揪出XXL-JOB中的细节

﹏ヽ暗。殇╰゛Y 2022-10-18 00:55 24阅读 0赞

废话少说，直接进入正题。

相信大家对`XXL-JOB`都很了解，故本文对源码不进行过多介绍，侧重的是**看源码过程中想到的几个知识点**，不一定都对，请大神们批评指正。

## XXL-JOB简介 ##

*  `XXL-JOB`是一个轻量级分布式任务调度平台，其核心设计目标是开发迅速、学习简单、轻量级、易扩展。现已开放源代码并接入多家公司线上产品线，开箱即用。
 *  `XXL-JOB`分为调度中心、执行器、数据中心，调度中心负责任务管理及调度、执行器管理、日志管理等，执行器负责任务执行及执行结果回调。

## 任务调度 - “类时间轮”的实现 ##

### 时间轮 ###

时间轮出自`Netty`中的`HashedWheelTimer`，是一个环形结构，可以用时钟来类比，钟面上有很多`bucket`，每一个`bucket`上可以存放多个任务，使用一个`List`保存该时刻到期的所有任务，同时一个指针随着时间流逝一格一格转动，并执行对应`bucket`上所有到期的任务。任务通过**取模**决定应该放入哪个`bucket`。和`HashMap`的原理类似，`newTask`对应`put`，使用`List`来解决 Hash 冲突。

![c24e46a6fa64fe2858a071ebffbef8d3.png][]

以上图为例，假设一个`bucket`是1秒，则指针转动一轮表示的时间段为8s，假设当前指针指向 0，此时需要调度一个3s后执行的任务，显然应该加入到(0+3=3)的方格中，指针再走3s次就可以执行了；如果任务要在10s后执行，应该等指针走完一轮零2格再执行，因此应放入2，同时将`round(1)`保存到任务中。检查到期任务时只执行`round`为0的，`bucket`上其他任务的`round`减1。

当然，还有优化的“分层时间轮”的实现，请参考https://cnkirito.moe/timer/。

### XXL-JOB中的“时间轮” ###

*  XXL-JOB中的调度方式从`Quartz`变成了自研调度的方式，很像时间轮，可以理解为有60个`bucket`且每个`bucket`为1秒，但是没有了`round`的概念。
 *  具体可以看下图。

![c003766d5ebc86cab49b1e8f5e9a2f02.png][]

*  XXL-JOB中负责任务调度的有两个线程，分别为`ringThread`和`scheduleThread`，其作用如下。

> 1、scheduleThread：对任务信息进行读取，预读未来**5s**即将触发的任务，放入时间轮。 2、ringThread：对当前`bucket`和前一个`bucket`中的任务取出并执行。

*  下面结合源代码看下，为什么说是“类时间轮”，关键代码附上了注解，请大家留意观看。

// 环状结构
    private volatile static Map<Integer, List<Integer>> ringData = new ConcurrentHashMap<>();
    
    // 任务下次启动时间（单位为秒） % 60
    int ringSecond = (int)((jobInfo.getTriggerNextTime()/1000)%60);
    
    // 任务放进时间轮
    private void pushTimeRing(int ringSecond, int jobId){
            // push async ring
            List<Integer> ringItemData = ringData.get(ringSecond);
            if (ringItemData == null) {
                ringItemData = new ArrayList<Integer>();
                ringData.put(ringSecond, ringItemData);
            }
            ringItemData.add(jobId);
        }
    复制代码

// 同时取两个时间刻度的任务
    List<Integer> ringItemData = new ArrayList<>();
    int nowSecond = Calendar.getInstance().get(Calendar.SECOND);  
    // 避免处理耗时太长，跨过刻度，向前校验一个刻度；
    for (int i = 0; i < 2; i++) {
    	List<Integer> tmpData = ringData.remove( (nowSecond+60-i)%60 );
    	if (tmpData != null) {
    		ringItemData.addAll(tmpData);
    	}
    }
    // 运行
    for (int jobId: ringItemData) {
    	JobTriggerPoolHelper.trigger(jobId, TriggerTypeEnum.CRON, -1, null, null);
    }
    复制代码

