Golang微服务框架Kratos实现分布式任务队列Asynq

Golang微服务框架Kratos实现分布式任务队列Asynq

任务队列（Task Queue） 一般用于跨线程或跨计算机分配工作的一种机制。其本质是生产者消费者模型，生产者发送任务到消息队列，消费者负责处理任务。

任务队列的输入是称为任务(Task)的工作单元。专用的工作进程不断监视任务队列以查找要执行的新工作。

在Golang语言里面，我们有像Asynq和Machinery这样的类似于Celery的分布式任务队列。

什么是任务队列

消息队列（Message Queue），一般来说知道的人不少。比如常见的：kafka、Rabbitmq、RocketMQ等。

任务队列（Task Queue），听说过这个概念的人不会太多，清楚它的概念的人怕是更少。

这两个概念是有关系的，他们是怎样的关系呢？任务队列（Task Queue）是消息队列（Message Queue）的超集。任务队列是构建在消息队列之上的。消息队列是任务队列的一部分。

提起分布式任务队列（Distributed Task Queue） ，就不得不提Python的Celery。故而，下面我们来看Celery的架构图，以此来讲解。其他的任务队列也并不会与之有太大的差异性，基础的原理是一致的。

在 Celery 的架构中，由多台 Server 发起异步任务（Async Task），发送任务到 Broker 的队列中，其中的 Celery Beat 进程可负责发起定时任务。当 Task 到达 Broker 后，会将其分发给相应的 Celery Worker 进行处理。当 Task 处理完成后，其结果存储至 Backend。

在上述过程中的 Broker 和 Backend，Celery 并没有去实现，而是使用了已有的开源实现，例如 RabbitMQ 作为 Broker 提供消息队列服务，Redis 作为 Backend 提供结果存储服务。Celery 就像是抽象了消息队列架构中 Producer、Consumer 的实现，将消息队列中基本单位"消息"抽象成了任务队列中的"任务"，并将异步、定时任务的发起和结果存储等操作进行了封装，让开发者可以忽略 AMQP、RabbitMQ 等实现细节，为开发带来便利。

综上所述，Celery 作为任务队列是基于消息队列的进一步封装，其实现依赖消息队列。

任务队列的应用场景

我们现在知道了任务队列是什么，也知道了它的工作原理。但是，我们并不知道它可以用来做什么。下面，我们就来看看，它到底用在什么样的场景下。

1. 分布式任务：可以将任务分发到多个工作者进程或机器上执行，以提高任务处理速度。
2. 定时任务：可以在指定时间执行任务。例如：每天定时备份数据、日志归档、心跳测试、运维巡检。支持 crontab 定时模式
3. 后台任务：可以在后台执行耗时任务，例如图像处理、数据分析等，不影响用户界面的响应。
4. 解耦任务：可以将任务与主程序解耦，以提高代码的可读性和可维护性，解耦应用程序最直接的好处就是可扩展性和并发性能的提高。支持并发执行任务，同时支持自动动态扩展。
5. 实时处理：可以支持实时处理任务，例如即时通讯、消息队列等。

Asynq概述

Asynq是一个使用Go语言实现的分布式任务队列和异步处理库，它由Redis提供支持，它提供了轻量级的、易于使用的API，并且具有高可扩展性和高可定制化性。其作者Ken Hibino，任职于Google。

Asynq主要由以下几个组件组成：

• 任务(Task)：需要被异步执行的操作；
• 处理器(Processor)：负责执行任务的工作进程；
• 队列(Queue)：存放待执行任务的队列；
• 调度器(Scheduler)：根据规则将任务分配给不同的处理器进行执行。

通过使用Asynq，我们可以非常轻松的实现异步任务处理，同时还可以提供高效率、高可扩展性和高自定义性的处理方案。

Asynq的特点

• 保证至少执行一次任务
• 任务写入Redis后可以持久化
• 任务失败之后，会自动重试
• worker崩溃自动恢复
• 可是实现任务的优先级
• 任务可以进行编排
• 任务可以设定执行时间或者最长可执行的时间
• 支持中间件
• 可以使用 unique-option 来避免任务重复执行，实现唯一性
• 支持 Redis Cluster 和 Redis Sentinels 以达成高可用性
• 作者提供了Web UI & CLI Tool让大家查看任务的执行情况

Asynq可视化监控

Asynq提供了两种监控手段：CLI和Web UI。

命令行工具CLI

go install github.com/hibiken/asynq/tools/asynq@latest

Web UI

Asynqmon是一个基于Web的工具，用于监视管理Asynq的任务和队列，有关详细的信息可以参阅工具的README。

Web UI我们可以通过Docker的方式来进行安装：

docker pull hibiken/asynqmon:latest

docker run -d \
    --name asynq \
    -p 8080:8080 \
    hibiken/asynqmon:latest --redis-addr=host.docker.internal:6379

安装好Web UI之后，我们就可以打开浏览器访问管理后台了：http://localhost:8080

• 仪表盘

• 任务视图

• 性能

Kratos下实现分布式任务队列

我们将分布式任务队列以transport.Server的形式整合进微服务框架Kratos。

目前，go里面有两个分布式任务队列可用：

• Asynq
• Machinery

我已经对这两个库进行了支持：

• kratos-transport/Asynq
• kratos-transport/Machinery

创建Kratos服务端

因为它依赖Redis，因此，我们可以使用Docker的方式安装Redis的服务器：

docker pull bitnami/redis:latest

docker run -itd \
    --name redis-test \
    -p 6379:6379 \
    -e ALLOW_EMPTY_PASSWORD=yes \
    bitnami/redis:latest

