一文吃透 SeaTunnel 线程共享机制与任务执行模型设计优化

Apache SeaTunnel Zeta 引擎是社区独立设计的大数据集成和同步专用引擎,本文聚焦于 Zeta 引擎中 TaskExecutionService 和任务调度模型的优化设计,涵盖 TaskGroup 的通信方式、call() 驱动模型,以及静态标记与动态线程共享两种线程资源优化策略,深度剖析这些创新机制如何让 Zeta 引擎实现性能数倍提升。

Apache SeaTunnel Zeta 引擎是社区独立设计的大数据集成和同步专用引擎,本文聚焦于 Zeta 引擎中 TaskExecutionService 和任务调度模型的优化设计,涵盖 TaskGroup 的通信方式、call() 驱动模型,以及静态标记与动态线程共享两种线程资源优化策略,深度剖析这些创新机制如何让 Zeta 引擎实现性能数倍提升。

设计方案说明

TaskExecutionServer 是一个用于执行 Task 的服务,会在每个节点上运行一个实例。 它接收来自 JobMaster 的 TaskGroup 并运行其中的 Task,还维护着 TaskID 到 TaskContext 的映射,具体的 Task 操作封装在 TaskContext 中。

Task 内部持有 OperationService,这意味着 Task 可以通过 OperationService 远程调用并与其他 Task 或 JobMaster 通信。

TaskGroup 设计

TaskGroup 中的所有任务都在同一个节点上运行。

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优化点

同一个 TaskGroup 中任务之间的数据通道使用本地队列,而不同 TaskGroup 之间可能会使用分布式队列(如 Hazelcast 的 Ringbuffer),因为它们可能被分配到不同节点上执行。

任务执行状态反馈机制:基于call()ProgressState 返回

Task 中最关键的方法之一是 call(),executor(执行器)通过反复调用 Task 的 call() 方法来驱动任务的执行。

 call() 方法会返回一个 ProgressState,执行器可以通过它判断任务是否已经结束,或者是否还需要继续调用。如下图所示:

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线程共享两大优化策略

线程共享在需要同步大量小任务的场景中,会产生大量的任务。如果每个 Task 都使用一个线程,那会导致大量线程运行,造成资源浪费。

此时,如果能让一个线程运行多个 Task,就能大幅优化资源使用。

但问题在于,一个线程如何能执行多个任务?

由于 Task 是通过反复调用 call() 来驱动的,因此一个线程可以轮流调用它负责的多个 Task 的 call() 方法来实现并发执行。如下图所示:
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但这也会带来一个问题:如果某个任务的 call() 执行时间非常长,该线程会被这个任务长时间占用,从而导致其它共享该线程的任务延迟严重。

为了解决这个问题,我想到以下两个优化策略:

策略一:标记 Thread Share(线程共享标记)

为 Task 提供一个标记,用于指示该任务是否支持线程共享。

在具体任务的实现中,由开发者评估和标记这个 Task 是否支持线程共享。

判断标准可以是 call() 方法的执行时间:如果始终在毫秒级以内,则可以将该任务标记为支持线程共享。

策略二:动态Thread Share(动态线程共享)

上述静态标记方案存在一个根本问题:call() 方法的执行时间通常不可预测,Task 自身也难以判断。

因为任务在不同阶段、处理的数据量不同,会直接影响 call() 的耗时。

因此,用固定标记来区分是否支持线程共享不够准确。

一旦某个标记为“可共享”的任务出现了长时间运行,就会严重影响其它任务。而不共享线程又会造成资源浪费的问题依然存在。

因此,建议采用动态线程共享机制:让一组任务通过一个线程池来调度执行(任务数 >> 线程数)。

当线程 thread1 执行 Task1 的 call() 方法时,如果执行时间超过设定值(如 100ms),就从线程池中取出 thread2 来执行 Task2 的 call()

这样就能避免因为 Task1 执行时间太长而影响其它任务的执行延迟。

如果 Task2 的 call() 方法在超时时间内正常完成,它会被重新放回队列尾部等待再次调度,thread2 则会继续从队列中取出下一个任务(如 Task3)执行。

当 Task1 的 call() 执行完后,thread1 会被释放回线程池,同时记录 Task1 的一次“超时”行为。

当一个任务的超时次数达到某个限制后,它将被从共享队列中移除,之后独占一个线程来执行。

相关执行流程如下:

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随着任务执行模型的不断演进,Apache SeaTunnel 在高并发、小任务场景下的资源调度能力也在持续优化中。本文档提出的线程共享机制,既提升了执行效率,又保障了任务的响应性能,是Apache SeaTunnel Zeta 引擎性能比同类产品更快、性能复更高的重要因素。

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