宜信微服務任務排程平台建設實踐

内容來源：宜信技術學院第4期技術沙龍-線上直播|宜信微服務任務排程平台建設實踐

主講人：宜信進階架構師&開發平台負責人 梁鑫

導讀：如今，無論是網際網路應用還是企業級應用，都充斥着大量的批處理任務，常常需要一些任務排程系統幫助我們解決問題。随着微服務化架構的逐漸演進，單體架構逐漸演變為分布式、微服務架構。

在此背景下，很多之前的任務排程平台已經不能滿足業務系統的需求，于是出現了一些基于分布式的任務排程平台。這些平台各有其特點，但也各有不足之處，比如不支援任務編排、與業務高耦合、不支援跨平台等問題，不是非常符合公司的需求，是以我們開發了微服務任務排程平台（SIA-TASK）。本次分享主要圍繞SIA平台展開，包括研發背景設計思路和技術架構，以及如何支援業務方。

一、SIA-TASK的産生 

1.1 背景

無論是網際網路應用還是企業級應用，都充斥着大量的批處理任務，常常需要一些任務排程系統幫助我們解決問題。随着微服務化架構的逐漸演進，單體架構逐漸演變為分布式、微服務架構。

在這樣的背景下，很多之前的任務排程平台或元件已經不能滿足業務系統的需求，于是出現了一些基于分布式的任務排程平台。這些平台各有其特點，但也各有不足之處，比如不支援任務編排、與業務高耦合、不支援跨平台等問題。

1.2 種類

按照任務與時間的關系，我們把批處理任務分成三類，飛機型、地鐵型、公共汽車型。

• 飛機型是指每年/月/周/天固定某一時刻執行的任務。這種任務在我們的業務系統中非常常見，比如每天1點要執行一個跑批任務去清理前一天的日志；每月10号要給公司全員發工資，這些都屬于飛機型任務。
• 地鐵型是指每隔固定時間執行任務，不可并發。我們也經常遇到這樣的批處理任務，第一個任務沒有結束，第二個任務是不可以執行的，這就是不可并發。
• 公共汽車型是指每隔固定時間執行任務，可并發。如果是公共汽車型的任務，前一個任務沒有結束，下一個任務也可以按點開始執行。

1.3 問題

在跑批任務的過程中會遇到以下問題：

• 遺忘，忘記了還在運作的定時任務。在我們公司發生過一個這樣的案例，若幹年前的一個冬天，我們的一個項目團隊用3個月的時間做了一個項目，運作一段時間後發現項目的效果并不是很理想，便将相關的程式都停掉了，卻忘了有一個跑批任務的節點還在繼續運作，直到兩年後，這個節點産生的日志把磁盤填滿了，觸發了監控報警，我們才發現。
• 單點，就是沒有熱備，跑批任務是一個單點運作的定時任務，出了故障需要轉入手工處理。
• 依賴，利用時間差來處理依賴反複造成問題資料。大家知道項目有的時候是需要有依賴關系的。比如某個項目的跑批流程A和跑批流程B存在先後次序，項目組設定跑批流程A在淩晨2點運作，跑批流程B在淩晨4點運作，從時間上保證先後次序，萬一跑批流程A執行時間過長，超過2小時，就會導緻資料出現問題，需要手工處理出現問題的資料。

1.4 關系

前文提到任務之間是有關系的，那到底存在哪些關系呢？我認為主要有以下3種：

• 串行，存在先後關系的兩個任務。即任務B在任務A後執行，要先執行任務A之後再執行任務B。
• 并行，可以并發執行的兩個任務。比如任務B和C都要在任務A之後執行，而任務A執行完成後，任務B和C可以同時執行，那B和C就是并行關系。
• 分支，根據前置任務的傳回結果進行判斷，不同的結果執行不同的後續任務。比如傳回0的時候，執行任務A，傳回1的時候執行任務B，這是一種分支的情況。

1.5 思考

基于上述的幾種關系，我們在建設任務排程平台的時候會思考以下兩個方面：

• 平台化。項目團隊總是希望把更多的精力投入到業務開發中，希望把其它與業務開發無關的事情盡可能地放到架構團隊。他們希望有一個執行任務的平台，僅僅需要把編寫好的業務邏輯放到這個平台就可以了，這個平台會完成所有的工作，項目組隻需要關心業務邏輯。
• 微服務。為了更好地滿足項目的需求，我們希望能把任務的業務邏輯和任務的編排排程區隔開來，采用注冊和發現機制來建設任務排程平台，與業務相關的部分交給項目團隊處理，把其他的部分交給任務平台來處理。

