分布式任务队列Celery入门与进阶
一、简介
Celery是由Python开发、简单、灵活、可靠的分布式任务队列，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。Celery侧重于实时操作，但对调度支持也很好，其每天可以处理数以百万计的任务。特点：
- 简单：熟悉celery的工作流程后，配置使用简单
- 高可用：当任务执行失败或执行过程中发生连接中断，celery会自动尝试重新执行任务
- 快速：一个单进程的celery每分钟可处理上百万个任务
- 灵活：几乎celery的各个组件都可以被扩展及自定制
应用场景举例：
1.web应用：当用户在网站进行某个操作需要很长时间完成时，我们可以将这种操作交给Celery执行，直接返回给用户，等到Celery执行完成以后通知用户，大大提好网站的并发以及用户的体验感。
2.任务场景：比如在运维场景下需要批量在几百台机器执行某些命令或者任务，此时Celery可以轻松搞定。
3.定时任务：向定时导数据报表、定时发送通知类似场景，虽然Linux的计划任务可以帮我实现，但是非常不利于管理，而Celery可以提供管理接口和丰富的API。
二、架构&工作原理
Celery由以下三部分构成：消息中间件(Broker)、任务执行单元Worker、结果存储(Backend)，如下图：
工作原理：
- 任务模块Task包含异步任务和定时任务。其中，异步任务通常在业务逻辑中被触发并发往消息队列，而定时任务由Celery Beat进程周期性地将任务发往消息队列；
- 任务执行单元Worker实时监视消息队列获取队列中的任务执行；
- Woker执行完任务后将结果保存在Backend中;
消息中间件Broker
消息中间件Broker官方提供了很多备选方案，支持RabbitMQ、Redis、Amazon SQS、MongoDB、Memcached 等，官方推荐RabbitMQ。
任务执行单元Worker
Worker是任务执行单元，负责从消息队列中取出任务执行，它可以启动一个或者多个，也可以启动在不同的机器节点，这就是其实现分布式的核心。
结果存储Backend
Backend结果存储官方也提供了诸多的存储方式支持：RabbitMQ、 Redis、Memcached,SQLAlchemy, Django ORM、Apache Cassandra、Elasticsearch。
三、安装使用
这里我使用的redis作为消息中间件，redis安装可以参考https://www.cnblogs.com/wdliu/p/9360286.html。
Celery安装：
pip3 install celery
简单使用
目录结构：
project/ ├── __init__.py ├── config.py └── tasks.py
各目录文件说明：
__init__.py:初始化Celery以及加载配置文件
#!/usr/bin/env python3 # -*- coding:utf-8 -*- # Author:wd from celery import Celery app = Celery('project') # 创建 Celery 实例 app.config_from_object('project.config') # 加载配置模块
config.py: Celery相关配置文件，更多配置参考：http://docs.celeryproject.org/en/latest/userguide/configuration.html
#!/usr/bin/env python3 # -*- coding:utf-8 -*- # Author:wd BROKER_URL = 'redis://10.1.210.69:6379/0' # Broker配置，使用Redis作为消息中间件 CELERY_RESULT_BACKEND = 'redis://10.1.210.69:6379/0' # BACKEND配置，这里使用redis CELERY_RESULT_SERIALIZER = 'json' # 结果序列化方案 CELERY_TASK_RESULT_EXPIRES = 60 * 60 * 24 # 任务过期时间 CELERY_TIMEZONE='Asia/Shanghai' # 时区配置 CELERY_IMPORTS = ( # 指定导入的任务模块,可以指定多个 'project.tasks', )
tasks.py ：任务定义文件
#!/usr/bin/env python3 # -*- coding:utf-8 -*- # Author:wd from project import app @app.task def show_name(name): return name
启动Worker：
celery worker -A project -l debug
各个参数含义：
worker: 代表第启动的角色是work当然还有beat等其他角色；
-A ：项目路径，这里我的目录是project
-l：启动的日志级别，更多参数使用celery --help查看
查看日志输出，会发现我们定义的任务，以及相关配置：
虽然启动了worker，但是我们还需要通过delay或apply_async来将任务添加到worker中，这里我们通过交互式方法添加任务，并返回AsyncResult对象，通过AsyncResult对象获取结果：
AsyncResult除了get方法用于常用获取结果方法外还提以下常用方法或属性：
- state: 返回任务状态；
- task_id: 返回任务id；
- result: 返回任务结果，同get()方法；
- ready(): 判断任务是否以及有结果，有结果为True，否则False；
- info(): 获取任务信息，默认为结果；
- wait(t): 等待t秒后获取结果，若任务执行完毕，则不等待直接获取结果，若任务在执行中，则wait期间一直阻塞，直到超时报错；
- successfu(): 判断任务是否成功，成功为True，否则为False；
四、进阶使用
对于普通的任务来说可能满足不了我们的任务需求，所以还需要了解一些进阶用法，Celery提供了诸多调度方式，例如任务编排、根据任务状态执行不同的操作、重试机制等，以下会对常用高阶用法进行讲述。
定时任务&计划任务
Celery的提供的定时任务主要靠schedules来完成，通过beat组件周期性将任务发送给woker执行。在示例中，新建文件period_task.py，并添加任务到配置文件中：
period_task.py：
