Elastic-Job原理--简介与示例（一）

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概述

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。

功能列表

• 分布式调度协调
• 弹性扩容缩容
• 失效转移
• 错过执行作业重触发
• 作业分片一致性，保证同一分片在分布式环境中仅一个执行实例
• 自诊断并修复分布式不稳定造成的问题
• 支持并行调度
• 支持作业生命周期操作
• 丰富的作业类型
• Spring整合以及命名空间提供
• 运维平台

基本概念

1. 分片概念

任务的分布式执行，需要将一个任务拆分为多个独立的任务项，然后由分布式的服务器分别执行某一个或几个分片项。

例如：有一个遍历数据库某张表的作业，现有2台服务器。为了快速的执行作业，那么每台服务器应执行作业的50%。 为满足此需求，可将作业分成2片，每台服务器执行1片。作业遍历数据的逻辑应为：服务器A遍历ID以奇数结尾的数据；服务器B遍历ID以偶数结尾的数据。 如果分成10片，则作业遍历数据的逻辑应为：每片分到的分片项应为ID%10，而服务器A被分配到分片项0,1,2,3,4；服务器B被分配到分片项5,6,7,8,9，直接的结果就是服务器A遍历ID以0-4结尾的数据；服务器B遍历ID以5-9结尾的数据。

2. 分片项与业务处理解耦

Elastic-Job并不直接提供数据处理的功能，框架只会将分片项分配至各个运行中的作业服务器，开发者需要自行处理分片项与真实数据的对应关系。

3. 个性化参数的适用场景

个性化参数即shardingItemParameter，可以和分片项匹配对应关系，用于将分片项的数字转换为更加可读的业务代码。

例如：按照地区水平拆分数据库，数据库A是北京的数据；数据库B是上海的数据；数据库C是广州的数据。 如果仅按照分片项配置，开发者需要了解0表示北京；1表示上海；2表示广州。 合理使用个性化参数可以让代码更可读，如果配置为0=北京,1=上海,2=广州，那么代码中直接使用北京，上海，广州的枚举值即可完成分片项和业务逻辑的对应关系。

核心理念

1. 分布式调度

Elastic-Job-Lite并无作业调度中心节点，而是基于部署作业框架的程序在到达相应时间点时各自触发调度。

注册中心仅用于作业注册和监控信息存储。而主作业节点仅用于处理分片和清理等功能。

2. 作业高可用

Elastic-Job-Lite提供最安全的方式执行作业。将分片总数设置为1，并使用多于1台的服务器执行作业，作业将会以1主n从的方式执行。

一旦执行作业的服务器崩溃，等待执行的服务器将会在下次作业启动时替补执行。开启失效转移功能效果更好，可以保证在本次作业执行时崩溃，备机立即启动替补执行。

3. 最大限度利用资源

Elastic-Job-Lite也提供最灵活的方式，最大限度的提高执行作业的吞吐量。将分片项设置为大于服务器的数量，最好是大于服务器倍数的数量，作业将会合理的利用分布式资源，动态的分配分片项。

例如：3台服务器，分成10片，则分片项分配结果为服务器A=0,1,2;服务器B=3,4,5;服务器C=6,7,8,9。 如果服务器C崩溃，则分片项分配结果为服务器A=0,1,2,3,4;服务器B=5,6,7,8,9。在不丢失分片项的情况下，最大限度的利用现有资源提高吞吐量。

整体架构图

快速入门

引入Maven依赖

<!-- 引入elastic-job-lite核心模块 -->
<dependency>
    <groupId>io.elasticjob</groupId>
    <artifactId>elastic-job-lite-core</artifactId>
    <version>${latest.release.version}</version>
</dependency>

<!-- 使用springframework自定义命名空间时引入 -->
<dependency>
    <groupId>io.elasticjob</groupId>
    <artifactId>elastic-job-lite-spring</artifactId>
    <version>${latest.release.version}</version>
</dependency>