1.6 因素

除了上述兩個方面的考慮以外，我們還需要思考以下八個因素。

• 任務編排。多個業務之間的定時任務存在流程次序，前面提到任務之間有并行的關系、有串行的關系，還有分支的關系，我們希望平台能有相應的編排功能去處理和支援這些任務。
• 任務分片。對于一個大型任務，需要分片并行執行。
• 跨平台。除了使用 Java 技術棧（SpringBoot、Spring等）的項目之外，還要能夠支援使用其他語言的應用。
• 無侵入。業務不希望與排程高耦合，隻關注業務的執行邏輯，希望平台對業務本身代碼是無侵入的，将影響降到最低。
• 高可用/故障轉移。排程系統自身必須保證高可用，不能有單點，任務執行過程中遇到問題有補償措施，能夠平滑處理，減少人工介入。
• 可視化。任務排程的操作提供可視化頁面，友善使用。
• 實時監控。平台要有實時監控系統，實時擷取任務的執行狀态。
• 動态編輯。業務的任務時鐘參數可能變動，在可視化的基礎上，對所有任務執行的操作都實時反映到業務系統中去，不需要停機部署。

基于以上的背景與考慮，我們建設了微服務任務排程平台SIA-Task。

二、SIA-TASK的核心設計思想

2.1 簡介

SIA是“Simple is Awesome”的簡稱。

SIA-TASK（微服務任務排程平台）是其中的一項重要産品，SIA-Task契合目前微服務架構模式，具有跨平台、可編排、高可用、無侵入、一緻性、異步并行、動态擴充、實時監控等特點。

SIA-TASK是任務排程的一體式解決方案，對任務進行中繼資料采集，然後進行任務可視化編排，最終進行任務排程，并且對任務采取全流程監控，簡單易用。對業務完全無侵入，通過簡單靈活的配置即可生成符合預期的任務排程模型。

SIA-TASK借鑒微服務的設計思想，擷取分布在每個任務執行器上的任務中繼資料，上傳到任務注冊中心。利用線上方式進行任務編排，可動态修改任務時鐘，采用HTTP作為任務排程協定，統一使用JSON資料格式，由排程中心進行時鐘解析，執行任務流程，進行任務通知。

2.2 術語

簡單介紹一下SIA-TASK的術語。

• 任務（Task）: 基本執行單元，執行器對外暴露的一個HTTP調用接口;
• 作業（Job）: 由一個或者多個存在互相邏輯關系（串行/并行）的任務組成，任務排程中心排程的最小機關;
• 計劃（Plan）: 由若幹個順序執行的作業組成，每個作業都有自己的執行周期，計劃沒有執行周期;
• 任務排程中心（Scheduler）: 根據每個的作業的執行周期進行排程，即按照計劃、作業、任務的邏輯進行HTTP請求，它是一個單獨的節點；
• 任務編排中心（Config）: 編排中心使用任務來建立計劃和作業;
• 任務執行器（Executer）: 接收HTTP請求進行業務邏輯的執行;
• Hunter：Spring項目擴充包，負責執行器中的任務抓取，上傳注冊中心，業務可依賴該元件進行Task編寫。

Job、Task、Plan的關系

Task是業務執行的基本單元，執行器對外暴露的一個HTTP調用接口。若幹個Task構成一個Job，而Plan是由若幹個順序執行的Job構成。

為什麼這裡需要一個Plan？有的時候兩個任務不光有順序關系（就是A任務執行完之後再執行B任務），還需要滿足一定的時間要求，比如上午10點執行任務A，下午2點執行任務B，而且必須保證上午10點任務A按時執行完成。

打個比方，今晚8點有一場足球比賽的直播，如果晚上8點我還不能到家，那我就沒辦法看直播，而如果今天我下班早，下午6點多就到家，也必須等到8點才能開始看球賽，這就是Plan計劃的來源。

2.3 組成

SIA-TASK任務排程平台有以下幾個部分組成：

• 任務執行器，就是你的業務代碼在哪裡，這是屬于項目組的。
• 任務注冊中心，我們用的是ZooKeeper。
• 任務編排中心
• 持久存儲，我們用的是MySQL。
• 任務排程中心

