宜信微服務任務調度平台建設實踐|分享實錄

2019 年 10 月 22 日
筆記

本文主要圍繞SIA平台展開，包括研發背景設計思路和技術架構，以及如何支持業務方。

內容來源：宜信技術學院第4期技術沙龍-線上直播|宜信微服務任務調度平台建設實踐

主講人：宜信高級架構師&開發平台負責人梁鑫

導讀：如今，無論是互聯網應用還是企業級應用，都充斥着大量的批處理任務，常常需要一些任務調度系統幫助我們解決問題。隨着微服務化架構的逐步演進，單體架構逐漸演變為分佈式、微服務架構。

在此背景下，很多之前的任務調度平台已經不能滿足業務系統的需求，於是出現了一些基於分佈式的任務調度平台。這些平台各有其特點，但也各有不足之處，比如不支持任務編排、與業務高耦合、不支持跨平台等問題，不是非常符合公司的需求，因此我們開發了微服務任務調度平台（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，以及如何支持業務方。

一、SIA-TASK的產生

1.1 背景

無論是互聯網應用還是企業級應用，都充斥着大量的批處理任務，常常需要一些任務調度系統幫助我們解決問題。隨着微服務化架構的逐步演進，單體架構逐漸演變為分佈式、微服務架構。

在這樣的背景下，很多之前的任務調度平台或組件已經不能滿足業務系統的需求，於是出現了一些基於分佈式的任務調度平台。這些平台各有其特點，但也各有不足之處，比如不支持任務編排、與業務高耦合、不支持跨平台等問題。

1.2 種類

按照任務與時間的關係，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誌；每月10號要給公司全員發工資，這些都屬於飛機型任務。
地鐵型是指每隔固定時間執行任務，不可並發。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，這就是不可並發。
公共汽車型是指每隔固定時間執行任務，可並發。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，忘記了還在運行的定時任務。在我們公司發生過一個這樣的案例，若干年前的一個冬天，我們的一個項目團隊用3個月的時間做了一個項目，運行一段時間後發現項目的效果並不是很理想，便將相關的程序都停掉了，卻忘了有一個跑批任務的節點還在繼續運行，直到兩年後，這個節點產生的日誌把磁盤填滿了，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行的定時任務，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覆造成問題數據。大家知道項目有的時候是需要有依賴關係的。比如某個項目的跑批流程A和跑批流程B存在先後次序，項目組設置跑批流程A在凌晨2點運行，跑批流程B在凌晨4點運行，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，就會導致數據出現問題，需要手工處理出現問題的數據。

1.4 關係

前文提到任務之間是有關係的，那到底存在哪些關係呢？我認為主要有以下3種：

串行，存在先後關係的兩個任務。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。
並行，可以並發執行的兩個任務。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就是並行關係。
分支，根據前置任務的返回結果進行判斷，不同的結果執行不同的後續任務。比如返回0的時候，執行任務A，返回1的時候執行任務B，這是一種分支的情況。

1.5 思考

基於上述的幾種關係，我們在建設任務調度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儘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，項目組只需要關心業務邏輯。
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調度區隔開來，採用註冊和發現機制來建設任務調度平台，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並行的關係、有串行的關係，還有分支的關係，我們希望平台能有相應的編排功能去處理和支持這些任務。
任務分片。對於一個大型任務，需要分片並行執行。
跨平台。除了使用 Java 技術棧（SpringBoot、Spring等）的項目之外，還要能夠支持使用其他語言的應用。
無侵入。業務不希望與調度高耦合，只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，將影響降到最低。
高可用/故障轉移。調度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。任務調度的操作提供可視化頁面，方便使用。
實時監控。平台要有實時監控系統，實時獲取任務的執行狀態。
動態編輯。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。

基於以上的背景與考慮，我們建設了微服務任務調度平台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（微服務任務調度平台）是其中的一項重要產品，SIA-Task契合當前微服務架構模式，具有跨平台、可編排、高可用、無侵入、一致性、異步並行、動態擴展、實時監控等特點。

SIA-TASK是任務調度的一體式解決方案，對任務進行元數據採集，然後進行任務可視化編排，最終進行任務調度，並且對任務採取全流程監控，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調度模型。

SIA-TASK借鑒微服務的設計思想，獲取分佈在每個任務執行器上的任務元數據，上傳到任務註冊中心。利用在線方式進行任務編排，可動態修改任務時鐘，採用HTTP作為任務調度協議，統一使用JSON數據格式，由調度中心進行時鐘解析，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相互邏輯關係（串行/並行）的任務組成，任務調度中心調度的最小單位;
計劃（Plan）: 由若干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;
任務調度中心（Scheduler）: 根據每個的作業的執行周期進行調度，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創建計劃和作業;
任務執行器（Executer）: 接收HTTP請求進行業務邏輯的執行;
Hunter：Spring項目擴展包，負責執行器中的任務抓取，上傳註冊中心，業務可依賴該組件進行Task編寫。

