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[PHP代码] 基于Redis的任务调度设计方案

发表于 2018-3-12 08:00:03

作者:林柏格,原文地址

一个网关服务器就跟快餐店一样,总是希望客人来得快、去得也快,这样在相同时间内才可以服务更多的客人。如果快餐店的服务员在一个顾客点餐、等餐和结账时都全程跟陪的话,那么这个服务员大部分时间都是在空闲的等待。应该有专门的服务员负责点餐,专门的服务员负责送餐,专门的服务员负责结账,这样才能提高效率。同样道理,网关服务器中也需要分工明确。举个例子:

假设有一个申请发送重置密码邮件的网关接口,须知道发送一封邮件可能会花费上好几秒钟,如果网关服务器直接在线上给用户发送重置密码邮件,高并发的情况下就很容易造成网络拥挤。但实际上,网关服务器并非一定要等待邮件发送成功后才能响应用户,完全可以先告知用户邮件会发送的,而后再在线下把邮件发送出去(就像快餐店里点餐的服务员跟顾客说先去找位置坐,饭菜做好后会有人给他送过去)。

那么是谁来把邮件发送出去呢?

任务队列

为了网关接口能够尽快响应用户请求,无需即时知道结果的耗时操作可以交由任务队列机制来处理。
任务队列机制中包含两种角色,一个是任务生产者,一个是任务消费者,而任务队列是两者之间的纽带:

生产者往队列里放入任务; 消费者从队列里取出任务。

任务队列的整体运行流程是:任务生产者把当前操作的关键信息(后续可以根据这些信息还原出当前操作)抽象出来,比如发送重置密码的邮件,我们只需要当前用户邮箱和用户名就可以了;任务生产者把任务放进队列,实际就是把任务的关键信息存储起来,这里会用到MySQL、Redis之类数据存储工具,常用的是Redis;而任务消费者就不断地从数据库中取出任务信息,逐一执行。

任务生产者的工作是任务分发,一般由线上的网关服务程序执行;任务消费者的工作是任务调度,一般由线下的程序执行,这样即使任务耗时再多,也不阻塞网关服务。

这里主要讨论的是任务调度(任务消费者)的程序设计。

简单直接

假设我们用Redis列表List存储任务信息,列表键名是queues:default,任务发布就是往列表queues:default后追加数据:

  1. <?php
  2. // PHP伪代码
  3. Redis::rpush('queues:default', serialize($task));
  4. 那么任务调度可以这样简单直接的实现:
  5. <?php
  6. // PHP伪代码
  7. Class Worker {
  8. public function schedule() {
  9. while(1) {
  10. $seri = Redis::lpop('queues:default');
  11. if($seri) {
  12. $task = unserialize($seri);
  13. $this->handle($task);
  14. continue;
  15. }
  16. sleep(1);
  17. }
  18. }
  19. public function handle($task) {
  20. // do something time-consuming
  21. }
  22. }
  23. $worker = new Worker;
  24. $worker->schedule();
复制代码
意外保险

上面代码是直接从queues:default列表中移出第一个任务(lpop),因为handle($task)函数是一个耗时的操作,过程中若是遇到什么意外导致了整个程序退出,这个任务可能还没执行完成,可是任务信息已经完全丢失了。保险起见,对schedule()函数进行以下修改:

  1. <?php
  2. ...
  3. public function schedule() {
  4. while(1) {
  5. $seri = Redis::lindex('queues:default', 0);
  6. if($seri) {
  7. $task = unserialize($seri);
  8. $this->handle($task);
  9. Redis::lpop('queues:default');
  10. continue;
  11. }
  12. sleep(1);
  13. }
  14. }
  15. ...
复制代码

即在任务完成后才将任务信息从列表中移除。

延时执行

queues:default列表中的任务都是需要即时执行的,但是有些任务是需要间隔一段时间后或者在某个时间点上执行,那么可以引入一个有序集合,命名为queues:default:delayed,来存放这些任务。任务发布时需要指明执行的时间点$time:

  1. <?php
  2. // PHP伪代码
  3. Redis::zadd('queues:default:delayed', $time, serialize($task));
复制代码

任务调度时,如果queues:default列表已经空了,就从queues:default:delayed集合中取出到达执行时间的任务放入queues:default列表中:

  1. <?php
  2. ...
  3. public function schedule() {
  4. while(1) {
  5. $seri = Redis::lindex('queues:default', 0);
  6. if($seri) {
  7. $task = unserialize($seri);
  8. $this->handle($task);
  9. Redis::lpop('queues:default');
  10. continue;
  11. }
  12. $seri_arr = Redis::zremrangebyscore('queues:default:delayed', 0, time());
  13. if($seri_arr) {
  14. Redis::rpush('queues:default', $seri_arr);
  15. continue;
  16. }
  17. sleep(1);
  18. }
  19. }
  20. ...
复制代码
任务超时