作业开发

public class MyElasticJob implements SimpleJob {
    
    @Override
    public void execute(ShardingContext context) {
        switch (context.getShardingItem()) {
            case 0: 
                // do something by sharding item 0
                break;
            case 1: 
                // do something by sharding item 1
                break;
            case 2: 
                // do something by sharding item 2
                break;
            // case n: ...
        }
    }
}

作业配置

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
    xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
    xmlns:reg="http://www.dangdang.com/schema/ddframe/reg"
    xmlns:job="http://www.dangdang.com/schema/ddframe/job"
    xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans
                        http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd
                        http://www.dangdang.com/schema/ddframe/reg
                        http://www.dangdang.com/schema/ddframe/reg/reg.xsd
                        http://www.dangdang.com/schema/ddframe/job
                        http://www.dangdang.com/schema/ddframe/job/job.xsd
                        ">
    <!--配置作业注册中心 -->
    <reg:zookeeper id="regCenter" server-lists="yourhost:2181" namespace="dd-job" base-sleep-time-milliseconds="1000" max-sleep-time-milliseconds="3000" max-retries="3" />
    
    <!-- 配置作业-->
    <job:simple id="oneOffElasticJob" class="xxx.MyElasticJob" registry-center-ref="regCenter" cron="0/10 * * * * ?" sharding-total-count="3" sharding-item-parameters="0=A,1=B,2=C" />
</beans>

实现原理

弹性分布式实现

• 第一台服务器上线触发主服务器选举。主服务器一旦下线，则重新触发选举，选举过程中阻塞，只有主服务器选举完成，才会执行其他任务。

• 某作业服务器上线时会自动将服务器信息注册到注册中心，下线时会自动更新服务器状态。

• 主节点选举，服务器上下线，分片总数变更均更新重新分片标记。

• 定时任务触发时，如需重新分片，则通过主服务器分片，分片过程中阻塞，分片结束后才可执行任务。如分片过程中主服务器下线，则先选举主服务器，再分片。

• 通过上一项说明可知，为了维持作业运行时的稳定性，运行过程中只会标记分片状态，不会重新分片。分片仅可能发生在下次任务触发前。

• 每次分片都会按服务器IP排序，保证分片结果不会产生较大波动。

• 实现失效转移功能，在某台服务器执行完毕后主动抓取未分配的分片，并且在某台服务器下线后主动寻找可用的服务器执行任务。

注册中心数据结构

注册中心在定义的命名空间下，创建作业名称节点，用于区分不同作业，所以作业一旦创建则不能修改作业名称，如果修改名称将视为新的作业。作业名称节点下又包含4个数据子节点，分别是config, instances, sharding, servers和leader。

config节点

作业配置信息，以JSON格式存储

instances节点

作业运行实例信息，子节点是当前作业运行实例的主键。作业运行实例主键由作业运行服务器的IP地址和PID构成。作业运行实例主键均为临时节点，当作业实例上线时注册，下线时自动清理。注册中心监控这些节点的变化来协调分布式作业的分片以及高可用。 可在作业运行实例节点写入TRIGGER表示该实例立即执行一次。

sharding节点

作业分片信息，子节点是分片项序号，从零开始，至分片总数减一。分片项序号的子节点存储详细信息。每个分片项下的子节点用于控制和记录分片运行状态。节点详细信息说明：

子节点名	临时节点	描述
instance	否	执行该分片项的作业运行实例主键
running	是	分片项正在运行的状态 仅配置monitorExecution时有效
failover	是	如果该分片项被失效转移分配给其他作业服务器，则此节点值记录执行此分片的作业服务器IP
misfire	否	是否开启错过任务重新执行
disabled	否	是否禁用此分片项

servers节点

作业服务器信息，子节点是作业服务器的IP地址。可在IP地址节点写入DISABLED表示该服务器禁用。 在新的cloud native架构下，servers节点大幅弱化，仅包含控制服务器是否可以禁用这一功能。为了更加纯粹的实现job核心，servers功能未来可能删除，控制服务器是否禁用的能力应该下放至自动化部署系统。

