分布式定时任务调度框架实践

　　分布式任务调度框架几乎是每个大型应用必备的工具，本文介绍了任务调度框架使用的需求背景和痛点，对业界普遍使用的开源分布式任务调度框架的使用进行了探究实践，并分析了这几种框架的优劣势和对自身业务的思考。
　　一、业务背景
　　1.1 为什么需要使用定时任务调度
　　（1）时间驱动处理场景：整点发送优惠券，每天更新收益，每天刷新标签数据和人群数据。
　　（2）批量处理数据：按月批量统计报表数据，批量更新短信状态，实时性要求不高。
　　（3）异步执行解耦：活动状态刷新，异步执行离线查询，与内部逻辑解耦。
　　1.2 使用需求和痛点
　　（1）任务执行监控告警能力。
　　（2）任务可灵活动态配置，无需重启。
　　（3）业务透明，低耦合，配置精简，开发方便。
　　（4）易测试。
　　（5）高可用，无单点故障。
　　（6）任务不可重复执行，防止逻辑异常。
　　（7）大任务的分发并行处理能力。
　　二、开源框架实践与探索
　　2.1 Java 原生 Timer 和
　　ScheduledExecutorService
　　2.1.1 Timer使用
　　Timer缺陷：
　　Timer底层是使用单线程来处理多个Timer任务，这意味着所有任务实际上都是串行执行，前一个任务的延迟会影响到之后的任务的执行。
　　由于单线程的缘故，一旦某个定时任务在运行时，产生未处理的异常，那么不仅当前这个线程会停止，所有的定时任务都会停止。
　　Timer任务执行是依赖于系统绝对时间，系统时间变化会导致执行计划的变更。
　　由于上述缺陷，尽量不要使用Timer， idea中也会明确提示，使用ScheduledThreadPoolExecutor替代Timer 。
　　2.1.2 ScheduledExecutorService使用
　　ScheduledExecutorService对于Timer的缺陷进行了修补，首先ScheduledExecutorService内部实现是ScheduledThreadPool线程池，可以支持多个任务并发执行。
　　对于某一个线程执行的任务出现异常，也会处理，不会影响其他线程任务的执行，另外ScheduledExecutorService是基于时间间隔的延迟，执行不会由于系统时间的改变发生变化。
　　当然，ScheduledExecutorService也有自己的局限性：只能根据任务的延迟来进行调度，无法满足基于绝对时间和日历调度的需求。
　　2.2 Spring Task
　　2.2.1 Spring Task 使用
　　spring task 是spring自主开发的轻量级定时任务框架，不需要依赖其他额外的包，配置较为简单。
　　此处使用注解配置
　　2.2.2 Spring Task缺陷
　　Spring Task 本身不支持持久化，也没有推出官方的分布式集群模式，只能靠开发者在业务应用中自己手动扩展实现，无法满足可视化，易配置的需求。
　　2.3 永远经典的 Quartz
　　2.3.1 基本介绍
　　Quartz框架是Java领域最著名的开源任务调度工具，也是目前事实上的定时任务标准，几乎全部的开源定时任务框架都是基于Quartz核心调度构建而成。
　　2.3.2 原理解析
　　核心组件和架构
　　关键概念
　　（1）Scheduler：任务调度器，是执行任务调度的控制器。本质上是一个计划调度容器，注册了全部Trigger和对应的JobDetail， 使用线程池作为任务运行的基础组件，提高任务执行效率。
　　（2）Trigger：触发器，用于定义任务调度的时间规则，告诉任务调度器什么时候触发任务，其中CronTrigger是基于cron表达式构建的功能强大的触发器。
　　（3）Calendar：日历特定时间点的集合。一个trigger可以包含多个Calendar，可用于排除或包含某些时间点。
　　（4）JobDetail：是一个可执行的工作，用来描述Job实现类及其它相关的静态信息，如Job的名称、监听器等相关信息。
　　（5）Job：任务执行接口，只有一个execute方法，用于执行真正的业务逻辑。
　　（6）JobStore：任务存储方式，主要有RAMJobStore和JDBCJobStore，RAMJobStore是存储在JVM的内存中，有丢失和数量受限的风险，JDBCJobStore是将任务信息持久化到数据库中，支持集群。
　　2.3.3 实践说明
　　（1）关于Quartz的基本使用
　　可参考Quartz官方文档和网上博客实践教程。
　　（2）业务使用要满足动态修改和重启不丢失， 一般需要使用数据库进行保存。
　　Quartz本身支持JDBCJobStore，但是其配置的数据表比较多，官方推荐配置可参照官方文档，超过10张表，业务使用比较重。
　　在使用的时候只需要存在基本trigger配置和对应任务以及相关执行日志的表即可满足绝大部分需求。
　　（3）组件化
　　将quartz动态任务配置信息持久化到数据库，将数据操作包装成基本jar包，供项目之间使用，引用项目只需要引入jar包依赖和配置对应的数据表，使用时就可以对Quartz配置透明。
　　（4）扩展集群模式
　　通过故障转移和负载均衡实现了任务的高可用性，通过数据库的锁机制来确保任务执行的唯一性，但是集群特性仅仅只是用来HA，节点数量的增加并不会提升单个任务的执行效率，不能实现水平扩展。Quartz插件
　　可以对特定需要进行扩展，比如增加触发器和任务执行日志，任务依赖串行处理场景，可参考：quartz插件——实现任务之间的串行调度
　　2.3.4 缺陷和不足
　　（1）需要把任务信息持久化到业务数据表，和业务有耦合。
　　（2）调度逻辑和执行逻辑并存于同一个项目中，在机器性能固定的情况下，业务和调度之间不可避免地会相互影响。
　　（3）quartz集群模式下，是通过数据库独占锁来唯一获取任务，任务执行并没有实现完善的负载均衡机制。
　　2.4 轻量级神器 XXL-JOB
　　2.4.1 基本介绍
　　XXL-JOB是一个轻量级分布式任务调度平台，主打特点是平台化，易部署，开发迅速、学习简单、轻量级、易扩展，代码仍在持续更新中。