预估任务正常执行所需的最大时间值,若是任务执行超过了这个时间,可能是过程中遇到一些意外,如果任由它继续卡着,那么后面的任务就会无法被执行了。
首先我们给任务设定一个时限属性timeout,然后在执行任务前先给进程本身设置一个闹钟信号,timeout后收到信号说明任务执行超时,需要退出当前进程(用supervisor守护进程时,进程自身退出,supervisor会自动再拉起)。
注意:pcntl_alarm($timeout)会覆盖之前闹钟信号,而pcntl_alarm(0)会取消闹钟信号;任务超时后,当前任务放入queues:default:delayed集合中延时执行,以免再次阻塞队列。

  1. <?php
  2. ...
  3. public function schedule() {
  4. while(1) {
  5. $seri = Redis::lindex('queues:default', 0);
  6. if($seri) {
  7. $task = unserialize($seri);
  8. $this->timeoutHanle($task);
  9. $this->handle($task);
  10. Redis::lpop('queues:default');
  11. continue;
  12. }
  13. $seri_arr = Redis::zremrangebyscore('queues:default:delayed', 0, time());
  14. if($seri_arr) {
  15. Redis::rpush('queues:default', $seri_arr);
  16. continue;
  17. }
  18. pcntl_alarm(0);
  19. sleep(1);
  20. }
  21. }
  22. public function timeoutHanle($task) {
  23. $timeout = $task->timeout;
  24. pcntl_signal(SIGALRM, function () {
  25. $seri = Redis::lpop('queues:default');
  26. Redis::zadd('queues:default:delayed', time() + ($timeout > 0 ? $timeout * 2 : 10), $seri_arr);
  27. posix_kill(getmypid(), SIGKILL);
  28. });
  29. pcntl_alarm($timeout > 0 ? $timeout : 0);
  30. }
  31. ...
复制代码
并发执行

上面代码,直观上没什么问题,但是在多进程并发执行的时候,有些任务可能会被重复执行,是因为没能及时将当前执行的任务从queues:default列表中移出,其他进程也可以读取到。为了避免重复执行的问题,我们需要引入一个有序集合SortedSet存放正在执行的任务,命名为queues:default:reserved。

首先任务是从queues:default列表中直接移出,然后开始执行任务前先把任务放进queues:default:reserved集合中,任务完成了再从queues:default:reserved集合中移出。

假设一个任务执行时间不可能超过6060秒(可以按需调整),在queues:default列表为空的时候,queues:default:reserved集合中有任务已经存放超过了6060秒,那么有可能是某些进程在执行任务是意外退出了,所以把这些任务放到queues:default:delayed集合中稍后执行。

  1. <?php
  2. ...
  3. public function schedule() {
  4. while(1) {
  5. $seri = Redis::lpop('queues:default', 0);
  6. if($seri) {
  7. Redis::zadd('queues:default:reserved', time()+10, $seri);
  8. $task = unserialize($seri);
  9. $this->timeoutHanle($task);
  10. $this->handle($task);
  11. Redis::zrem('queues:default:reserved', $seri);
  12. continue;
  13. }
  14. $seri_arr = Redis::zremrangebyscore('queues:default:delayed', 0, time());
  15. if($seri_arr) {
  16. Redis::rpush('queues:default', $seri_arr);
  17. continue;
  18. }
  19. $seri_arr = Redis::zremrangebyscore('queues:default:reserved', 0, time()-60*60);
  20. if($seri_arr) {
  21. foreach($seri_arr as $seri) {
  22. Redis::zadd('queues:default:delayed', time()+10, $seri);
  23. }
  24. }
  25. sleep(1);
  26. }
  27. }
  28. public function timeoutHanle($task) {
  29. $timeout = $task->timeout;
  30. pcntl_signal(SIGALRM, function () {
  31. posix_kill(getmypid(), SIGKILL);
  32. });
  33. pcntl_alarm($timeout > 0 ? $timeout : 0);
  34. }
  35. ...
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其他 失败重试

以上代码没有检验任务是否执行成功,应该有任务失败的处理机制:比如给任务设定一个最多重试次数属性retry_times,任务每执行一次retry_times,任务执行失败时,若是retry_times等于0,则将任务放入queues:default:failed列表中不在执行;否则放入放到queues:default:delayed集合中稍后执行。

休眠时间

以上代码是进程忙时连续执行,闲时休眠一秒,可以按需调整优化。

事件监听

若是需要在任务执行成功或失败时进行某些操作,可以给任务设定成功操作方法afterSucceeded()或失败操作方法afterFailed(),在相应的时候回调。

最后

以上讲述了一个任务调度程序的逐步演变,设计方案很大程度上参考了Laravel Queue。
用工具,知其然,知其所以然。



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