Job、Task、Plan的關係

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。若干個Task構成一個Job，而Plan是由若干個順序執行的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係（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任務調度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，這是屬於項目組的。
任務註冊中心，我們用的是ZooKeeper。
任務編排中心
持久存儲，我們用的是MySQL。
任務調度中心

2.4 運行

接下來詳細介紹SIA-TASK的運行邏輯。

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

任務編排中心從任務註冊中心獲取數據進行編排保存入持久化存儲。也就是說，相當於在執行器里，把業務調用HTTP接口請求的URL地址、端口等實例抓取出來上傳到ZooKeeper里，ZooKeeper就拿到了一個個的任務，ZooKeeper會把任務本身的信息抓取出來放到MySQL里。

這裡要區別一下什麼是任務，什麼是任務實例。任務實例和任務的關係，有點像類和對象的關係，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，在運行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地址對應的可能就是一個任務實例。比如高可用熱備時，我們會把任務本身的信息經過處理之後保存到持久存儲里，而實例本身的信息只會停留在ZooKeeper里。

任務配置中心可以根據ZooKeeper里的信息和MySQL里的信息進行配置，就是根據抓取的任務，給這些Task加時鐘、策略，然後編排出Job和Plan，並把現在的這些信息保存到MySQL里。

任務調度中心從持久化存儲獲取調度信息，知道編排的Job、Plan、時鐘、策略等邏輯，任務調度中心按照調度邏輯訪問任務執行器，對這些從執行器上抓取來的Task進行調度。

這就是SIA-TASK的運行邏輯，同時我們會把調度日誌存到Kafka里。

2.5 特性

1）基於註解自動抓取任務

在暴露成HTTP服務的方法上加入@OnlineTask註解，@OnlineTask會自動抓取方法所在的IP地址、端口、請求路徑、請求方法、請求參數格式等信息上傳到任務註冊中心(zookeeper)，並同步把任務信息寫入持久化存儲中。

2）基於註解無侵入多線程控制

單一任務實例必須保持單線程運行，任務調度框架自動攔截@OnlineTask註解進行單線程運行控制，保持在一個任務運行時不會被再次調度。而且整個控制過程對開發者完全無感知。

就是在一個任務實例上，要保證任務在運行的時候是單線程狀態。其實這是由用戶自己控制的，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。這個控制並不需要另加代碼，只需要在註解上去處理。

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係組合起來形成一個作業（Job）。同時運行時分為任務調度中心和任務編排中心，使得作業的調度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，只需要在編排中心進行處理即可。同時編排中心支持任務按照串行、並行、分支等方式組織關係。在相同任務不同任務實例時，也支持多種調度方式進行處理，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）調度器自適應任務分配

任務執行過程中出現失敗、異常時，可以根據任務定製的策略進行多點重新喚醒任務，保證任務的不間斷執行。我們設定了很多策略，比如某個Task出現問題了怎麼辦？是再喚醒一次？還是不管了？還是人工干預發警報？我們定製了很多策略去處理這些問題。

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。實現任務與任務之間可配置的流向關係，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 地址) 開始，根據 DAG 邏輯執行。
元數據管理。微服務中各個任務元數據的管理同步數據抓取、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，會發送郵件或短訊給相關人員告警；半智能化的自主修復，嗅探重試，不需要人工干預。
資源隔離。進程間的資源隔離；進程內的資源隔離，提高系統吞吐，提供穩定性。時鐘用的是Core Schedule，一個調度中心對一個項目組用一個Core Schedule，每個項目組在同一個調度的時候，同一個調度器上都是隔離的，一個項目組出問題，不會影響到其他的項目組，這就相當於代表了隔離性負載均衡。
負載均衡。調度中心調度任務的時候，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，調度器的資源也不太一樣，有的CPU高一點，有的CPU低一點，那如何保證調度負載均衡？如何保證資源隔離的負載均衡？我們會根據這種任務調度的歷史值（任務耗時）以及機器本身性能的值進行考量，使每一個任務調度中心擁有的調度數量差不多、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組成模塊

3.1 首頁

任務調度管理首頁主要包括三部分：調度器信息、調度次數、對接項目詳情。

調度器信息：調度中心調度器的數量。
調度次數：調度中心調度Job的歷史累計總數。
對接項目詳情：調度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。

調度器上有幾個值需要了解一下，每台調度器都有三個指標。

Job上限值：所能負載的Job動態閾值;
Job運行數量：該調度器當前運行的Job數量；
Job預警值：當調度器運行的Job數超過預警值時，會發郵件通知管理員。

3.2 調度器管理

關於調度器有幾個信息需要了解，如圖所示，點擊某個調度器(柱狀圖),會顯示該調度器所搶佔的Job詳情列表：

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。
描述信息：描述該Job的功能信息，便於管理員能夠迅速發現某台調度器所搶佔的Job詳情。

