheduler]

2. APScheduler 集成方案

APScheduler 是Python中最成熟的定时任务调度库，支持多种调度器和存储方案：

调度器类型比较：

调度器类型	适用场景	特点
BlockingScheduler	独立脚本	阻塞主线程
BackgroundScheduler	Web应用	后台独立线程
AsyncIOScheduler	异步应用	兼容asyncio

集成示例：

# requirements.txt
fastapi==0.109.2
apscheduler==3.10.1
pydantic==2.6.4
uvicorn==0.27.1

from fastapi import FastAPI
from apscheduler.schedulers.background import BackgroundScheduler
from apscheduler.triggers.cron import CronTrigger
from pydantic import BaseModel
import logging

app = FastAPI()
scheduler = BackgroundScheduler()

class TaskConfig(BaseModel):
    """定时任务配置模型"""
    task_id: str
    schedule: str  # Cron表达式
    payload: dict = {}

@app.on_event("startup")
async def init_scheduler():
    """应用启动时初始化调度器"""
    scheduler.add_job(clean_temp_files, "cron", hour=3)  # 每天3点执行
    scheduler.add_job(send_daily_report, CronTrigger.from_crontab("0 9 * * 1-5"))  # 工作日9点
    scheduler.start()
    logging.info("Scheduler started")

@app.on_event("shutdown")
def shutdown_scheduler():
    """应用关闭时安全终止调度器"""
    scheduler.shutdown()
    logging.info("Scheduler stopped")

def clean_temp_files():
    """清理临时文件任务"""
    logging.info("Cleaning temp files...")
    # 实际清理逻辑...

def send_daily_report():
    """发送日报任务"""
    logging.info("Sending daily report...")
    # 实际邮件发送逻辑...

3. 案例：电商订单超时处理

业务需求：

• 用户下单后15分钟内未支付自动取消订单
• 每天凌晨统计前日取消订单数量

Pydantic 订单模型：

class Order(BaseModel):
    order_id: str
    user_id: int
    items: list[str]
    amount: float
    created_at: datetime = Field(default_factory=datetime.now)
    status: Literal["pending", "paid", "canceled"] = "pending"

定时任务实现：

from datetime import timedelta

@app.post("/orders")
async def create_order(order: Order):
    """创建订单接口"""
    # 订单入库...
    scheduler.add_job(
        cancel_unpaid_order,
        "date",
        run_date=datetime.now() + timedelta(minutes=15),
        args=[order.order_id]
    )
    return {"order_id": order.order_id}

def cancel_unpaid_order(order_id: str):
    """取消未支付订单"""
    order = db.get_order(order_id)
    if order and order.status == "pending":
        order.status = "canceled"
        db.update_order(order)
        logging.info(f"Order {order_id} auto-canceled")

4. 课后 Quiz

1. 问题：如何在分布式环境中避免重复执行定时任务？
   答案：结合分布式锁（如Redis Lock）或使用支持集群的作业存储器（如APScheduler的SQLAlchemyJobStore）

2. 问题：当任务执行时间超过调度间隔会怎样？
   答案：默认产生任务叠加（misfire）。可通过设置：

   scheduler.add_job(misfire_grace_time=300)  # 允许5分钟延迟
   

5. 常见错误及解决方法

1. 错误：JobLookupError: No job by the id of...
   原因：任务已移除或从未添加
   解决：添加前检查任务是否存在：

   if not scheduler.get_job(job_id):
       scheduler.add_job(...)
   

2. 错误：任务未按预期时间执行
   原因：时区配置错误
   解决：明确设置时区：

   scheduler = BackgroundScheduler(timezone="Asia/Shanghai")
   

3. 错误：RuntimeError: Scheduler is not running
   原因：在调度器未启动时添加任务
   解决：确保在startup事件中添加任务或检查状态：

   if scheduler.state == STATE_RUNNING:
       scheduler.add_job(...)