2.4 運作

接下來詳細介紹SIA-TASK的運作邏輯。

首先，通過注解抓取任務執行器中的任務上報到任務注冊中心。任務執行器在啟動的時候，會有一個叫online Task的注解，隻要把這個注解放到control代碼的方法上，就會自動把HTTP接口抓取出來，然後上報到任務注冊中心，這裡我們用的是ZooKeeper。

任務編排中心從任務注冊中心擷取資料進行編排儲存入持久化存儲。也就是說，相當于在執行器裡，把業務調用HTTP接口請求的URL位址、端口等執行個體抓取出來上傳到ZooKeeper裡，ZooKeeper就拿到了一個個的任務，ZooKeeper會把任務本身的資訊抓取出來放到MySQL裡。

這裡要差別一下什麼是任務，什麼是任務執行個體。任務執行個體和任務的關系，有點像類和對象的關系，就是一份業務邏輯代碼可能部署在多個節點上，也就是說這些節點的業務邏輯代碼是一模一樣的，在運作階段抓取的時候會把每個節點上業務邏輯代碼都抓取上來，針對這個業務它就是一個任務，但是每一個端口、每個IP位址對應的可能就是一個任務執行個體。比如高可用熱備時，我們會把任務本身的資訊經過處理之後儲存到持久存儲裡，而執行個體本身的資訊隻會停留在ZooKeeper裡。

任務配置中心可以根據ZooKeeper裡的資訊和MySQL裡的資訊進行配置，就是根據抓取的任務，給這些Task加時鐘、政策，然後編排出Job和Plan，并把現在的這些資訊儲存到MySQL裡。

任務排程中心從持久化存儲擷取排程資訊，知道編排的Job、Plan、時鐘、政策等邏輯，任務排程中心按照排程邏輯通路任務執行器，對這些從執行器上抓取來的Task進行排程。

這就是SIA-TASK的運作邏輯，同時我們會把排程日志存到Kafka裡。

2.5 特性

1）基于注解自動抓取任務

在暴露成HTTP服務的方法上加入@OnlineTask注解，@OnlineTask會自動抓取方法所在的IP位址、端口、請求路徑、請求方法、請求參數格式等資訊上傳到任務注冊中心(zookeeper)，并同步把任務資訊寫入持久化存儲中。

2）基于注解無侵入多線程控制

單一任務執行個體必須保持單線程運作，任務排程架構自動攔截@OnlineTask注解進行單線程運作控制，保持在一個任務運作時不會被再次排程。而且整個控制過程對開發者完全無感覺。

就是在一個任務執行個體上，要保證任務在運作的時候是單線程狀态。其實這是由使用者自己控制的，如果需要是單線程的，這裡可以加以控制；如果需要是多線程的，可以不加控制。這個控制并不需要另加代碼，隻需要在注解上去處理。

3）高度靈活任務編排模式

SIA-TASK的設計思想是以任務為原子，把多個任務按照執行的關系組合起來形成一個作業（Job）。同時運作時分為任務排程中心和任務編排中心，使得作業的排程和作業的編排分隔開來，互不影響。在我們需要調整作業的流程時，隻需要在編排中心進行處理即可。同時編排中心支援任務按照串行、并行、分支等方式組織關系。在相同任務不同任務執行個體時，也支援多種排程方式進行處理，而且整個的處理編排都是在頁面上完成的，這個功能非常好用，這也是SIA-TASK平台的一個亮點。

4）排程器自适應任務配置設定

任務執行過程中出現失敗、異常時，可以根據任務定制的政策進行多點重新喚醒任務，保證任務的不間斷執行。我們設定了很多政策，比如某個Task出現問題了怎麼辦？是再喚醒一次？還是不管了？還是人工幹預發警報？我們定制了很多政策去處理這些問題。