　　＂调度中心＂是任务调度控制台，平台自身并不承担业务逻辑，只是负责任务的统一管理和调度执行，并且提供任务管理平台， ＂执行器＂ 负责接收＂调度中心＂的调度并执行，可直接部署执行器，也可以将执行器集成到现有业务项目中。 通过将任务的调度控制和任务的执行解耦，业务使用只需要关注业务逻辑的开发。
　　主要提供了任务的动态配置管理、任务监控和统计报表以及调度日志几大功能模块，支持多种运行模式和路由策略，可基于对应执行器机器集群数量进行简单分片数据处理。
　　2.4.2 原理解析
　　2.1.0版本前核心调度模块都是基于quartz框架，2.1.0版本开始自研调度组件，移除quartz依赖 ，使用时间轮调度。
　　2.4.3 实践说明
　　详细配置和介绍参考官方文档。
　　2.4.3.1 demo使用：
　　示例1：实现简单任务配置，只需要继承IJobHandler 抽象类，并声明注解
　　@JobHandler(value=＂offlineTaskJobHandler＂) ，实现业务逻辑即可。（注：此次引入了dubbo，后文介绍）。@JobHandler(value=＂offlineTaskJobHandler＂)@Componentpublic class OfflineTaskJobHandler extends IJobHandler { @Reference(check = false,version = ＂cms-dev＂,group=＂cms-service＂) private OfflineTaskExecutorFacade offlineTaskExecutorFacade; @Override public ReturnT execute(String param) throws Exception { XxlJobLogger.log(＂ offlineTaskJobHandler start.＂); try { offlineTaskExecutorFacade.executeOfflineTask; } catch (Exception e) { XxlJobLogger.log(＂offlineTaskJobHandler-->exception.＂ , e); return FAIL; } XxlJobLogger.log(＂XXL-JOB, offlineTaskJobHandler end.＂); return SUCCESS; }}
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　　示例2：分片广播任务。@JobHandler(value=＂shardingJobHandler＂)@Servicepublic class ShardingJobHandler extends IJobHandler { @Override public ReturnT execute(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 SUCCESS; }}
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　　2.4.3.2 整合dubbo
　　（1）引入dubbo-spring-boot-starter和业务facade jar包依赖。 com.alibaba.spring.boot dubbo-spring-boot-starter 2.0.0 com.demo.service xxx-facade 1.9-SNAPSHOT
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　　（2）配置文件加入dubbo消费端配置（可根据环境定义多个配置文件，通过profile切换）。## Dubbo 服务消费者配置spring.dubbo.application.name=xxl-jobspring.dubbo.registry.address=zookeeper://zookeeper.xyz:2183spring.dubbo.port=20880spring.dubbo.version=demospring.dubbo.group=demo-service
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　　（3）代码中通过@Reference注入facade接口即可。@Reference(check = false,version = ＂demo＂,group=＂demo-service＂)private OfflineTaskExecutorFacade offlineTaskExecutorFacade;
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　　（4）启动程序加入@EnableDubboConfiguration注解。
　　@SpringBootApplication@EnableDubboConfigurationpublic class XxlJobExecutorApplication { public static void main(String[] args) { SpringApplication.run(XxlJobExecutorApplication.class, args); }}
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　　2.4.4 任务可视化配置
　　内置了平台项目，方便了开发者对任务的管理和执行日志的监控，并提供了一些便于测试的功能。
　　2.4.5 扩展
　　（1）任务监控和报表的优化。
　　（2）任务报警方式的扩展，比如加入告警中心，提供内部消息，短信告警。
　　（3）对实际业务内部执行出现异常情况下的不同监控告警和重试策略。
　　2.5 高可用 Elastic-Job
　　2.5.1 基本介绍
　　Elastic-Job是一个分布式调度解决方案，由两个相互独立的子项目Elastic-Job-Lite和Elastic-Job-Cloud组成。
　　Elastic-Job-Lite定位为轻量级无中心化解决方案，使用jar包的形式提供分布式任务的协调服务。
　　Elastic-Job-Cloud使用Mesos + Docker的解决方案，额外提供资源治理、应用分发以及进程隔离等服务。