leader节点

作业服务器主节点信息，分为election，sharding和failover三个子节点。分别用于主节点选举，分片和失效转移处理。

leader节点是内部使用的节点，如果对作业框架原理不感兴趣，可不关注此节点。

子节点名	临时节点	描述
election\instance	是	主节点服务器IP地址 一旦该节点被删除将会触发重新选举 重新选举的过程中一切主节点相关的操作都将阻塞
election\latch	否	主节点选举的分布式锁 为curator的分布式锁使用
sharding\necessary	否	是否需要重新分片的标记 如果分片总数变化，或作业服务器节点上下线或启用/禁用，以及主节点选举，会触发设置重分片标记 作业在下次执行时使用主节点重新分片，且中间不会被打断 作业执行时不会触发分片
sharding\processing	是	主节点在分片时持有的节点 如果有此节点，所有的作业执行都将阻塞，直至分片结束 主节点分片结束或主节点崩溃会删除此临时节点
failover\items\分片项	否	一旦有作业崩溃，则会向此节点记录 当有空闲作业服务器时，会从此节点抓取需失效转移的作业项
failover\items\latch	否	分配失效转移分片项时占用的分布式锁 为curator的分布式锁使用

zk相关注册分片信息示例：

流程图

作业启动

作业执行

作业分片策略

框架提供的分片策略

AverageAllocationJobShardingStrategy

全路径：

com.dangdang.ddframe.job.lite.api.strategy.impl.AverageAllocationJobShardingStrategy

策略说明：

基于平均分配算法的分片策略，也是默认的分片策略。

如果分片不能整除，则不能整除的多余分片将依次追加到序号小的服务器。如：

如果有3台服务器，分成9片，则每台服务器分到的分片是：1=[0,1,2], 2=[3,4,5], 3=[6,7,8]

如果有3台服务器，分成8片，则每台服务器分到的分片是：1=[0,1,6], 2=[2,3,7], 3=[4,5]

如果有3台服务器，分成10片，则每台服务器分到的分片是：1=[0,1,2,9], 2=[3,4,5], 3=[6,7,8]

OdevitySortByNameJobShardingStrategy

全路径：

com.dangdang.ddframe.job.lite.api.strategy.impl.OdevitySortByNameJobShardingStrategy

策略说明：

根据作业名的哈希值奇偶数决定IP升降序算法的分片策略。

作业名的哈希值为奇数则IP升序。

作业名的哈希值为偶数则IP降序。

用于不同的作业平均分配负载至不同的服务器。

AverageAllocationJobShardingStrategy的缺点是，一旦分片数小于作业服务器数，作业将永远分配至IP地址靠前的服务器，导致IP地址靠后的服务器空闲。而OdevitySortByNameJobShardingStrategy则可以根据作业名称重新分配服务器负载。如：

如果有3台服务器，分成2片，作业名称的哈希值为奇数，则每台服务器分到的分片是：1=[0], 2=[1], 3=[]

如果有3台服务器，分成2片，作业名称的哈希值为偶数，则每台服务器分到的分片是：3=[0], 2=[1], 1=[]

RotateServerByNameJobShardingStrategy

全路径：

com.dangdang.ddframe.job.lite.api.strategy.impl.RotateServerByNameJobShardingStrategy

策略说明：

根据作业名的哈希值对服务器列表进行轮转的分片策略。

自定义分片策略

实现JobShardingStrategy接口并实现sharding方法，接口方法参数为作业服务器IP列表和分片策略选项，分片策略选项包括作业名称，分片总数以及分片序列号和个性化参数对照表，可以根据需求定制化自己的分片策略。

欢迎将分片策略以插件的形式贡献至com.dangdang.ddframe.job.lite.api.strategy包。

配置分片策略

与配置通常的作业属性相同，在spring命名空间或者JobConfiguration中配置jobShardingStrategyClass属性，属性值是作业分片策略类的全路径。