深入理解Laravel定时任务调度机制

2022-03-01 0 318

本篇文章给大家带来了关于laravel定时任务调度机制的相关知识,其中主要介绍了基本实现逻辑、后台运行以及防止重复的相关问题,希望对大家有帮助。

深入理解Laravel定时任务调度机制

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1. 基本实现逻辑

一个复杂的web系统后台当中,一定会有很多定时脚本或者任务要跑。

例如爬虫系统需要定期去爬取一些网站数据,自动还贷系统需要每个月定时对用户账户扣款结算,

会员系统需要定期检测用户剩余会员天数以便及时通知续费等等。Linux系统中内置的crontab一般被广泛地用于跑定时任务。其任务指令格式如下:

深入理解Laravel定时任务调度机制

crontab指令解释

命令行crontab -e进入crontab编辑,把自己要执行的指令编辑好之后保存退出即可生效。

不过本文并不会过多讨论crontab的内容,而是要深入分析一下PHP Laravel框架是如何基于crontab封装出功能更加强大的任务调度(Task Scheduling)模块。

对于定时任务,我们当然可以每个任务配置一个crontab指令。只不过这样做的话随着定时任务的增加,crontab指令也线性增长。

毕竟crontab是一项系统级的配置,在业务中我们为了节约机器,往往对于量不大的多个项目会放在同一台服务器上,c

rontab指令多了就容易管理混乱,并且功能也不够灵活强大(无法随心所欲的停启、处理任务间依赖关系等)。

对此Laravel的解决方案是只声明一条crontab,业务中的所有定时任务全都在这一条crontab中做处理和判断,实现在代码层面管理任务:

* * * * * php artisan schedule:run >> /dev/null 2>&1

即php artisan schedule:run每分钟跑一次(crontab的最高频率),至于业务上的具体任务配置,则注册于Kernel::schedule()中

class Kernel extends ConsoleKernel{    Protected function schedule(Schedule $schedule)    {        $schedule->command('account:check')->everyMinute(); // 每分钟执行一次php artisan account:check 指令        $schedule->exec('node /home/username/index.js')->everyFifteenMinutes(); //每15分钟执行一次node /home/username/index.js 命令        $schedule->job(new MyJob())->cron('1 2 3 10 *'); // 每年的10月3日凌晨2点1分向任务队列分发一个MyJob任务    }}

上述例子中我们可以很清晰的看到系统中注册了三项定时任务,并且提供了everyMinute, everyFifteenMinutes, daily, hourly等语义化的方法来配置任务周期。

本质上,这些语义化的方法只是crontab表示方式的一个别称罢了,最终都会转化为crontab中的表达方式(如 * * * * * 表示每分钟执行一次)。

如此一来,每分钟执行一次的php artisan schedule:run指令,会扫描Kernel::schedule中注册的所有指令并判断该指令配置的执行周期时候已经到期,

如果到期则推入待执行队列。最后依次执行所有的指令。

// ScheduleRunCommand::handle函数public function handle(){    foreach ($this->schedule->dueEvents() as $event) {        if (! $event->filtersPass()) {            continue;        }        $event->run();    }}

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schedule task流程图

这里需要注意两个点,第一、如何判断指令是否已经Due了该执行了。第二、指令的执行顺序问题。

首先,crontab表达式所指定的执行时间,是指绝对时间,而不是相对时间。所以仅仅根据当前时间和crontab表达式,

即可判断出指令是否已经Due了该执行了。如果想要实现相对时间,那么必须存储上一次执行的时间,

然后才能进行推算下次执行应该是什么时候。绝对时间和相对时间的区别可以用下面一幅图概括(crontab的执行时间如图中左侧列表所示)。

Laravel中对于crontab表达式的静态分析和判断使用的是cron-expression库(github.com/mtdowling/cron-expression),原理也比较直观,就是静态的字符分析比对。

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crontab是绝对时间,而非相对时间

第二个问题是执行顺序,前面的图中我们可以看出,如果你在Kernel::schedule方法中注册了多个任务,

正常情况下它们是顺序依次执行的。也就是说必须要等到Task 1执行完成之后,Task 2才会开始执行。

在这种情况下,如果Task 1非常耗时,则会影响到Task 2的按时执行,这一点在开发中是尤其需要注意的。

不过在Kernel::schedule中注册任务时加上runInBackground即可实现任务的后台执行,这点我们下文详细讨论。

2. 后台运行

前文提到的定时任务队列顺序执行的特性,前面的任务执行时间太长会妨碍后面任务的按时执行。

为解决此问题,Laravel中提供了使任务后台执行的方法runInBackground。如:

// Kernel.phpprotected function schedule(Schedule $schedule){    $schedule->command('test:hello') // 执行command命令:php artisan test:hello    ->cron('10 11 1 * *') // 每月1日的11:10:00执行该命令    ->timezone('Asia/Shanghai') // 设置时区    ->before(function(){/*do something*/}) // 前置hook,命令执行前执行此回调    ->after(function(){/*do something*/}) // 后置钩子,命令执行完之后执行此回调    ->runInBackground(); // 后台运行本命令    // 每分钟执行command命令:php artisan test:world    $schedule->command('test:world')->everyMinute();}

后台运行的原理,其实也非常简单。我们知道在linux系统下,命令行的指令最后加个“&”符号,可以使任务在后台执行。

runInBackground方法内部原理其实就是让最后跑的指令后面加了“&”符号。不过在任务改为后台执行之后,

又有了一个新的问题,即如何触发任务的后置钩子函数。因为后置钩子函数是需要在任务跑完之后立即执行,

所以必须要有办法监测到后台运行的任务结束的一瞬间。我们从源代码中一探究竟(Illuminate/Console/Scheduling/CommandBuilder.php)

