• 系统架构设计之-任务调度系统的设计
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实习生张大胖

这是个代码写得很烂的电商系统,只要运行一段时间,服务器就会出现Out Of Memory。

别人都忙得四脚朝天,于是实习生张大胖被抓了壮丁去研究为什么会出现OOM。

刚入行的张大胖技术水平一般,“装模作样”地看代码,研究日志,请教老员工,一个星期过去了,还是一无所获。

周一例行的项目会议上, 大家似乎要看张大胖的笑话了,没想到他却提了一个歪招:“这个OOM问题非常复杂,一时半会儿也解决不了,要不我们定时重启服务器怎么样?”

一脸严肃的项目经理老梁点点头:“以目前的情况看,也只能如此了。但是不能让服务中断,这样吧,公司有两台服务器,一台在凌晨1点重启, 另外一台在凌晨2点重启。”

得到了领导的首肯,张大胖赶紧行动,周末他其实已经做了准备,研究了Linux上的crontab,它的格式是这样样子:

每天凌晨一点重启系统,可以这么写:
0 1 * * *  restart.sh
(注:这里只是个简单的例子, 实际上crontab及其灵活)

这个OOM的问题被张大胖灵机一动给解决了,或者说,被临时隐藏了。

crontab达人的烦恼

大家知道张大胖擅长crontab, 都把一些定时的任务扔给他去做: 什么定时统计报表,定时同步数据,定时删除表中的无效订单...... 等等。

张大胖整天面对的就是crontab和脚本,都快要吐了。

不仅如此,同事们还经常提出一些“变态”的需求:
“大胖,那个定时任务运行得怎么样了?”
“大胖,我想把那个定时任务给停掉。”
“大胖,那个定时任务今晚别运行啊!”
“......”

张大胖真是烦死了,他心想,要是提供个界面让大家使用就好了, 可是crontab似乎并不支持。

要不自己开发一个?

有一次张大胖偶然发现了JDK中的Timer类,似乎也是做这些定时任务的, 不由地眼前一亮,但是仔细研究以后就发现,JDK的Timer还是太简单了,做点简单的定时任务还行, 对于复杂的情况,尤其是复杂的时间策略,还是力不从心。

另起炉灶

看来自己需要从头设计了,张大胖想到了一篇文章《一个著名的日志系统是怎么设计出来的?》, 小张用“正交”的原则设计出了Logger, Appender, Formatter这些类。

我也可以使用同样的原则啊,小张能行,我凭什么不行?

说干就干,先想想需求,非常简单,不就是定时地执行任务嘛!

“任务”应该是正交中的一个“维度”,我可以抽象出一个接口叫做Task , 嗯,还是叫做Job吧。

对使用者来说,他需要提供一个实现类出来,在实现类中描述要做什么事情,比如:生成报表,复制数据......

“定时”该怎么处理? 定时,定时触发,干脆叫做Trigger吧。

这个Trigger 可以指定什么时间开始,时间间隔,运行多少次, 能覆盖大部分需求了。

可是张大胖转念一想,如果有人要求类似日历的重复间隔该怎么处理? 比如每月的第一天运行,或者每周的最后一天运行,该怎么办?  crontab特别适合描述这种情况,对,可以搞一个类似于crontab的Trigger。

看来Trigger最好也是个接口,我来提供几个默认的实现,比如SimpleTrigger,CronTrigger,用户还可以扩展,这样就灵活了。

Job和Trigger也是正交的关系, 两者可以互不影响,可以独立扩展,真是不错, 张大胖不仅得意起来,这设计也很简单嘛!

但是怎么把这两个家伙结合起来?

必须得有个“大管家”才行,这个大管家应该可以接受Job, 然后按照各种Trigger去运行,嗯,叫做调度器Scheduler应该不错。

张大胖画了个草图,来展示三者之间的关系:

设计得差不多了,可以进入开发阶段了, 因为是自己要写一个类似于框架的东西,让别人去使用,张大胖开发起来非常有激情,即使是利用晚上和周末的时间来写代码,也是像打了鸡血一样,根本不觉得累。

一个月过去了,第一版新鲜出炉。

这个版本不仅有核心的API像Job, Trigger, Scheduler ,张大胖还专门开发了一个界面,用来展示定时任务的进展,例如什么时间运行,运行了几次,失败了几次......等等。

张大胖把它叫做“大胖定时任务调度系统”。

持久化

他兴奋地拿去让项目经理老梁看, 可是老梁并不感冒,面无表情地说:“你这个小软件有啥用啊。”

张大胖被泼了一盆冷水,依然热情满满地推销:“用了我的这个定时调度系统,任何人都可以轻松地启动,停止任务, 咱们项目中所有的定时任务一目了然。 大家就不用找我来手工调整了。”

老梁开玩笑地说:“奥,那你的实习工作就可以结束了,哈哈。”

正巧CTO Bill经过,他饶有兴趣地看了一会,提了一个问题:“假设你这个大胖调度系统在运行的时候,机器突然间Down掉了,怎么处理?”