然后，我们需要在项目中安装Asynq的依赖库：

go get -u github.com/tx7do/kratos-transport/transport/asynq

接着，我们在代码当中引入库，并且创建出来Server：

import github.com/tx7do/kratos-transport/transport/asynq

const (
	localRedisAddr = "127.0.0.1:6379"
)

ctx := context.Background()

srv := asynq.NewServer(
    asynq.WithAddress(localRedisAddr),
)

if err := srv.Start(ctx); err != nil {
    panic(err)
}

defer srv.Stop(ctx)

注册任务回调

const (
	testTask1        = "test_task_1"
	testDelayTask    = "test_delay_task"
	testPeriodicTask = "test_periodic_task"
)

type DelayTask struct {
	Message string `json:"message"`
}

func DelayTaskBinder() Any { return &DelayTask{} }

func handleTask1(taskType string, taskData *DelayTask) error {
	LogInfof("Task Type: [%s], Payload: [%s]", taskType, taskData.Message)
	return nil
}

func handleDelayTask(taskType string, taskData *DelayTask) error {
	LogInfof("Delay Task Type: [%s], Payload: [%s]", taskType, taskData.Message)
	return nil
}

func handlePeriodicTask(taskType string, taskData *DelayTask) error {
	LogInfof("Periodic Task Type: [%s], Payload: [%s]", taskType, taskData.Message)
	return nil
}

var err error

err = srv.RegisterSubscriber(testTask1,
    func(taskType string, payload MessagePayload) error {
        switch t := payload.(type) {
        case *DelayTask:
            return handleTask1(taskType, t)
        default:
            LogError("invalid payload struct type:", t)
            return errors.New("invalid payload struct type")
        }
    },
    DelayTaskBinder,
)

err = srv.RegisterSubscriber(testDelayTask,
    func(taskType string, payload MessagePayload) error {
        switch t := payload.(type) {
        case *DelayTask:
            return handleDelayTask(taskType, t)
        default:
            LogError("invalid payload struct type:", t)
            return errors.New("invalid payload struct type")
        }
    },
    DelayTaskBinder,
)

err = srv.RegisterSubscriber(testPeriodicTask,
    func(taskType string, payload MessagePayload) error {
        switch t := payload.(type) {
        case *DelayTask:
            return handlePeriodicTask(taskType, t)
        default:
            LogError("invalid payload struct type:", t)
            return errors.New("invalid payload struct type")
        }
    },
    DelayTaskBinder,
)

此步骤，相当于是异步队列中订阅了某一类型任务。最终它由asynq.Server来执行。

创建新任务

新建任务，有两个方法：NewTask和NewPeriodicTask，内部分别对应着asynq.Client和asynq.Scheduler。

NewTask是通过asynq.Client将任务直接入了队列。

普通任务

普通任务通常是入列后立即执行的（如果不需要排队的），下面就是最简单的任务，一个类型(Type)，一个负载数据(Payload)就构成了一个最简单的任务：

err = srv.NewTask(testTask1, 
    &DelayTask{Message: "delay task"},
)

当然，你也可以添加一些的参数，比如重试次数、超时时间、过期时间等......

// 最多重试3次，10秒超时，20秒后过期
err = srv.NewTask(testTask1, 
    &DelayTask{Message: "delay task"},
    asynq.MaxRetry(10),
    asynq.Timeout(10*time.Second),
    asynq.Deadline(time.Now().Add(20*time.Second)),
)

延迟任务(Delay Task)

延迟任务，顾名思义，也就是推迟到指定时间执行的任务，我们可以有两个参数可以注入：ProcessAt和ProcessIn。

ProcessIn指的是从现在开始推迟多少时间执行：

// 3秒后执行
err = srv.NewTask(testDelayTask,
    &DelayTask{Message: "delay task"},
    asynq.ProcessIn(3*time.Second),
)

ProcessAt指的是在指定的某一个具体时间执行：

// 1小时后的时间点执行
oneHourLater := now.Add(time.Hour)
err = srv.NewTask(testDelayTask,
    &DelayTask{Message: "delay task"},
    asynq.ProcessAt(oneHourLater),
)

周期性任务(Periodic Task)

周期性任务asynq.Scheduler内部是通过Crontab来实现定时的，定时器到点之后，就调度任务。它默认使用的是UTC时区。

// 每分钟执行一次
_, err = srv.NewPeriodicTask(
    "*/1 * * * ?",
    testPeriodicTask,
    &DelayTask{Message: "periodic task"},
)

需要注意的是，若要保证周期性任务的持续调度执行，asynq.Scheduler必须要一直运行着，否则调度将不会发生。调度器本身不参与任务的执行，但是没有它的存在，调度将不不复存在，也不会发生。

示例代码

示例代码可以在单元测试代码中找到：github.com/tx7do/krato...

参考资料

• Asynq - Github
• Celery - Github
• Celery 简介
• 分布式任务队列Celery的实践
• 分布式任务队列 Celery
• Asynq: Golang distributed task queue library
• 异步任务处理系统，如何解决业务长耗时、高并发难题？
• Asynq: simple, reliable & efficient distributed task queue for your next Go project
• Asynq: Golang distributed task queue library