分布式任务调度的解决方案

Posted 2021-03-14 chen-chen-chen

简介

 随着系统规模的发展，定时任务数量日益增多，任务也变得越来越复杂，尤其是在分布式环境下，存在多个业务系统，每个业务系统都有定时任务的需求，如果都在自身系统中调度，一方面增加业务系统的复杂度，另一方面也不方便管理，因此需要有一个任务平台对分散的任务进行统一管理调度，基于目前的情况，任务平台需要支持以下几个方面：

1、任务统一管理，提供图形化界面对任务进行配置和调度。
2、任务并发控制，同一个任务在同一时间只能允许一个执行。
3、任务弹性扩容，可根据繁忙情况动态增减服务器分摊压力，对大任务进行分片处理。
4、任务依赖问题，能够处理任务包含子任务的情况，前一个完成后触发子任务执行。
5、支持多类型的任务，支持Spring Bean、Shell等。
6、任务节点高可用，任务节点异常或者繁忙时能够转移到其他节点执行。
7、调度中心高可用，支持集群部署，避免出现单点故障。
8、执行状态监控，方便查看任务执行状态，异常情况告警，支持多渠道通知。

发展史

定时任务随着技术发展，从单线程调度到多线程调度，从单机部署到集群部署，从独立执行到多任务协同执行。

第一阶段
单线程调度，在Java1.5之前，基于线程的等待(sleep或wait)机制定时执行，需要开发者实现调度逻辑，单个线程(Thread)处理单个任务有些浪费，但是一个线程(Timer)处理多个任务容易因为某个任务繁忙导致其他任务阻塞。

第二阶段
线程池调度，在Java1.5开始提供ScheduledExecutorService调度线程池，调度线程池支持固定的延时和固定间隔模式，对于需要在某天或者某月的时间点执行就不大方便，需要计算时间间隔，转换成启动延时和固定间隔，处理起来比较麻烦。

第三阶段
Spring任务调度，Spring简化了任务调度，通过@Scheduled注解支持将某个Bean的方法定时执行，除了支持固定延时和固定间隔模式外，还支持cron表达式，使得定时任务的开发变得极其简单。

第四阶段
Quartz任务调度，在任务服务集群部署下，Quartz通过数据库锁，实现任务的调度并发控制，避免同一个任务同时执行的情况。Quartz通过Scheduler提供了任务调度API，开发可以基于此开发自己的任务调度管理平台。

第五阶段
分布式任务平台，提供一个统一的平台，无需再去做和调度相关的开发，业务系统只需要实现具体的任务逻辑，自动注册到任务调度平台，在上面进行相关的配置就完成了定时任务的开发。

解决方案

现在分布式下任务调度有很多解决方案，可以基于Quartz开发任务管理平台，也可以使用开源的任务调度平台，比如xxl-job，elastic-job。

XXL-JOB
大众点评员工徐雪里于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。官方地址：https://www.xuxueli.com/xxl-job/

ELASTIC-JOB
当当开发的弹性分布式任务调度系统，功能丰富强大，采用zookeeper实现分布式协调，实现任务高可用以及分片，并且可以支持云开发，由两个相互独立的子项目Elastic-Job-Lite和Elastic-Job-Cloud组成。官方地址：http://elasticjob.io/docs/elastic-job-lite/00-overview/

方案对比

集成示例

下面以集成xxl-job为例，xxl-job将定时任务分为两个部分：1、调度中心；2、执行器。因此集成xxl-job需要分成两个步骤，1、部署调度中心，2、业务系统对接（执行器）。架构图如下：

部署调度中心

部署前先确定部署方案，测试环境可以使用1个调度中心 + 1个mysql服务，生产环境建议使用2个调度中心 + mysql主从服务，保证高可用。部署前需确保已经准备：Jdk1.8，Maven、mysql，部署步骤如下：

下载xxl-job源码：http://gitee.com/xuxueli0323/xxl-job/，使用maven编译打包，生成部署的xxl-job-admin.jar。

创建数据库，并初始化相关的表，脚本参考源码目录doc/db/tables_xxl_job.sql

创建部署目录，并配置数据库等配置，可在打包之前，在源码里面application.properties进行配置，也可以在部署目录里面单独创建application.properties文件里面进行配置（推荐，spring boot优先加载启动目录下的配置，可以避免以后更改数据库等配置时还需要重新打包源码）。

运行管理平台（请先确保已经配置好Java执行环境，Jdk1.8或者以上）

具体步骤参考许雪里博客：https://www.cnblogs.com/xuxueli/p/5021979.html，部署可参考以下脚本：

#下载源码
cd /root/
wget https://github.com/xuxueli/xxl-job/archive/v2.0.1.zip
unzip v2.0.1.zip
mv xxl-job-2.0.1 xxl-job

#修改配置文件
vim /root/xxl-job/xxl-job-admin/src/main/resources/application.properties
## 修改mysql、邮件等配置

#编译
cd /root/xxl-job
mvn clean package

# 创建部署目录
mkdir -p /xxl-job
cd /root/xxl-job/xxl-job-admin/target/
cp /root/xxl-job/xxl-job-admin/target/xxl-job-admin-2.0.1.jar /xxl-job/xxl-job-admin-2.0.1.jar


#mysql 数据初始化（用户名和密码为root，数据库编码推荐使用utf8mb4）
mysql -u root -proot -e "source /root/xxl-job/doc/db/tables_xxl_job.sql;"

