Elastic-Job分布式任务调度（2）：Elastic-Job快速入门

此任务在每次执行时获取一定数目的文件，进行备份处理，由File实体类的backedUp属性来标识该文件是否已备份。zookeeper要求采用3.4.6及以上版本。Maven要求3.0.4及以上版本。自行查看我的zookeeper专题。JDK要求1.7及以上版本。

不死鸟.亚历山大.狼崽子

1282人浏览 · 2023-01-03 15:36:19

不死鸟.亚历山大.狼崽子 · 2023-01-03 15:36:19 发布

1 环境搭建

1.1 版本要求

JDK要求1.7及以上版本

Maven要求3.0.4及以上版本

zookeeper要求采用3.4.6及以上版本

1.2 Zookeeper安装&运行

自行查看我的zookeeper专题

ZooKeeper(3):ZooKeeper集群环境搭建_不死鸟.亚历山大.狼崽子的博客-CSDN博客

1.3 创建maven工程

创建maven工程elastic-job-quickstart，并导入以下依赖：

  <dependencies>
    <dependency>
      <groupId>junit</groupId>
      <artifactId>junit</artifactId>
      <version>4.11</version>
      <scope>test</scope>
    </dependency>
    <dependency>
      <groupId>com.dangdang</groupId>
      <artifactId>elastic-job-lite-core</artifactId>
      <version>2.1.5</version>
    </dependency>
    <dependency>
      <groupId>org.projectlombok</groupId>
      <artifactId>lombok</artifactId>
      <version>1.18.0</version>
    </dependency>
  </dependencies>

2 代码实现

2.1 编写定时任务类

此任务在每次执行时获取一定数目的文件，进行备份处理，由File实体类的backedUp属性来标识该文件是否已备份。

package org.example.elasticjob.quickstart.job;

import com.dangdang.ddframe.job.api.ShardingContext;
import com.dangdang.ddframe.job.api.simple.SimpleJob;
import org.example.elasticjob.quickstart.model.FileCustom;

import java.lang.management.ManagementFactory;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Date;
import java.util.List;

public class FileBackupJob implements SimpleJob {

    //每次任务执行要备份文件的数量
    private final int FETCH_SIZE = 1;
    //文件列表（模拟）
    public static List<FileCustom> files = new ArrayList<>();

    @Override
    public void execute(ShardingContext shardingContext) {
        //作业分片信息
        int shardingItem = shardingContext.getShardingItem();
        System.out.println(String.format("作业分片：%d",shardingItem));
        //获取未备份文件
        List<FileCustom> fileCustoms = fetchUnBackupFiles(FETCH_SIZE);
        //文件备份
        backupFiles(fileCustoms);
    }

    /**
     * 获取未备份的文件
     * @param count
     * @return
     */
    public List<FileCustom> fetchUnBackupFiles(int count) {
        List<FileCustom> fetchList = new ArrayList<>();
        int num = 0;
        for (FileCustom fileCustom : files) {
            if (num >= count) {
                break;
            }
            //未备份的文件则放入列表
            if (!fileCustom.getBackedUp()) {
                fetchList.add(fileCustom);
                num++;
            }
        }
        //ManagementFactory.getRuntimeMXBean()获取当前JVM进程的PID
        System.out.println(String.format("%sTime:%s,已获取%d文件",
                ManagementFactory.getRuntimeMXBean().getName(),new SimpleDateFormat("hh:mm:ss").format(new
                        Date()),num));
        return fetchList;
    }

    /**
     * 备份文件
     * @param files
     */
    public void backupFiles(List<FileCustom> files){
        for(FileCustom file : files){
        //标记文件数据为已备份
            file.setBackedUp(Boolean.TRUE);
            System.out.println(String.format("已备份文件:%s 文件类型:%s",file.getName(),file.getType()));
        }
    }

}

文件实体类如下：

package org.example.elasticjob.quickstart.model;

import lombok.Data;

@Data
public class FileCustom {

    /**
     * 标识
     */
    private String id;
    /**
     * 文件名
     */
    private String name;
    /**
     * 文件类型，如text、image、radio、vedio
     */
    private String type;
    /**
     * 文件内容
     */
    private String content;
    /**
     * 是否已备份
     */
    private Boolean backedUp = false;
    public FileCustom(String id,String name,String type,String content){
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.type = type;
        this.content = content;
    }
}