2.6 關鍵點

了解了平台特性，我們來梳理SIA-TASK的技術關鍵點。

• 任務流。實作任務與任務之間可配置的流向關系，形成有向無環圖(DAG)。 任務流可由定時時間(Cron 表達式)或外部請求(提供 API 位址) 開始，根據 DAG 邏輯執行。
• 中繼資料管理。微服務中各個任務中繼資料的管理同步資料抓取、錄入。
• 智能運維。可視化的任務實時監控，所有監控都是有頁面可以看到的；實時預警機制，出現問題的時候，會發送郵件或短信給相關人員告警；半智能化的自主修複，嗅探重試，不需要人工幹預。
• 資源隔離。程序間的資源隔離；程序内的資源隔離，提高系統吞吐，提供穩定性。時鐘用的是Core Schedule，一個排程中心對一個項目組用一個Core Schedule，每個項目組在同一個排程的時候，同一個排程器上都是隔離的，一個項目組出問題，不會影響到其他的項目組，這就相當于代表了隔離性負載均衡。
• 負載均衡。排程中心排程任務的時候，任務的執行周期時間不一樣，可能有的任務需要的時間長一點，有的任務需要的時間短一點，排程器的資源也不太一樣，有的CPU高一點，有的CPU低一點，那如何保證排程負載均衡？如何保證資源隔離的負載均衡？我們會根據這種任務排程的曆史值（任務耗時）以及機器本身性能的值進行考量，使每一個任務排程中心擁有的排程數量差不多、消耗也差不多。這是一種新的負載，而不是簡單的流量負載。

三、SIA-TASK組成子產品

3.1 首頁

任務排程管理首頁主要包括三部分：排程器資訊、排程次數、對接項目詳情。

• 排程器資訊：排程中心排程器的數量。
• 排程次數：排程中心排程Job的曆史累計總數。
• 對接項目詳情：排程中心對接的項目組總數，Job總數。

目前SIA-Task平台上已經接入了51個項目，上面跑的Job數有600多個，今年上線的版本，Job已經跑了3000多萬次。

排程器上有幾個值需要了解一下，每台排程器都有三個名額。

• Job上限值：所能負載的Job動态門檻值;
• Job運作數量：該排程器目前運作的Job數量；
• Job預警值：當排程器運作的Job數超過預警值時，會發郵件通知管理者。

3.2 排程器管理

關于排程器有幾個 資訊需要了解，如圖所示，點選某個排程器(柱狀圖),會顯示該排程器所搶占的Job詳情清單：

• JobKey：所配置的Job名稱，每個Job都有自己的名字。
• 類型：配置Job的定時任務類型，分為Cron與fixRate兩類。
• Job類型值：如果是Cron表達式，6位時間戳怎麼寫；如果是fixRate，那就是需要間隔多少時間。
• 預警郵箱：該Job配置的預警郵箱。
• 描述資訊：描述該Job的功能資訊，便于管理者能夠迅速發現某台排程器所搶占的Job詳情。

排程器包括工作排程器、下線排程器、離線排程器、白名單。

• 工作排程器：這類排程器具有搶占和排程Job的能力。對某排程器進行下線操作，它會立即失去搶占Job的能力，已經搶占的Job執行完畢後會自動釋放，進而被其他排程器搶占，排程器下線後會進入下線排程器清單中；工作排程器清單提供下線以及批量下線的功能。簡單來說，工作排程器就是正在工作中的排程器。
• 下線排程器：這類排程器程序仍然存活，但失去了搶占Job與參與排程的能力。對這類排程器執行上線操作，會進入工作排程器清單，且開始具有搶占和排程Job的能力；下線排程器清單提供上線及批量上線的功能。就是說，下線排程器依然活着，隻是不再參與搶占Job，之前已經有的Job還是會繼續執行完成，如果點選上線就重新具備搶占Job的能力，變成工作排程器。
• 離線排程器：這類排程器程序不再存活，當下線排程器程序死亡後，會自動進入離線排程器清單，這類排程器程序重新啟動後，會自動進入下線排程器清單；離線排程器清單也提供删除及批量删除的功能。離線排程器一般都是出現問題了，可能是程序挂掉了，也可能是網絡故障了。
• 白名單：将某個IP加入白名單之後，它具有調用所有執行器執行個體的權限；白名單清單提供批量删除的功能，删除該IP後自動失去該權限。

3.3 排程監控

上圖所示是SIA-TASK的排程監控頁面，分着的一塊一塊區域屬于不同項目組。目前SIA-Task接入了51個項目，準備中的有500多個，正在運作的有25個。

有的Job執行非常快，幾秒鐘就執行完了，有的Job執行非常慢，需要很長的時間，我們在狀态抓取的時候，隻能抓取到時間長的Job，這些被抓取的Job顯示為正在運作，而時間短的捕捉不到，但它們都處于執行狀态，這些沒有被抓取到的Job就顯示為準備中。

