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面试基础--分布式任务调度系统设计方案

article 2025/2/21 6:55:47

分布式任务调度系统设计方案

以下是一个基于实际项目经验设计的分布式任务调度系统方案，结合北京互联网大厂面试要求，涵盖架构图、调用关系图、设计图和数据流转时序图。

1. 系统概述

分布式任务调度系统主要用于处理高并发、大规模的任务分发和执行场景。常见应用场景包括：

异步任务处理（如邮件发送、消息通知）
定时任务调度（如统计报表生成）
分布式计算任务（如数据分析）

本方案设计一个高可用、可扩展的分布式任务调度系统，包含以下核心模块：

任务管理模块：负责任务提交、状态查询和结果返回。
任务分发模块：负责任务的负载均衡和分发。
工作者节点：负责实际执行任务。
监控告警模块：实时监控系统运行状态。

2. 系统架构图

以下是系统的整体架构图，展示了各个模块之间的关系：

3. 调用关系图

以下是系统的主要调用流程，展示了任务从提交到执行的完整过程：

4. 系统设计图

以下是系统的详细设计图，展示了各个核心组件的功能和实现方式：

5. 数据流转时序图

以下是系统中数据的流转时序图，展示了任务从提交到结果返回的过程：

6. 核心组件设计

6.1 任务管理模块

功能：接收客户端提交的任务，存储任务状态。
实现：
- 使用Redis存储任务元数据（如任务ID、状态、参数）。
- 提供RESTful API供客户端查询任务状态和结果。

6.2 任务分发模块

功能：将任务分发到合适的工作者节点，支持负载均衡。
实现：
- 使用Kafka作为消息队列，确保高吞吐量和低延迟。
- 支持多种负载均衡策略（如轮询、加权随机）。

6.3 工作者节点

功能：执行具体任务，并将结果返回给任务管理模块。
实现：
- 使用线程池处理任务，支持高并发。
- 实现幂等性设计，避免重复执行任务。

6.4 监控告警模块

功能：实时监控系统运行状态，提供告警和指标分析。
实现：
- 使用Prometheus采集系统指标（如CPU、内存、任务吞吐量）。
- 使用Grafana可视化监控数据。

7. 实现细节

7.1 异步消息队列

选择Kafka或Redis作为任务队列：
- Kafka适用于高吞吐量场景，支持分区和副本机制。
- Redis适用于低延迟场景，支持阻塞队列（BLPOP）。

7.2 幂等性设计

在任务执行过程中，确保同一任务不会被重复执行：
- 使用分布式锁（如Redis Lock）控制任务执行权限。
- 记录任务的唯一标识（如Task ID），避免重复处理。

7.3 负载均衡策略

支持多种负载均衡策略：
- 轮询：按顺序分配任务。
- 加权随机：根据节点性能动态调整权重。
- 最少连接数：将任务分配到当前负载最小的节点。

8. 总结

本方案设计了一个高可用、可扩展的分布式任务调度系统，涵盖了从任务提交到结果返回的完整流程。通过合理的模块划分和组件选择，确保了系统的稳定性和性能。以下是完整的代码示例：

import redis.clients.jedis.Jedis;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class TaskManager {
    private Jedis jedisClient;

    public TaskManager() {
        this.jedisClient = new Jedis("localhost", 6379);
    }

    public Map<String, String> submitTask(String taskId, Map<String, String> parameters) {
        // 将任务信息存储到Redis
        Map<String, String> taskInfo = new HashMap<>();
        taskInfo.put("status", "PENDING");
        taskInfo.put("parameters", parameters.toString());
        taskInfo.put("result", "null");
        
        jedisClient.hset(taskId, taskInfo);
        return Map.of("task_id", taskId);
    }

    public Map<String, String> queryTaskStatus(String taskId) {
        // 查询任务状态
        String status = jedisClient.hget(taskId, "status");
        return Map.of("task_id", taskId, "status", status);
    }

    public static void main(String[] args) {
        TaskManager manager = new TaskManager();
        Map<String, String> params = new HashMap<>();
        params.put("param1", "value1");
        params.put("param2", "value2");

        // 提交任务
        System.out.println(manager.submitTask("task:1", params));
        
        // 查询任务状态
        System.out.println(manager.queryTaskStatus("task:1"));
    }
}