　　可惜的是已经两年没有迭代更新记录。
　　2.5.2 原理解析
　　2.5.3 实践说明
　　2.5.3.1 demo使用
　　（1）安装zookeeper，配置注册中心config，配置文件加入注册中心zk的配置。@Configuration@ConditionalOnExpression(＂＂${regCenter.serverList}＂.length > 0＂)public class JobRegistryCenterConfig { @Bean(initMethod = ＂init＂) public ZookeeperRegistryCenter regCenter(@Value(＂${regCenter.serverList}＂) final String serverList, @Value(＂${regCenter.namespace}＂) final String namespace) { return new ZookeeperRegistryCenter(new ZookeeperConfiguration(serverList, namespace)); }}
　　（滑动可查看）spring.application.name=demo_elasticjobregCenter.serverList=localhost:2181regCenter.namespace=demo_elasticjobspring.datasource.url=jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/xxl-job?Unicode=true&characterEncoding=UTF-8spring.datasource.username=userspring.datasource.password=pwd
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　　（2）配置数据源config，并配置文件中加入数据源配置。@Getter@Setter@NoArgsConstructor@AllArgsConstructor@ToString@Configuration@ConfigurationProperties(prefix = ＂spring.datasource＂)public class DataSourceProperties { private String url; private String username; private String password; @Bean @Primary public DataSource getDataSource { DruidDataSource dataSource = new DruidDataSource; dataSource.setUrl(url); dataSource.setUsername(username); dataSource.setPassword(password); return dataSource; }}
　　（滑动可查看）spring.datasource.url=jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/xxl-job?Unicode=true&characterEncoding=UTF-8spring.datasource.username=userspring.datasource.password=pwd
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　　（3）配置事件config。@Configurationpublic class JobEventConfig { @Autowired private DataSource dataSource; @Bean public JobEventConfiguration jobEventConfiguration { return new JobEventRdbConfiguration(dataSource); }}
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　　（4）为了便于灵活配置不同的任务触发事件，加入ElasticSimpleJob注解。@Target({ElementType.TYPE})@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)public @interface ElasticSimpleJob { @AliasFor(＂cron＂) String value default ＂＂; @AliasFor(＂value＂) String cron default ＂＂; String jobName default ＂＂; int shardingTotalCount default 1; String shardingItemParameters default ＂＂; String jobParameter default ＂＂;}
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　　（5）对配置进行初始化。