調度器包括工作調度器、下線調度器、離線調度器、白名單。

工作調度器：這類調度器具有搶佔和調度Job的能力。對某調度器進行下線操作，它會立即失去搶佔Job的能力，已經搶佔的Job執行完畢後會自動釋放，進而被其他調度器搶佔，調度器下線後會進入下線調度器列表中；工作調度器列表提供下線以及批量下線的功能。簡單來說，工作調度器就是正在工作中的調度器。
下線調度器：這類調度器進程仍然存活，但失去了搶佔Job與參與調度的能力。對這類調度器執行上線操作，會進入工作調度器列表，且開始具有搶佔和調度Job的能力；下線調度器列表提供上線及批量上線的功能。就是說，下線調度器依然活着，只是不再參與搶佔Job，之前已經有的Job還是會繼續執行完成，如果點擊上線就重新具備搶佔Job的能力，變成工作調度器。
離線調度器：這類調度器進程不再存活，當下線調度器進程死亡後，會自動進入離線調度器列表，這類調度器進程重新啟動後，會自動進入下線調度器列表；離線調度器列表也提供刪除及批量刪除的功能。離線調度器一般都是出現問題了，可能是進程掛掉了，也可能是網絡故障了。
白名單：將某個IP加入白名單之後，它具有調用所有執行器實例的權限；白名單列表提供批量刪除的功能，刪除該IP後自動失去該權限。

3.3 調度監控

上圖所示是SIA-TASK的調度監控頁面，分着的一塊一塊區域屬於不同項目組。目前SIA-Task接入了51個項目，準備中的有500多個，正在運行的有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，我們在狀態抓取的時候，只能抓取到時間長的Job，這些被抓取的Job顯示為正在運行，而時間短的捕捉不到，但它們都處於執行狀態，這些沒有被抓取到的Job就顯示為準備中。

可能有的Job這段時間不需要運行，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錄查詢自己的項目運行狀態。

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、修改與刪除等功能。Task包含兩部分：一部分Task使用了sia-Task-hunter組件，通過標準註解實現Task的自動抓取，這類Task不允許修改；另外一部分Task是由用戶手動添加的，我知道訪問的URL和HTTP地址，手動添加進來，這部分Task支持跨平台的抓取，而且可以修改和刪除。

一個Task管理包含以下幾個部分內容：項目名稱、應用名稱、任務名稱、機器地址、描述、以及查看/修改/連通性測試等操作。同一個Task名稱，不同的機器地址，代表一個任務和不同的任務實例。

3.5 Job管理

前面介紹了一個Job由若干個Task組成，圖中每一個不同的列代表項目名稱，點擊下拉列表可以顯示所有的項目，可以進行過濾、添加、狀態查看等操作。

其中狀態操作可以手工執行，可以停止或激活Job，Job配置好之後屬於未激活的狀態，需要激活一下。還可以修改Job里的信息，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，需要添加哪些內容呢？

因為Job是Cron表達式類型的，首先我需要輸入六位表達式內容，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信息，這是一個比較複雜的過程。一個Job由若干個Task組成，我們可以用拖拉拽的方式根據Task之間的關係確定形成組成Job的所有Task的順序關係。還可以以不同顏色代表不同項目進行區分，當然只有管理員才有權限看到所有項目，各個項目的負責人只能看到自己所屬項目的狀態。

上傳Task的時候會帶一些參數，所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，只要過期時間一到，就會轉入其他策略，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客戶端返回結果。

當然也可能存在一種情況：我得到的結果是超時了，實際上任務是在正確執行，而且再過一段時間給我返回結果了。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，這只是一種可能，平台上線至今沒有出現過。

目前平台的Task_選取實例策略包括兩種：

隨機，從可選的列表中，隨機選擇實例，即IP+端口；
固定IP，指定實例，隨後需要從可選列表中人工指定實例。平台支持四種Task_調用失敗策略：
STOP，停止策略，調用失敗則整個Job停止，不再執行後續Task；
IGNORE，忽略策略，調用失敗則跳過該Task，繼續執行後續Task；
TRANSFER，轉移策略，選取該Task的其他實例執行，如果依然失敗，則使用停止策略；
MULTI_CALLS_TRANSFER，多次調用再轉移策略，重複調用該Task多次，如果依然失敗，則使用轉移策略。

3.6 調度日誌

日誌管理提供了Job的運行日誌相關信息，按項目組分組顯示，一條Job日誌的關鍵元素包含：

執行狀態：表示該Job執行結果；
執行時間：表示調度器調度Job的時間；
執行完成時間：表示Job執行完成的時間；
調度信息：表示執行Job的調度器實例；
執行信息：Job執行的具體信息，並且已實現Job與所引用的Task的執行日誌信息的關聯，日誌默認保存七天。

四、開源

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

SIA-TASK微服務調度平台於5月已經開源，開源地址：https://github.com/siaorg/sia-Task，感興趣的同學可以登錄查看詳細介紹。

分享者：梁鑫

來源：宜信技術學院