张大胖一脸懵逼:“什么怎么处理,重启机器呗。”

Bill 说: “之前的任务还能接着运行吗,比如说一个任务需要运行100次,在机器down掉之前运行了90次,重启后能不能从第91次运行?”

张大胖有点发窘,不好意思地挠挠头:“这一点我还真没考虑到,我现在都是在内存中记录运行的情况,看来得做持久化了。”

Bill 听到持久化这个词,知道张大胖已经Get到了,他说,你把这个持久化实现了,到时候直接向我汇报。

得到了CTO的赏识,张大胖不敢怠慢,赶紧进行新的设计, 他抽象了一个叫做JobStore的接口,表示Job的存储,像什么Job,Trigger, Job运行情况都存储在其中。 

下面有两个实现,分别对应内存存储和数据库存储。

虽然SQL是标准的,但是不同的数据库还是有细微的差异, 张大胖觉得得把这些差异给封装起来, 他又提取了一个接口叫做DriverDelegate, 屏蔽了数据库细节,让DbJobStore使用。

他还提供了一个缺省的实现StdJDBCDelegate,如果那些数据库还有独特的实现,那就写个子类就行了。

高可用

“大胖定时任务调度系统 2.0” 开发完成以后,张大胖仔细地想了一遍,似乎没有什么漏洞了,决定正式向CTO Bill去汇报。

Bill 亲切地询问了张大胖加班加点设计和开发的情况,对他这种不计较个人得失,一心一意为公司谋福利的精神表示了高度的赞赏。

张大胖受宠若惊。

Bill话锋一转:“我们的系统最近用户越来越多,老板特别提出了高可用的需求,系统的各个组件也得达到高可用!”

“高可用? 拿我的定时调度系统来说,就是说可以部署在多个机器上,一个down掉了,其他的还可以运行,对吧?” 张大胖一点就透。

Bill 赞许地点点头:“你想好怎么去实现了吗?”

“很简单啊,把定时调度系统部署到多个机器上,形成几个备份就行了!”

张大胖还在白板上画了这么一个图:

“那同一个时刻,有多少个Scheduler 在运行?”  Bill 终于抛出了重磅炸弹。

张大胖现在明白Bill的疑问了了,三个实例都在运行,那一个Job就有可能运行多次,这肯定是不行的!

他说道:“要不让三个实例A,B,C都去访问同一个数据库吧!”

Bill说:“那三个实例访问同一份数据,肯定会出现冲突,互相覆盖,那就乱套了!”

其实,实例A,实例B,实例C组成一个类似集群的东西,但是同一时刻,一个Job只能在一个实例上运行。

比如Job X 从凌晨1点开始,每隔1小时运行一次,那1:00 的时候Job X可能在实例A上运行, 2:00的时候可能在实例B上运行, 3:00的时候可能在实例C上运行。

也就是说,这三个实例部分地实现了负载均衡。

张大胖说:“这可就难办了。难道让这三个实例A,B,C之间互相通信?”

Bill说道:“那样有点麻烦,就变成一个分布式系统下的通信问题了,我们要不用这个数据库做点文章? 反正这个数据库已经存了Job的信息,Trigger的信息,我们就多加一个表吧,就叫LOCKS,这个表里边每一行记录都可以当做一个‘锁’来用。”

张大胖表示不太明白。

“很简单,就是数据库的‘行’锁嘛, 比如SELECT * FROM LOCKS where LOCK_NAME='TRIGGER' FOR UPDATE ,这就把那一行记录给锁住了, 别的事务只能等待当前事务commit以后才能访问。”

张大胖还是不太明白。

“比如,服务器A的实例A在一个事务中先执行了上面SQL, 就把那一行给锁住了,当服务器B的实例B也去执行同样的SQL的时候, 只能等待,对吧? 这不就相当于实例A获得了锁吗?”

“原来如此,以后任何一个调度器实例想要获取Job的运行时间,设置Job的下一次运行时间的时候,都必须先获得这个锁。这样这些分布式的调度器就不会冲突了,只会运行一个特定时间的Job。 我这就去做个详细设计,再来汇报。”

开源

两个月后,“大胖定时任务调度系统 3.0” 开发完毕,在Bill的大力支持和推动下,成功地应用在了公司的项目中。

灵活的设计和扩展性,加上持久化,集群等强大的功能, 系统受到了大家的欢迎。

考虑到很多公司都会有类似的需求,Bill决定把系统开源, 只是“大胖定时任务调度系统”这个名字有点俗,还有点长,Bill把它改名为“Quartz”。

Quartz从此流行开来。
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