2.2 编写启动类

package org.example.elasticjob.quickstart;

import com.dangdang.ddframe.job.config.JobCoreConfiguration;
import com.dangdang.ddframe.job.config.simple.SimpleJobConfiguration;
import com.dangdang.ddframe.job.lite.api.JobScheduler;
import com.dangdang.ddframe.job.lite.config.LiteJobConfiguration;
import com.dangdang.ddframe.job.reg.base.CoordinatorRegistryCenter;
import com.dangdang.ddframe.job.reg.zookeeper.ZookeeperConfiguration;
import com.dangdang.ddframe.job.reg.zookeeper.ZookeeperRegistryCenter;
import org.example.elasticjob.quickstart.job.FileBackupJob;
import org.example.elasticjob.quickstart.model.FileCustom;

public class JobMain {
    //zookeeper端口
//    private static final int ZOOKEEPER_PORT = 2181;
    //zookeeper链接字符串 localhost:2181
//    private static final String ZOOKEEPER_CONNECTION_STRING = "192.168.222.130:" + ZOOKEEPER_PORT;
    private static final String ZOOKEEPER_CONNECTION_STRING = "192.168.222.130:2181,192.168.222.131:2181,192.168.222.132:2181" ;
    //定时任务命名空间
    private static final String JOB_NAMESPACE = "elastic‐job‐example‐java";
    //启动任务
    public static void main(String[] args) {
        //生成测试文件
        generateTestFiles();
        //配置zookeeper
        CoordinatorRegistryCenter registryCenter = setUpRegistryCenter();
        //启动任务
        startJob(registryCenter);
    }

    //生成测试文件
    private static void generateTestFiles(){
        for(int i=1;i<11;i++){
            FileBackupJob.files.add(new FileCustom(String.valueOf(i+10),"文件"+
                    (i+10),"text","content"+ (i+10)));
            FileBackupJob.files.add(new FileCustom(String.valueOf(i+20),"文件"+
                    (i+20),"image","content"+ (i+20)));
            FileBackupJob.files.add(new FileCustom(String.valueOf(i+30),"文件"+
                    (i+30),"radio","content"+ (i+30)));
            FileBackupJob.files.add(new FileCustom(String.valueOf(i+40),"文件"+
                    (i+40),"vedio","content"+ (i+40)));
        }
    }

    //注册中心配置
    private static CoordinatorRegistryCenter setUpRegistryCenter(){
        //注册中心配置
        ZookeeperConfiguration zookeeperConfiguration = new
                ZookeeperConfiguration(ZOOKEEPER_CONNECTION_STRING,JOB_NAMESPACE);
        //减少zk的超时时间
        zookeeperConfiguration.setSessionTimeoutMilliseconds(100);
        //创建注册中心
        CoordinatorRegistryCenter registryCenter = new
                ZookeeperRegistryCenter(zookeeperConfiguration);
        registryCenter.init();
        return registryCenter;
    }

    //配置并启动任务
    private static void startJob(CoordinatorRegistryCenter registryCenter) {
        //创建JobCoreConfiguration
        JobCoreConfiguration jobCoreConfiguration = JobCoreConfiguration.newBuilder("files‐job",
                "0/3 * * * * ?", 1)
                .build();
        //创建SimpleJobConfiguration
        SimpleJobConfiguration simpleJobConfiguration = new
                SimpleJobConfiguration(jobCoreConfiguration, FileBackupJob.class.getCanonicalName());
        //启动任务
        new JobScheduler(registryCenter,
                LiteJobConfiguration.newBuilder(simpleJobConfiguration).overwrite(true).build()).init();
    }
}

2.3 测试

（1）启动main方法查看控制台

作业分片：0
40200@MSITime:03:20:42,已获取1文件
已备份文件:文件11 文件类型:text
作业分片：0
40200@MSITime:03:20:45,已获取1文件
已备份文件:文件21 文件类型:image
作业分片：0
40200@MSITime:03:20:48,已获取1文件
已备份文件:文件31 文件类型:radio
作业分片：0
40200@MSITime:03:20:51,已获取1文件
已备份文件:文件41 文件类型:vedio
作业分片：0
40200@MSITime:03:20:54,已获取1文件
已备份文件:文件12 文件类型:text

定时任务每3秒批量执行一次，符合基础预期。

（2）测试窗口1不关闭，再次运行main方法观察控制台日志（窗口2）会出现以下两种情况：

窗口1继续执行任务，窗口2不执行任务

窗口2接替窗口1执行任务，窗口1停止执行任务

可通过反复启停窗口2查看到以上现象。

（3）窗口1、窗口2同时运行的情况下，停止正在执行任务的窗口

未停止的窗口开始执行任务。

分片测试：

当前作业没有被分片，所以多个实例共同执行时只有一个实例在执行，如果我们将作业分片执行，作业将被拆分为多个独立的任务项，然后由分布式的应用实例分别执行某一个或几个分片项。

修改上边的代码，改为作业分3片执行：

//创建JobCoreConfiguration
JobCoreConfiguration jobCoreConfiguration = JobCoreConfiguration.newBuilder("files‐job", "0/3 * * * * ?", 3).build();

