1. 简介
分布式任务调度是大规模分布式系统中非常常见的一种模式，通过将任务分散到多台机器上执行，可以大大提升任务的执行效率。Redis是一款高效的内存数据库，能够提供可靠的任务调度服务。而Node.js是一款基于V8引擎的服务器端JavaScript运行环境，能够方便地与Redis进行交互。本文介绍如何利用Redis和Node.js实现分布式任务调度功能。
2. Redis基础知识
2.1 Redis介绍
Redis是一款高性能的key-value存储系统。Redis支持多种数据结构，包括字符串、哈希表、列表、集合和有序集合等。Redis将数据存储在内存中，但是也可以将数据持久化到磁盘中。Redis提供了多达100多个命令操作，可以实现诸如缓存、消息队列、分布式锁、计数器、排行榜等常见的功能。
2.2 Redis数据结构
Redis支持多种数据结构，其中最常见的有字符串（string）、哈希表（hash）、列表（list）、集合（set）和有序集合（sorted set）。
// 字符串
redis> SET mykey "Hello"
OK
redis> GET mykey
"Hello"
// 哈希表
redis> HMSET myhash field1 "Hello" field2 "World"
OK
redis> HGET myhash field1
"Hello"
// 列表
redis> LPUSH mylist "World"
1
redis> LPUSH mylist "Hello"
2
redis> LRANGE mylist 0 -1
1) "Hello"
2) "World"
// 集合
redis> SADD myset "Hello"
1
redis> SADD myset "World"
1
redis> SMEMBERS myset
1) "World"
2) "Hello"
// 有序集合
redis> ZADD myzset 1 "Hello"
1
redis> ZADD myzset 2 "World"
1
redis> ZRANGE myzset 0 -1 WITHSCORES
1) "Hello"
2) "1"
3) "World"
4) "2"
2.3 Redis命令
Redis提供了100多个命令操作，常见的命令如下：
字符串操作：SET、GET、DEL、INCR、DECR等
哈希表操作：HSET、HGET、HDEL、HGETALL等
列表操作：LPUSH、RPUSH、LPOP、RPOP、LINDEX、LLEN等
集合操作：SADD、SREM、SMEMBERS等
有序集合操作：ZADD、ZRANGE、ZREM等
3. Node.js基础知识
3.1 Node.js介绍
Node.js是一款基于V8引擎的服务器端JavaScript运行环境。Node.js通过事件驱动、非阻塞I/O等特性，使得JavaScript可以轻松地处理大量并发连接。Node.js拥有庞大的包管理生态系统（npm），可以方便地使用第三方模块。
3.2 Node.js与Redis交互
Node.js可以通过第三方模块redis来与Redis进行交互。该模块提供了redis.createClient()方法来创建Redis客户端实例，然后可以通过该客户端实例调用Redis命令。
const redis = require('redis');
const client = redis.createClient();
client.set('mykey', 'Hello', (err, reply) => {
console.log(reply); // OK
});
client.get('mykey', (err, reply) => {
console.log(reply); // Hello
});
4. 分布式任务调度功能实现
4.1 Redis实现任务队列
在分布式系统中，通常需要将任务分散到多台机器上执行，需要一个任务队列来存储待执行的任务。Redis提供了列表（list）数据结构，可以作为任务队列使用。列表提供了LPUSH命令和RPOP命令，分别用于往队列头部添加任务和从队列尾部取出任务。
client.lpush('tasks', 'task1', (err, reply) => {
console.log(reply); // 1
});
client.rpop('tasks', (err, reply) => {
console.log(reply); // task1
});
4.2 利用SETNX实现任务锁
在分布式系统中，同一个任务可能会被多个机器同时执行，因此需要一个任务锁来保证同一时间只有一台机器在处理该任务。Redis提供了SETNX命令，可以实现类似于乐观锁的机制。SETNX命令可以在指定的key不存在时往该key中设置指定的值，如果key已经存在则不会进行任何操作。
// 尝试获取任务锁
const lockKey = 'lock-task1';
client.setnx(lockKey, 'locked', (err, reply) => {
if (reply === 1) {
console.log('Get lock success');
// TODO: 处理任务
// 释放任务锁
client.del(lockKey, (err, reply) => {
console.log('Release lock success')
});
} else {
console.log('Get lock failed');
}
});
4.3 利用BLPOP实现任务监听
在分布式系统中，通常需要有一个或多个机器专门负责监听任务队列并执行任务。为了避免机器空闲时不断轮询任务队列的浪费，可以利用Redis提供的BLPOP命令来实现阻塞式任务监听。BLPOP命令可以将客户端设置为阻塞状态，并在指定的key列表中等待某个key有数据可弹出时返回。该命令适合于任务队列的阻塞式监听场景。
const taskListener = () => {
client.blpop('tasks', 0, (err, reply) => {
console.log(reply); // [ 'tasks', 'task1' ]
const task = reply[1];
const lockKey = 'lock-' + task;
client.setnx(lockKey, 'locked', (err, reply) => {
if (reply === 1) {
console.log('Get lock success');
// TODO: 处理任务
// 释放任务锁
client.del(lockKey, (err, reply) => {
console.log('Release lock success');
});
taskListener();
} else {
console.log('Get lock failed');
taskListener();
}
});
});
};
taskListener();
4.4 利用ZADD实现延迟任务队列
在某些情况下，需要在任务执行前等待一段时间，可以利用Redis提供的有序集合（zset）数据结构实现延迟任务队列。在有序集合中，可以为每个任务设置一个过期时间，过期时间越短的任务越靠前。然后可以轮询过期时间最小的任务，并将其从有序集合中转移到任务队列中。
const delayTaskListener = () => {
const now = Date.now();
client.zrangebyscore('delay-tasks', 0, now, (err, reply) => {
if (err || !reply || !reply.length) {
setTimeout(delayTaskListener, 1000); // 没有过期任务，等待1秒后轮询
} else {
const task = reply[0];
const taskKey = 'task-' + task;
client.multi()
.lpush('tasks', task)
.del(taskKey)
.zrem('delay-tasks', task)
.exec((err, replies) => {
console.log('Move delay task to tasks list:', task);
delayTaskListener();
});
}
});
};
const addDelayTask = (task, delay) => {
const taskKey = 'task-' + task;
const expire = Date.now() + delay;
client.multi()
.zadd('delay-tasks', expire, task)
.set(taskKey, 'delayed')
.exec((err, replies) => {
console.log('Add delay task success:', task);
});
};
addDelayTask('task1', 10000);
delayTaskListener();
5. 总结
Redis提供了多种数据结构和命令，可以实现分布式任务调度中常见的功能。Node.js通过第三方模块与Redis进行交互，可以轻松地实现分布式任务调度功能。本文介绍了Redis实现任务队列、利用SETNX实现任务锁、利用BLPOP实现任务监听、利用ZADD实现延迟任务队列等实现方案。