// 构建运行在后台的command指令protected function buildBackgroundCommand(Event $event){    $output = ProcessUtils::escapeArgument($event->output);    $redirect = $event->shouldAppendOutput ? ' >> ' : ' > ';    $finished = Application::formatCommandString('schedule:finish').' "'.$event->mutexName().'"';    return $this->ensureCorrectUser($event,        '('.$event->command.$redirect.$output.' 2>&1 '.(windows_os() ? '&' : ';').' '.$finished.') > '        .ProcessUtils::escapeArgument($event->getDefaultOutput()).' 2>&1 &'    );}

$finished字符串的内容是一个隐藏的php artisan指令,即php artisan schedule:finish <mutex_name>。

该命令被附在了本来要执行的command命令后面,用来检测并执行后置钩子函数。

php artisan schedule:finish <mutex_name>的源代码非常简单,用mutex_name来唯一标识一个待执行任务,

通过比较系统中注册的所有任务的mutex_name,来确定需要执行哪个任务的后置函数。代码如下:

// Illuminate/Console/Scheduling/ScheduleFinishCommand.php// php artisan schedule:finish指令的源代码public function handle(){    collect($this->schedule->events())->filter(function ($value) {        return $value->mutexName() == $this->argument('id');    })->each->callAfterCallbacks($this->laravel);}

3. 防止重复

有些定时任务指令需要执行很长时间,而laravel schedule任务最频繁可以做到1分钟跑一次。

这也就意味着,如果任务本身跑了1分钟以上都没有结束,那么等到下一个1分钟到来的时候,又一个相同的任务跑起来了。

这很可能是我们不想看到的结果。因此,有必要想一种机制,来避免任务在同一时刻的重复执行(prevent overlapping)。

这种场景非常类似多进程或者多线程的程序抢夺资源的情形,常见的预防方式就是给资源加锁。

具体到laravel定时任务,那就是给任务加锁,只有拿到任务锁之后,才能够执行任务的具体内容。

Laravel中提供了withoutOverlapping方法来让定时任务避免重复。具体锁的实现上,需要实现Illuminate\\Console\\Scheduling\\Mutex.php接口中所定义的三个接口:

interface Mutex{    // 实现创建锁接口    public function create(Event $event);    // 实现判断锁是否存在的接口    public function exists(Event $event);    // 实现解除锁的接口    public function forget(Event $event);}

该接口当然可以自己实现,Laravel也给了一套默认实现,即利用缓存作为存储锁的载体(可参考Illuminate\\Console\\Scheduling\\CacheMutex.php文件)。

在每次跑任务之间,程序都会做出判断,是否需要防止重复,如果重复了,则不再跑任务代码:

// Illuminate\\Console\\Scheduling\\Event.phppublic function run(){    // 判断是否需要防止重复,若需要防重复,并且创建锁不成功,则说明已经有任务在跑了,这时直接退出,不再执行具体任务    if ($this->withoutOverlapping && ! $this->mutex->create($this)) {        return;    }    $this->runInBackground?$this->runCommandInBackground($container):$this->runCommandInForeground($container);}

4. 如何实现30秒任务?

我们知道crontab任务最精细的粒度只能到分钟级别。那么如果我想实现30s执行一次的任务,

需要如何实现?关于这个问题,stackoverflow上面也有一些讨论,有建议说在业务层面实现,自己写个sleep来实现,示例代码如下:

public function handle(){    runYourCode(); // 跑业务代码    sleep(30); // 睡30秒    runYourCode(); // 再跑一次业务代码}

如果runYourCode执行实现不太长的话,上面这个任务每隔1min执行一次,其实相当于runYourCode函数每30秒执行一次。

如果runYourCode函数本身执行时间比较长,那这里的sleep 30秒会不那么精确。

当然,也可以不使用Laravel的定时任务系统,改用专门的定时任务调度开源工具来实现每隔30秒执行一次的功能,

在此推荐一个定时任务调度工具nomad(https://github.com/hashicorp/nomad)。

如果你确实要用Laravel自带的定时任务系统,并且又想实现更精确一些的每隔30秒执行一次任务的功能,那么可以结合laravel 的queue job来实现。如下:

public function handle(){    $job1 = (new MyJob())->onQueue(“queue-name”);    $job2 = (new MyJob())->onQueue(“queue-name”)->delay(30);    dispatch($job1);    dispatch($job2):}class MyJob implement Illuminate\\Contracts\\Queue\\ShouldQueue{    use Dispatchable, InteractsWithQueue, Queueable, SerializesModels;        public function handle()    {        runYourCode();    }}

通过Laravel 队列功能的delay方法,可以将任务延时30s执行,因此如果每隔1min,我们都往队列中dispatch两个任务,其中一个延时30秒。

另外,把自己要执行的代码runYourCode写在任务中,即可实现30秒执行一次的功能。不过这里需要注意的是,这种实现中scheduling的防止重合功能不再有效,

需要自己在业务代码runYourCode中实现加锁防止重复的功能。

以上,就是使用Laravel Scheduling定时任务调度的原理分析和注意事项。作为最流行的PHP框架,Laravel大而全,

组件基本包含了web开发的各方面需求。其中很多组件的实现思想,还是很值得深入源码一探究竟的。

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