集群任务消费组件TaskScheduler设计

业务背景

假设我们这样一个需求：每天晚上定时将数据库数据刷新到缓存中。数据库为 10 库 10 表。每张表 100 万数据。

需求分析

10库10表总共1亿条数据，各条数据只要序列化为字符串，存入缓存即可，相互无关联。但数据量较大，单机多线程执行的情况下，执行性能也是极慢的。所以我们考虑集群的方式处理。

可以将10库10表拆分为100个task，集群节点不停的拉取task，处理相关逻辑直至所有task处理完成。

为什么要集群，而不能在单机上开多个线程处理？

答：单机多线程处理也有性能上线，当线程启动过多，并发性能会因为线程切换的消耗反而会急剧下降。

方案

定时JOB服务：QuartzJob+Topshelf 组件 来实现windows服务方式部署的定时任务。

集群任务消费：自定义组件 gt.TaskScheduler ，项目源码：https://gitee.com/gt1987/gt.TaskScheduler。

TaskScheduler概要介绍

角色定义

• 普通节点。负责消费队列中的Task，并进行相关的逻辑处理。并支持多线程并行消费。
• Leader节点。除了普通节点的功能外，还负责维护整个集群的运行状态维护，以及初始话队列数据等工作。
• 消费队列。维护集群的所有Task，支持生产者消费者模式。当前很多方案可以选型。例如 Redis、Zookeeper。
• 队列数据。由{dbname}.{tablename}构成，这样每个task即使代表一张具体的表。

集群流程：

1. 集群节点同时启动（这里会依赖QuartzJob的时间启动机制），竞争选举一个节点为Leader节点。一个集群只能有一个节点。
2. Leader节点进行队列数据及集群状态等初始化工作。普通节点等待集群状态变更到提示可以开始工作。
3. 集群节点（包括Leader节点）作为消费者，从队列拉取task，获取待处理的{dbname}.{tablename}。批量拉取数据处理存入缓存。如果队列空，则更新本节点的执行状态。
4. Leader节点完成数据逻辑工作，开始监控集群其他节点的状态，如果所有节点状态都已经是 已完成停止 状态，则开始集群停止相关状态更新工作。
5. 整个任务完成。等待下一次集群工作。
6. 过程中，如果有新节点加入，会自动以普通节点加入集群工作。

集群状态，以KEY-VALUE方式存储在分布式组件中。以Redis为例

1. 集群标识：ts:{taskSchedulerName}。taskSchedulerName为每个集群任务的名称。
2. 集群节点：ts:{taskSchedulerName}:members。hash结构存储，field为 节点名称，value标识 节点状态。
3. 集群Leader：ts:{taskSchedulerName}:leader。hash结构存储，field为 Leader节点名称，value标识 集群状态。
4. 集群队列：ts:{taskSchedulerName}:q。List结构存储。value为待处理的taskname，此例中为 表的全名。
5. 分布式锁：ts:{taskSchedulerName}:lock。用于分布式锁的Key值。

具体状态：

    /// <summary>
    /// 节点状态
    /// </summary>
    public enum MemberStatus
    {
        /// <summary>
        /// 已注册
        /// </summary>
        Register = 1,
        /// <summary>
        /// 执行任务中
        /// </summary>
        Run = 2,
        /// <summary>
        /// 已停止
        /// </summary>
        Stop = 4
    }

    /// <summary>
    /// 集群
    /// </summary>
    public enum TaskSchedulerStatus
    {
        /// <summary>
        /// 集群启动
        /// </summary>
        Start=1,
        /// <summary>
        /// 运行中
        /// </summary>
        Run=2,
        /// <summary>
        /// 集群停止
        /// </summary>
        Stop=4
    }

启动方式

        public void DefaultBuildTest()
        {
            var schedulerName = "build_test";

            using (var distribute = new RedisDistributeFeature(_redisConn, 3, 10))
            {
                TaskSchedulerManagerBuilder builder = new TaskSchedulerManagerBuilder(schedulerName, distribute);
                builder.AddTaskHandler("sample1", new SampleHandler(distribute));
                builder.AddTaskHandler("sample2", new SampleHandler(distribute));
                var taskScheduler = builder.Build();
                taskScheduler.Run();

                Assert.Equal("0", distribute.GetData(_sampleKey, "sample1"));
                Assert.Equal("0", distribute.GetData(_sampleKey, "sample2"));
            }
        }

 SampleHandler： 

    public class SampleHandler : ITaskHandler
    {
        private IDistributeFeature _distribute;
        private readonly string _sampleKey = "ts:test:sample:result";
        public SampleHandler(IDistributeFeature distribute)
        {
            _distribute = distribute;
        }

        public Task Execute(string tag)
        {
            _distribute.SetData(_sampleKey, tag, "0");
            return Task.Delay(500);
        }
    }

不列详细代码了，具体可参考源码

既存问题：

1. 如果Leader节点发生异常，并没有成功更新集群停止状态，那么下一次集群启动时，会发现集群正常运行中，所有节点不会正常工作。

          答1：考虑状态类数据存储增加时间过期，这里的过期时间应该大于整个集群任务完成的预估时间