## 一致性Hash路由中的Hash算法 ##

*  大家也知道，`XXL-JOB`在执行任务时，任务具体在哪个执行器上运行是根据路由策略来决定的，其中有一个策略是一致性Hash策略（源码在ExecutorRouteConsistentHash.java），自然而然想到了**一致性Hash算法**。
 *  **一致性Hash算法**是为了解决分布式系统中负载均衡的问题时候可以使用Hash算法让固定的一部分请求落到同一台服务器上，这样每台服务器固定处理一部分请求（并维护这些请求的信息），起到负载均衡的作用。
 *  普通的余数hash（hash(比如用户id)%服务器机器数）算法伸缩性很差，当新增或者下线服务器机器时候，用户id与服务器的映射关系会大量失效。一致性hash则利用hash环对其进行了改进。
 *  **一致性Hash算法**在实践中，当服务器节点比较少的时候会出现上节所说的一致性hash倾斜的问题，一个解决方法是多加机器，但是加机器是有成本的，那么就加**虚拟节点**。
 *  具体原理请参考https://www.jianshu.com/p/e968c081f563。
 *  下图为带有虚拟节点的Hash环，其中ip1-1是ip1的虚拟节点，ip2-1是ip2的虚拟节点，ip3-1是ip3的虚拟节点。

![58f1365df3a483577d5a567daff6d26e.png][]

**可见**，一致性Hash算法的关键在于**Hash算法**，保证**虚拟节点**及**Hash结果**的均匀性， 而均匀性可以理解为**减少Hash冲突**，Hash冲突的知识点请参考[从HashMap，Redis 字典看【Hash】。。。][HashMap_Redis _Hash]。

*  XXL-JOB中的一致性Hash的Hash函数如下。

// jobId转换为md5
    // 不直接用hashCode() 是因为扩大hash取值范围，减少冲突
    byte[] digest = md5.digest();
    
    // 32位hashCode
    long hashCode = ((long) (digest[3] & 0xFF) << 24)
    	| ((long) (digest[2] & 0xFF) << 16)
    	| ((long) (digest[1] & 0xFF) << 8)
    	| (digest[0] & 0xFF);
    
    long truncateHashCode = hashCode & 0xffffffffL;
    复制代码

*  看到上图的Hash函数，让我想到了`HashMap`的Hash函数

f(key) = hash(key) & (table.length - 1) 
    // 使用>>> 16的原因，hashCode()的高位和低位都对f(key)有了一定影响力，使得分布更加均匀，散列冲突的几率就小了。
    hash(key) = (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)
    复制代码

*  同理，将jobId的md5编码的高低位都对Hash结果有影响，使得Hash冲突的概率减小。

## 分片任务的实现 - 维护线程上下文 ##

*  XXL-JOB的分片任务实现了任务的分布式执行，其实是笔者调研的重点，日常开发中很多定时任务都是单机执行，对于后续数据量大的任务最好有一个分布式的解决方案。
 *  分片任务的路由策略，源代码作者提出了**分片广播**的概念，刚开始还有点摸不清头脑，看了源码逐渐清晰了起来。
 *  想必看过源码的也遇到过这么一个小插曲，路由策略咋没实现？如下图所示。

public enum ExecutorRouteStrategyEnum {
    
        FIRST(I18nUtil.getString("jobconf_route_first"), new ExecutorRouteFirst()),
        LAST(I18nUtil.getString("jobconf_route_last"), new ExecutorRouteLast()),
        ROUND(I18nUtil.getString("jobconf_route_round"), new ExecutorRouteRound()),
        RANDOM(I18nUtil.getString("jobconf_route_random"), new ExecutorRouteRandom()),
        CONSISTENT_HASH(I18nUtil.getString("jobconf_route_consistenthash"), new ExecutorRouteConsistentHash()),
        LEAST_FREQUENTLY_USED(I18nUtil.getString("jobconf_route_lfu"), new ExecutorRouteLFU()),
        LEAST_RECENTLY_USED(I18nUtil.getString("jobconf_route_lru"), new ExecutorRouteLRU()),
        FAILOVER(I18nUtil.getString("jobconf_route_failover"), new ExecutorRouteFailover()),
        BUSYOVER(I18nUtil.getString("jobconf_route_busyover"), new ExecutorRouteBusyover()),
        // 说好的实现呢？？？竟然是null
        SHARDING_BROADCAST(I18nUtil.getString("jobconf_route_shard"), null);
    复制代码

*  再继续追查得到了结论，待我慢慢道来，首先分片任务执行参数传递的是什么？看`XxlJobTrigger.trigger`函数中的一段代码。

...
    // 如果是分片路由，走的是这段逻辑
    if (ExecutorRouteStrategyEnum.SHARDING_BROADCAST == ExecutorRouteStrategyEnum.match(jobInfo.getExecutorRouteStrategy(), null)
                    && group.getRegistryList() != null && !group.getRegistryList().isEmpty()
                    && shardingParam == null) {
                for (int i = 0; i < group.getRegistryList().size(); i++) {
    	            // 最后两个参数，i是当前机器在执行器集群当中的index，group.getRegistryList().size()为执行器总数
                    processTrigger(group, jobInfo, finalFailRetryCount, triggerType, i, group.getRegistryList().size());
                }
            } 
    ...
    复制代码

