关于一次fullgc告警分析与分布式任务调度框架的选型调研

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一次fullGc

整个思路如下

1. 起因是这样的，最近收到的告警信息中，发现fullgc出现的频率突然高起来了。
2. 然后想到，jvm配置近期无改动，也就是说服务的堆栈大小是正常的。
3. 然后查看了一下最近的业务使用情况，发现qps也没有明显的抖动。
4. 所以初步怀疑是代码问题。
5. 然后仔细看了下cat中的内存使用柱状图，发现一个奇怪的特征，两台机器，基本都是一台机器在频繁做fullgc，另一台则不会，而且出现fullgc之前的内存使用情况是老年代呈现梯度递增的，也就是说在某一个时间点会突然暴增4g直接进入老年代的大对象。
6. 经过我们的初步猜测，应该是某个时间点内存突然加载了很大的对象，其实这时候已经大概猜到可能是定时任务了。
7. 不过还是去看了下gc日志，发现有一个对象的内存占用率是显著增加的，也就是所谓的大对象。
8. 根据这个对象，找到相应代码，发现确实是定时任务中的一个对象，会定时从库中查询，库中的数据量其实还好，但是数据中有大字段，所以开发同学没注意，load了整个对象，然后导致了频繁的fullgc。
9. 解决方法倒是好说，根据业务需要，对查询的字段做精简即可。

产生的想法

但是这次定时任务导致的fullgc引发了我的思考，其实在当今分布式应用的大环境下，我们还用之前老一套的定时任务去处理，确实会带来很多不便，比如这次的问题，如果采用分布式任务调度框架的话，是不是就能避免或者更早的发现这样的问题了？
所以决定调研一下定时任务以及分布式调度框架相关的东西，选择一个适合我们业务的框架。

无框架的定时任务

以下按照技术的发展顺序，依次介绍

定时器类Timer

早期没有任何框架的时候，是使用JDK中的Timer机制和多线程机制（Runnable+线程休眠）来实现定时或者间隔⼀段时间执⾏某⼀段程序。

import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;
import java.util.Date;
import java.text.SimpleDateFormat;

class MyTask extends TimerTask
{
    
    
	@Override
    public void run()
	{
    
           
		Date date =new Date();
		SimpleDateFormat ft=new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");
		System.out.println("当前时间:"+ft.format(date));	
    }
}
class TimerDemo 
{
    
    
    public static void main(String[] args) 
	{
    
           
        Timer t=new Timer();
		MyTask task=new MyTask();
		t.scheduleAtFixedRate(task,0, 1000); 
    }
}

其实就是在主线程中开启一个子线程，按时的执行某个任务。
他也有缺点

1. Timer类内部是维护了一个TaskQueue.TimerTask[]数组，数组中放了要执行的TimerTask，然后Timer执行器按照顺序去依次唤醒，这就导致了，如果两个任务的触发时间一致，那么必然有一个任务会被另一个任务耽搁。
2. 还是基于上述的原理，在Timer是单线程的前提下，如果一个任务出了异常，那么别的任务也会被中断
   比如如下代码

package com.example.demo.test;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * description
 *  * @author luhui
 * @date 2022/8/17
 */
public class TimerTest {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        TimerTask task1 = new TimerTask() {
    
    
            @Override
            public void run() {
    
    
                System.out.println("task1：" + new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new Date()));
                try {
    
    
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                } catch (Exception e) {
    
    
                    throw new RuntimeException();
                }
            }
        };

        TimerTask task2 = new TimerTask() {
    
    
            @Override
            public void run() {
    
    
                System.out.println("task2：" + new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new Date()));
                try {
    
    
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                } catch (Exception e) {
    
    
                    throw new RuntimeException();
                }
            }
        };

        Timer timer = new Timer();
        timer.schedule(task1, 0, 1000);
        timer.schedule(task2, 0, 1000);
    }
}

task1与task2的调度间隔为1s，但是因为task1与task2的执行时间都超过了1s，所以预期的时间间隔应该是

• task1为2s
• task2为3s
  但实际输出如下

task1：2022-08-17 17:06:59
task2：2022-08-17 17:07:01
task1：2022-08-17 17:07:04
task2：2022-08-17 17:07:06
task1：2022-08-17 17:07:09
task2：2022-08-17 17:07:11

输出间隔都为5s，很显然task1和task2互相阻塞。
其实在编译的时候编译器也会提醒

定时器任务池ScheduledExecutorService

承接上文，直接上代码

package com.example.demo.test;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * description
 *
 * @author luhui
 * @date 2022/8/17
 */
public class ScheduledExecutorTest {
    
    

    public static void main(String[] args) {
    
    
        Runnable task1 = () -> {
    
    
            System.out.println("task1：" + new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new Date()));
            try {
    
    
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (Exception e) {
    
    
                throw new RuntimeException();
            }
        };
        Runnable task2 = () -> {
    
    
            System.out.println("task2：" + new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new Date()));
            try {
    
    
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
            } catch (Exception e) {
    
    
                throw new RuntimeException();
            }
        };

        ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = new ScheduledThreadPoolExecutor(2);
        scheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(task1, 0, 1, TimeUnit.SECONDS);
        scheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(task2, 0, 1, TimeUnit.SECONDS);

    }
}

执行结果如下

task1：2022-08-17 17:09:54
task2：2022-08-17 17:09:54
task1：2022-08-17 17:09:56
task2：2022-08-17 17:09:57
task1：2022-08-17 17:09:58
task2：2022-08-17 17:10:00
task1：2022-08-17 17:10:01

因为我们在new ScheduledThreadPoolExecutor的时候已经指定了两个核心线程了，所以不会出现单线程的问题了。

单机框架的定时任务

Quartz任务调度框架

Quartz是很常用很经典的一个任务框架，使用起来也很简单，比较容易集成到项目中。
单机项目就不用说了，在分布式情况下，其实Quartz也是可以做成集群的。
但是它的集群有以下缺点：
缺点

1. 不适合大量的短任务 & 不适合过多节点部署；
2. 解决了高可用的问题，并没有解决任务分片的问题，存在单机处理的极限（即：不能实现水平扩展）。
3. 需要把任务信息持久化到业务数据表，和业务有耦合
4. 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。
5. 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。
6. 管理不便，多机器容易出现时钟问题。

分布式框架的任务调度

对我们的业务场景而言，分布式调度框架的优点就是

1. 因为业务系统众多，所以需要一个解耦的分布式调度框架去做定时任务
2. 业务系统接入简单
3. 有成熟稳定的社区去迭代，文档周全
4. 最好能有报警的机制
5. 能够实时的监控任务的执行情况(如时间、结果等)
   所以最后选定了xxl-job

自研定时任务框架

这里没有写每种分布式框架的原理，其实分布式调度框架的目的是一样的，所以注定了它的原理不会有太大的差异。
基于这种原理，我们也可以研制自己的定时任务框架，只不过对于大部分场景而言，没必要重复造轮子。