@Configuration@ConditionalOnExpression(＂＂${elaticjob.zookeeper.server-lists}＂.length > 0＂)public class ElasticJobAutoConfiguration { @Value(＂${regCenter.serverList}＂) private String serverList; @Value(＂${regCenter.namespace}＂) private String namespace; @Autowired private ApplicationContext applicationContext; @Autowired private DataSource dataSource; @PostConstruct public void initElasticJob { ZookeeperRegistryCenter regCenter = new ZookeeperRegistryCenter(new ZookeeperConfiguration(serverList, namespace)); regCenter.init; Map map = applicationContext.getBeansOfType(SimpleJob.class); for (Map.Entry entry : map.entrySet) { SimpleJob simpleJob = entry.getValue; ElasticSimpleJob elasticSimpleJobAnnotation = simpleJob.getClass.getAnnotation(ElasticSimpleJob.class); String cron = StringUtils.defaultIfBlank(elasticSimpleJobAnnotation.cron, elasticSimpleJobAnnotation.value); SimpleJobConfiguration simpleJobConfiguration = new SimpleJobConfiguration(JobCoreConfiguration.newBuilder(simpleJob.getClass.getName, cron, elasticSimpleJobAnnotation.shardingTotalCount).shardingItemParameters(elasticSimpleJobAnnotation.shardingItemParameters).build, simpleJob.getClass.getCanonicalName); LiteJobConfiguration liteJobConfiguration = LiteJobConfiguration.newBuilder(simpleJobConfiguration).overwrite(true).build; JobEventRdbConfiguration jobEventRdbConfiguration = new JobEventRdbConfiguration(dataSource); SpringJobScheduler jobScheduler = new SpringJobScheduler(simpleJob, regCenter, liteJobConfiguration, jobEventRdbConfiguration); jobScheduler.init; } }}
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　　（6）实现 SimpleJob接口，按上文中方法整合dubbo, 完成业务逻辑。@ElasticSimpleJob( cron = ＂*/10 * * * * ?＂, jobName = ＂OfflineTaskJob＂, shardingTotalCount = 2, jobParameter = ＂测试参数＂, shardingItemParameters = ＂0=A,1=B＂)@Componentpublic class MySimpleJob implements SimpleJob { Logger logger = LoggerFactory.getLogger(OfflineTaskJob.class); @Reference(check = false, version = ＂cms-dev＂, group = ＂cms-service＂) private OfflineTaskExecutorFacade offlineTaskExecutorFacade; @Override public void execute(ShardingContext shardingContext) { offlineTaskExecutorFacade.executeOfflineTask; logger.info(String.format(＂Thread ID: %s, 作业分片总数: %s, ＂ + ＂当前分片项: %s.当前参数: %s,＂ + ＂作业名称: %s.作业自定义参数: %s＂ , Thread.currentThread.getId, shardingContext.getShardingTotalCount, shardingContext.getShardingItem, shardingContext.getShardingParameter, shardingContext.getJobName, shardingContext.getJobParameter )); }}
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　　2.6 其余开源框架
　　（1）Saturn：Saturn是唯品会开源的一个分布式任务调度平台，在Elastic Job的基础上进行了改造。
　　（2）SIA-TASK：是宜信开源的分布式任务调度平台。
　　三、优劣势对比和业务场景适配思考
　　业务思考：
　　丰富任务监控数据和告警策略。
　　接入统一登录和权限控制。
　　进一步简化业务接入步骤。
　　四、结语
　　对于并发场景不是特别高的系统来说，xxl-job配置部署简单易用，不需要引入多余的组件，同时提供了可视化的控制台，使用起来非常友好，是一个比较好的选择。希望直接利用开源分布式框架能力的系统，建议根据自身的情况来进行合适的选型。
　　附：参考文献
　　quartz插件——实现任务之间的串行调度
　　链路追踪（Tracing）的前世今生（上）
　　基于 GraphQL 平台化 BFF 构建及微服务治理
　　石墨文档Websocket百万长连接技术实践
　　DBCP数据库连接打满原因分析
　　Serverless：微服务架构的终极模式
　　技术原创及架构实践文章，欢迎通过公众号菜单「联系我们」进行投稿。
　　高可用架构
　　改变互联网的构建方式