同时启动三个JobMain：

每个JobMain窗口分别执行一片作业。

总结：

通过以上简单的测试，就可以看出Elastic-Job帮我们解决了分布式调度的以下三个问题：

1）多实例部署时避免任务重复执行，在任务执行时间到来时，从所有实例中选举出来一个，让它来执行任务，从而避免多个实例同时执行任务。

2）高可用，若某一个实例宕机，不影响其他实例来执行任务。

3）弹性扩容，当集群中增加某一个实例，它应当也能够被选举并执行任务，如果作业分片将参与执行某个分片作业。

3 Elastic-Job工作原理

3.1 Elastic-Job整体架构

App：应用程序，内部包含任务执行业务逻辑和Elastic-Job-Lite组件，其中执行任务需要实现ElasticJob接口完成与Elastic-Job-Lite组件的集成，并进行任务的相关配置。应用程序可启动多个实例，也就出现了多个任务执行实例。

Elastic-Job-Lite：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，此组件负责任务的调度，并产生日志及任务调度记录。

无中心化，是指没有调度中心这一概念，每个运行在集群中的作业服务器都是对等的，各个作业节点是自治的、平等的、节点之间通过注册中心进行分布式协调。

Registry：以Zookeeper作为Elastic-Job的注册中心组件，存储了执行任务的相关信息。同时，Elastic-Job利用该组件进行执行任务实例的选举。

Console：Elastic-Job提供了运维平台，它通过读取Zookeeper数据展现任务执行状态，或更新Zookeeper数据修改全局配置。通过Elastic-Job-Lite组件产生的数据来查看任务执行历史记录。

应用程序在启动时，在其内嵌的Elastic-Job-Lite组件会向Zookeeper注册该实例的信息，并触发选举（此时可能已经启动了该应用程序的其他实例），从众多实例中选举出一个Leader，让其执行任务。当到达任务执行时间时，Elastic-Job-Lite组件会调用由应用程序实现的任务业务逻辑，任务执行后会产生任务执行记录。当应用程序的某一个实例宕机时，Zookeeper组件会感知到并重新触发leader选举。

3.2 ZooKeeper

在学习Elastic-Job执行原理时，有必要大致了解一下ZooKeeper是用来做什么的，因为：

Elastic-Job依赖ZooKeeper完成对执行任务信息的存储(如任务名称、任务参与实例、任务执行策略等)；
Elastic-Job依赖ZooKeeper实现选举机制，在任务执行实例数量变化时(如在快速上手中的启动新实例或停止实例)，会触发选举机制来决定让哪个实例去执行该任务。

ZooKeeper是一个分布式一致性协调服务，它是Apache Hadoop 的一个子项目，它主要是用来解决分布式应用中经常遇到的一些数据管理问题，如：统一命名服务、状态同步服务、集群管理、分布式应用配置项的管理等。

咱们可以把ZooKeeper想象为一个特殊的数据库，它维护着一个类似文件系统的树形数据结构，ZooKeeper的客户端（如Elastic-Job任务执行实例）可以对数据进行存取：

每个子目录项如 /app1都被称作为 znode(目录节点)，和文件系统一样，我们能够自由的增加、删除znode，在一个znode下增加、删除子znode，唯一的不同在于znode是可以存储数据的。

ZooKeeper为什么称之为一致性协调服务呢？因为ZooKeeper拥有数据监听通知机制，客户端注册监听它关心的 znode，当znode发生变化（数据改变、被删除、子目录节点增加删除）时，ZooKeeper会通知所有客户端。简单来说就是，当分布式系统的若干个服务都关心一个数据时，当这个数据发生改变，这些服务都能够得知，那么这些服务就针对此数据达成了一致。

应用场景思考，使用ZooKeeper管理分布式配置项的机制：

假设我们的程序是分布式部署在多台机器上，如果我们要改变程序的配置文件，需要逐台机器去修改，非常麻烦，现在把这些配置全部放到zookeeper上去，保存在 zookeeper 的某个目录节点中，然后所有相关应用程序作为 ZooKeeper的客户端对这个目录节点进行监听，一旦配置信息发生变化，每个应用程序就会收到 ZooKeeper的通知，从而获取新的配置信息应用到系统中。

3.2.1 Elastic-Job任务信息的保存

Elastic-Job使用ZooKeeper完成对任务信息的存取，任务执行实例作为ZooKeeper客户端对其znode操作，任务信息保存在znode中。

使用ZooInspector查看zookeeper节点

1、zookeeper图像化客户端工具的下载地址：

https://issues.apache.org/jira/secure/attachment/12436620/ZooInspector.zip；

2、下载完后解压压缩包，双击地址为ZooInspector\build\zookeeper-dev-ZooInspector.jar的jar包；

如果双击没有反应？首先电脑要配好java环境，使用java -jar 再加上你的jar文件的路径启动即可.