#启动
nohup java -jar /xxl-job/xxl-job-admin-2.0.1.jar > /dev/null >& 1 &

#检查 admin 123456
curl http://localhost:8080/xxl-job-admin

调度中心启动成功登录后如下，默认用户名admin，默认密码123456，密码可在配置文件中更改。

业务系统对接

业务系统对接调度中心，需要根据当前项目的框架进行配置，可以参考源码xxl-job-executor-samples下例子，下面以业务系统基于spring boot框架进行集成。

配置执行器

@Configuration
public class XxlJobConfig {
    @Value("${spring.application.name:}")
    private String springAppName;

    @Value("${xxl.job.admin.addresses}")
    private String adminAddresses;

    @Value("${xxl.job.executor.appname:}")
    private String appName;

    @Value("${xxl.job.executor.ip:}")
    private String ip;

    @Value("${xxl.job.executor.port:9999}")
    private int port;

    @Value("${xxl.job.accessToken:}")
    private String accessToken;

    @Value("${xxl.job.executor.logpath:job-logs}")
    private String logPath;

    @Value("${xxl.job.executor.logretentiondays:7}")
    private int logRetentionDays;

    @Bean
    public XxlJobSpringExecutor xxlJobExecutor() {
        XxlJobSpringExecutor xxlJobSpringExecutor = new XxlJobSpringExecutor();
        xxlJobSpringExecutor.setAdminAddresses(adminAddresses);
        if (StringUtils.isEmpty(appName)) {
            if (StringUtils.isEmpty(springAppName)) {
                throw new IllegalStateException("missing xxl-job appname config");
            }
            appName = springAppName;
        }
        xxlJobSpringExecutor.setAppName(appName);
        xxlJobSpringExecutor.setIp(ip);
        xxlJobSpringExecutor.setPort(port);
        xxlJobSpringExecutor.setAccessToken(accessToken);
        xxlJobSpringExecutor.setLogPath(logPath);
        xxlJobSpringExecutor.setLogRetentionDays(logRetentionDays);

        return xxlJobSpringExecutor;
    }
}

简化配置说明：
1、spring boot应用基本都有appname，默认使用spring app name配置。
2、ip地址在多网卡、容器的时候需要指定，否则的话，使用默认就可以，spring-cloud-commons中提供了InetUtils工具类，可以帮助获取IP
3、port可以默认指定一个，如果多个服务部署在同一台服务器上，可以通过检测获取或者规划分配。
4、logpath最好指定在应用目录下，最好不要使用绝对路径，避免和其应用冲突。
5、logretentiondays日志保留天数不用太大，根据需要设置，默认给一个较短的时间即可。

开发定时任务

定义定时任务有两种方式：1、2.1.2或者之后版本可以直接在方法上加@XxlJob来声明任务；2、2.1.2之前版本每个任务需要单独开发一个Bean，实现IJobHandler接口，并且在类上加@JobHandler注解。第二种方式较麻烦，推荐使用第一种方式（目前还没稳定版）。

基于@XxlJob注解代码方式（建议制定名称，和调度中心配置保持一致）

@Component
public class SampleXxlJob {
    private static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(SampleXxlJob.class);

    /**
     * 1、简单任务示例（Bean模式）
     */
    @XxlJob("demoJobHandler")
    public ReturnT<String> demoJobHandler(String param) throws Exception {
        XxlJobLogger.log("XXL-JOB, Hello World.");
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            XxlJobLogger.log("beat at:" + i);
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        }
        return ReturnT.SUCCESS;
    }

    /**
     * 2、分片广播任务
     */
    @XxlJob("shardingJobHandler")
    public ReturnT<String> shardingJobHandler(String param) throws Exception {
        // 分片参数
        ShardingUtil.ShardingVO shardingVO = ShardingUtil.getShardingVo();
        XxlJobLogger.log("分片参数：当前分片序号 = {}, 总分片数 = {}", shardingVO.getIndex(), shardingVO.getTotal());
        // 业务逻辑
        for (int i = 0; i < shardingVO.getTotal(); i++) {
            if (i == shardingVO.getIndex()) {
                XxlJobLogger.log("第 {} 片, 命中分片开始处理", i);
            } else {
                XxlJobLogger.log("第 {} 片, 忽略", i);
            }
        }
        return ReturnT.SUCCESS;
    }
}

基于@JobHandler代码方式

@JobHandler(value="demoJobHandler")
@Component
public class DemoJobHandler extends IJobHandler {
    @Override
    public ReturnT<String> execute(String param) throws Exception {
        XxlJobLogger.log("XXL-JOB, Hello World.");
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            XxlJobLogger.log("beat at:" + i);
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        }
        return SUCCESS;
    }
}

配置定时任务

1、配置定时任务，需要先配置执行器，推荐使用自动注册方式，避免集群部署时还需要调整机器地址，添加界面如下（注意appname要和业务系统中配置一致）：

2、添加完执行器后，添加任务，JobHandler要和代码中配置的名称一致，执行器集群部署可以通过配置路由方式来控制执行，xxl-job调度只支持cron表达式。

3、启动或者执行任务，查询执行日志、注册节点等

集成踩坑记录

1、任务服务器必须做时钟同步，执行器时钟不能调度中心180秒，否则将会导致调度失败（RPC框架限制）
2、调度任务的时间间隔低于实际执行耗时，导致产生较大的调度日志；
3、尽量避免短任务，比如秒级的任务会导致大量数据库锁影响性能；
4、调度日志量偏大导致查询慢，由于日志都记录在数据库，需要定时清理；
5、自动注册时服务器多网卡导致调度失败，注册时需指定网卡IP；

参考：
http://blog.freshfood.cn/article/39
https://www.cnblogs.com/xuxueli/p/5021979.html
https://www.xuxueli.com/page/projects.html