*  参数经过自研RPC传递到执行器，在执行器中具体负责任务执行的`JobThread.run`中，看到了如下代码。

// 分片广播的参数比set进了ShardingUtil
    ShardingUtil.setShardingVo(new ShardingUtil.ShardingVO(triggerParam.getBroadcastIndex(), triggerParam.getBroadcastTotal()));
    ...
    // 将执行参数传递给jobHandler执行
    handler.execute(triggerParamTmp.getExecutorParams())
    复制代码

*  接着看`ShardingUtil`，才发现了其中的奥秘，请看代码。

public class ShardingUtil {
    	// 线程上下文
        private static InheritableThreadLocal<ShardingVO> contextHolder = new InheritableThreadLocal<ShardingVO>();
    	// 分片参数对象
        public static class ShardingVO {
    
            private int index;  // sharding index
            private int total;  // sharding total
    		// 次数省略 get/set
        }
    	// 参数对象注入上下文
        public static void setShardingVo(ShardingVO shardingVo){
            contextHolder.set(shardingVo);
        }
    	// 从上下文中取出参数对象
        public static ShardingVO getShardingVo(){
            return contextHolder.get();
        }
    
    }
    复制代码

*  显而易见，在负责分片任务的`ShardingJobHandler`里取出了线程上下文中的分片参数，这里也给个代码把~

@JobHandler(value="shardingJobHandler")
    @Service
    public class ShardingJobHandler extends IJobHandler {
    
    	@Override
    	public ReturnT<String> execute(String param) throws Exception {
    
    		// 分片参数
    		ShardingUtil.ShardingVO shardingVO = ShardingUtil.getShardingVo();
    		XxlJobLogger.log("分片参数：当前分片序号 = {}, 总分片数 = {}", shardingVO.getIndex(), shardingVO.getTotal());
    
    		// 业务逻辑
    		for (int i = 0; i < shardingVO.getTotal(); i++) {
    			if (i == shardingVO.getIndex()) {
    				XxlJobLogger.log("第 {} 片, 命中分片开始处理", i);
    			} else {
    				XxlJobLogger.log("第 {} 片, 忽略", i);
    			}
    		}
    
    		return SUCCESS;
    	}
    
    }
    复制代码

*  由此得出，分布式实现是根据分片参数`index`及`total`来做的，简单来讲，就是给出了当前执行器的标识，根据这个标识将任务的数据或者逻辑进行区分，即可实现分布式运行。
 *  题外话：至于为什么用外部注入分片参数的方式，不直接`execute`传递？

> 1、可能是因为只有分片任务才用到这两个参数 2、IJobHandler只有String类型参数

## 看完源码后的思考 ##

*  1、经过此次看源代码，XXL-JOB的设计目标确实符合**开发迅速、学习简单、轻量级、易扩展**。
 *  2、至于自研RPC还没有具体考量，具体接入应该会考虑公司的RPC框架。
 *  3、作者给出的`Quartz`调度的不足，笔者得继续深入了解。
 *  4、框架中很多对宕机、故障、超时等异常状况的兼容值得学习。
 *  5、Rolling日志以及日志系统实现需要继续了解。

## 参考文献 ##

*  [www.xuxueli.com/xxl-job/\#/?…][www.xuxueli.com_xxl-job]
 *  [cnkirito.moe/timer/][cnkirito.moe_timer]
 *  [www.jianshu.com/p/e968c081f…][www.jianshu.com_p_e968c081f]

[c24e46a6fa64fe2858a071ebffbef8d3.png]: /images/20221014/a8a26301c0a34e40b9ef4cbcc149b3b0.png
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[HashMap_Redis _Hash]: https://juejin.im/post/6844903927524098055
[www.xuxueli.com_xxl-job]: http://www.xuxueli.com/xxl-job/#/?id=%E3%80%8A%E5%88%86%E5%B8%83%E5%BC%8F%E4%BB%BB%E5%8A%A1%E8%B0%83%E5%BA%A6%E5%B9%B3%E5%8F%B0xxl-job%E3%80%8B
[cnkirito.moe_timer]: https://cnkirito.moe/timer/
[www.jianshu.com_p_e968c081f]: https://www.jianshu.com/p/e968c081f563