config节点内容如下：

{
    "jobName": "files‐job",
    "jobClass": "com.itheima.scheduling.job.FileBackupJob",
    "jobType": "SIMPLE",
    "cron": "0/3 * * * * ?",
    "shardingTotalCount": 1,
    "shardingItemParameters": "",
    "jobParameter": "",
    "failover": true,
    "misfire": true,
    "description": "",
    "jobProperties": {
        "job_exception_handler":
        "com.dangdang.ddframe.job.executor.handler.impl.DefaultJobExceptionHandler",
        "executor_service_handler":
        "com.dangdang.ddframe.job.executor.handler.impl.DefaultExecutorServiceHandler"
    },
    "monitorExecution": true,
    "maxTimeDiffSeconds": ‐1,
    "monitorPort": ‐1,
    "jobShardingStrategyClass": "",
    "reconcileIntervalMinutes": 10,
    "disabled": false,
    "overwrite": false
}

节点记录了任务的配置信息，包含执行类，cron表达式，分片算法类，分片数量，分片参数。默认状态下，如果你修改了Job的配置比如cron表达式，分片数量等是不会更新到zookeeper上去的，需要把LiteJobConfifiguration的参数overwrite修改成true，或者删除zk的结点再启动作业重新创建。

instances节点：

同一个Job下的elastic-job的部署实例。一台机器上可以启动多个Job实例，也就是Jar包。instances的命名是[IP+@-@+PID]。

leader节点：

任务实例的主节点信息，通过zookeeper的主节点选举，选出来的主节点信息。下面的子节点分为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。election下面的instance节点显式了当前主节点的实例ID：jobInstanceId。latch节点也是一个永久节点用于选举时候的实现分布式锁。

sharding节点下面有一个临时节点necessary，是否需要重新分片的标记，如果分片总数变化或任务实例节点上下线，以及主节点选举，都会触发设置重分片标记，主节点会进行分片计算。

sharding节点：

任务的分片信息，子节点是分片项序号，从零开始，至分片总数减一。从这个节点可以看出哪个分片在哪个实例上运行

3.2.2 Elastic-Job任务执行实例选举

Elastic-Job使用ZooKeeper实现任务执行实例选举，若要使用ZooKeeper完成选举，就需要了解ZooKeeper的znode类型了，ZooKeeper有四种类型的znode，客户端在创建znode时可以指定：

PERSISTENT-持久化目录节点

客户端创建该类型znode，此客户端与ZooKeeper断开连接后该节点依旧存在，如果创建了重复的key，比如/data，第二次创建会失败。

PERSISTENT_SEQUENTIAL-持久化顺序编号目录节点

客户端与ZooKeeper断开连接后该节点依旧存在，允许重复创建相同key，Zookeeper给该节点名称进行顺序编号，如zk会在后面加一串数字比如 /data/data0000000001，如果重复创建，会创建一个/data/data0000000002节点（一直往后加1）

EPHEMERAL-临时目录节点

客户端与ZooKeeper断开连接后，该节点被删除，不允许重复创建相同key。

EPHEMERAL_SEQUENTIAL-临时顺序编号目录节点

客户端与ZooKeeper断开连接后，该节点被删除，允许重复创建相同key，依然采取顺序编号机制。

实例选举实现过程分析：

每个Elastic-Job的任务执行实例作为ZooKeeper的客户端来操作ZooKeeper的znode

任意一个实例启动时首先创建一个 /server 的PERSISTENT节点
多个实例同时创建 /server/leaderEPHEMERAL子节点
/server/leader子节点只能创建一个，后创建的会失败。创建成功的实例被选为leader节点，用来执行任务。
所有任务实例监听 /server/leader 的变化，一旦节点被删除，就重新进行选举，抢占式地创建 /server/leader节点，谁创建成功谁就是leader。

2.4 小结

通过本章，我们完成了对Elastic-Job技术的快速入门程序，并了解了Elastic-Job整体架构和工作原理。

对于应用程序，只需要将任务执行细节包装为ElasticJob接口的实现类并对任务细节进行配置即可完成与Elastic-Job的集成，而Elastic-Job需要依赖Zookeeper进行执行任务信息的存取，执行任务实例的选举。通过对快速入门程序的测试，我们可以看到Elastic-Job确实解决了分布式任务调度的核心问题。

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三、计算机网络与分布式系统（上）

本文系统介绍了计算机网络基础知识与协议体系。第一部分讲解数据通信基础，包括信道特性、数据编码方式和差错控制技术（奇偶校验、海明码、CRC）。第二部分详细解析网络体系结构，重点对比OSI七层模型与TCP/IP协议簇，涵盖IP、TCP、UDP等核心协议的工作原理及特点。第三部分深入探讨网络地址管理，包括IPv4分类、子网划分、超网构造技术（CIDR）以及IPv6的优势与过渡方案。全文通过理论阐述与实例