可能有的Job這段時間不需要運作，可以手動停止，剩下的就是異常停止的Job，需要發送郵件告警。

我們也提供了檢索的能力，可以接受不同項目組登入查詢自己的項目運作狀态。

3.4 Task管理

Task管理界面中，Task按項目組分組顯示，主要提供Task的配置、修改與删除等功能。Task包含兩部分：一部分Task使用了sia-Task-hunter元件，通過标準注解實作Task的自動抓取，這類Task不允許修改；另外一部分Task是由使用者手動添加的，我知道通路的URL和HTTP位址，手動添加進來，這部分Task支援跨平台的抓取，而且可以修改和删除。

一個Task管理包含以下幾個部分内容：項目名稱、應用名稱、任務名稱、機器位址、描述、以及檢視/修改/連通性測試等操作。同一個Task名稱，不同的機器位址，代表一個任務和不同的任務執行個體。

3.5 Job管理

前面介紹了一個Job由若幹個Task組成，圖中每一個不同的列代表項目名稱，點選下拉清單可以顯示所有的項目，可以進行過濾、添加、狀态檢視等操作。

其中狀态操作可以手工執行，可以停止或激活Job，Job配置好之後屬于未激活的狀态，需要激活一下。還可以修改Job裡的資訊，配置Job等。

如何添加Job？假如我要添加一個Cron表達式類型的Job，需要添加哪些内容呢？

因為Job是Cron表達式類型的，首先我需要輸入六位表達式内容，還要添加一個預警郵箱，再描述這個Job，每個Job都有一個key，最後還需要添加Job_key。這樣一個新的Job就添加好了。

回過頭來看，添加Job需要配置Task資訊，這是一個比較複雜的過程。一個Job由若幹個Task組成，我們可以用拖拉拽的方式根據Task之間的關系确定形成組成Job的所有Task的順序關系。還可以以不同顔色代表不同項目進行區分，當然隻有管理者才有權限看到所有項目，各個項目的負責人隻能看到自己所屬項目的狀态。

上傳Task的時候會帶一些參數，是以還涉及到參數的處理，比如參數類型、參數值、過期時間等。重點聊聊過期時間。

通過HTTP方式調用會遇到一個問題：到底Task什麼時間會執行完成。為解決這個問題，就需要設一個Task的過期時間，隻要過期時間一到，就會轉入其他政策，比如放棄或人工處理等。因為作為異步調用，不可能無休止地等待用戶端傳回結果。

當然也可能存在一種情況：我得到的結果是逾時了，實際上任務是在正确執行，而且再過一段時間給我傳回結果了。我們曾經設計了一種隊列補償機制來處理這個問題，但是好像意義不大。當然，這隻是一種可能，平台上線至今沒有出現過。

目前平台的Task_選取執行個體政策包括兩種：

• 随機，從可選的清單中，随機選擇執行個體，即IP+端口；

• 固定IP，指定執行個體，随後需要從可選清單中人工指定執行個體。

  平台支援四種Task_調用失敗政策：

• STOP，停止政策，調用失敗則整個Job停止，不再執行後續Task；
• IGNORE，忽略政策，調用失敗則跳過該Task，繼續執行後續Task；
• TRANSFER，轉移政策，選取該Task的其他執行個體執行，如果依然失敗，則使用停止政策；
• MULTI_CALLS_TRANSFER，多次調用再轉移政策，重複調用該Task多次，如果依然失敗，則使用轉移政策。

3.6 排程日志

日志管理提供了Job的運作日志相關資訊，按項目組分組顯示，一條Job日志的關鍵元素包含：

• 執行狀态：表示該Job執行結果；
• 執行時間：表示排程器排程Job的時間；
• 執行完成時間：表示Job執行完成的時間；
• 排程資訊：表示執行Job的排程器執行個體；
• 執行資訊：Job執行的具體資訊，并且已實作Job與所引用的Task的執行日志資訊的關聯，日志預設儲存七天。

四、開源

SIA-TASK作為SIA團隊的一個重要産品，在公司接入了數十個項目，運作着數百個Job，經受住了穩定性的考驗。

SIA-TASK微服務排程平台于5月已經開源，開源位址：

https://github.com/siaorg/sia-Task

，感興趣的同學可以登入檢視詳細介紹。

分享者：梁鑫

來源：宜信技術學院