#!/usr/bin/env python3 # -*- coding:utf-8 -*- # Author:wd from project import app from celery.schedules import crontab @app.on_after_configure.connect def setup_periodic_tasks(sender, **kwargs): sender.add_periodic_task(10.0, add.s(1,3), name='1+3=') # 每10秒执行add sender.add_periodic_task( crontab(hour=16, minute=56, day_of_week=1), #每周一下午四点五十六执行sayhai sayhi.s('wd'),name='say_hi' ) @app.task def add(x,y): print(x+y) return x+y @app.task def sayhi(name): return 'hello %s' % name
config.py
#!/usr/bin/env python3 # -*- coding:utf-8 -*- # Author:wd BROKER_URL = 'redis://10.1.210.69:6379/0' # Broker配置，使用Redis作为消息中间件 CELERY_RESULT_BACKEND = 'redis://10.1.210.69:6379/0' # BACKEND配置，这里使用redis CELERY_RESULT_SERIALIZER = 'json' # 结果序列化方案 CELERY_TASK_RESULT_EXPIRES = 60 * 60 * 24 # 任务过期时间 CELERY_TIMEZONE='Asia/Shanghai' # 时区配置 CELERY_IMPORTS = ( # 指定导入的任务模块,可以指定多个 'project.tasks', 'project.period_task', #定时任务 )
启动worker和beat：
celery worker -A project -l debug #启动work celery beat -A project.period_task -l debug #启动beat，注意此时对应的文件路径
我们可以观察worker日志：
还可以通过配置文件方式指定定时和计划任务,此时的配置文件如下：
#!/usr/bin/env python3 # -*- coding:utf-8 -*- # Author:wd from project import app from celery.schedules import crontab BROKER_URL = 'redis://10.1.210.69:6379/0' # Broker配置，使用Redis作为消息中间件 CELERY_RESULT_BACKEND = 'redis://10.1.210.69:6379/0' # BACKEND配置，这里使用redis CELERY_RESULT_SERIALIZER = 'json' # 结果序列化方案 CELERY_TASK_RESULT_EXPIRES = 60 * 60 * 24 # 任务过期时间 CELERY_TIMEZONE='Asia/Shanghai' # 时区配置 CELERY_IMPORTS = ( # 指定导入的任务模块,可以指定多个 'project.tasks', 'project.period_task', ) app.conf.beat_schedule = { 'period_add_task': { # 计划任务 'task': 'project.period_task.add', #任务路径 'schedule': crontab(hour=18, minute=16, day_of_week=1), 'args': (3, 4), }, 'add-every-30-seconds': { # 每10秒执行 'task': 'project.period_task.sayhi', #任务路径 'schedule': 10.0, 'args': ('wd',) }, }
此时的period_task.py只需要注册到woker中就行了，如下：
#!/usr/bin/env python3 # -*- coding:utf-8 -*- # Author:wd from project import app @app.task def add(x,y): print(x+y) return x+y @app.task def sayhi(name): return 'hello %s' % name
同样启动worker和beat结果和第一种方式一样。更多详细的内容请参考：http://docs.celeryproject.org/en/latest/userguide/periodic-tasks.html#crontab-schedules
任务绑定
Celery可通过任务绑定到实例获取到任务的上下文，这样我们可以在任务运行时候获取到任务的状态，记录相关日志等。
修改任务中的period_task.py,如下：
#!/usr/bin/env python3 # -*- coding:utf-8 -*- # Author:wd from project import app from celery.utils.log import get_task_logger
logger = get_task_logger(__name__) @app.task(bind=True) # 绑定任务 def add(self,x,y): logger.info(self.request.__dict__) #打印日志 try: a=[] a[10]==1 except Exception as e: raise self.retry(exc=e, countdown=5, max_retries=3) # 出错每5秒尝试一次，总共尝试3次 return x+y
在以上代码中，通过bind参数将任务绑定，self指任务的上下文，通过self获取任务状态，同时在任务出错时进行任务重试，我们观察日志：
内置钩子函数
Celery在执行任务时候，提供了钩子方法用于在任务执行完成时候进行对应的操作，在Task源码中提供了很多状态钩子函数如：on_success(成功后执行)、on_failure(失败时候执行)、on_retry(任务重试时候执行)、after_return(任务返回时候执行),在进行使用是我们只需要重写这些方法，完成相应的操作即可。
在以下示例中，我们继续修改period_task.py，分别定义三个任务来演示任务失败、重试、任务成功后执行的操作：
#!/usr/bin/env python3 # -*- coding:utf-8 -*- # Author:wd from project import app from celery.utils.log import get_task_logger from celery import Task logger = get_task_logger(__name__) class demotask(Task): def on_success(self, retval, task_id, args, kwargs): # 任务成功执行 logger.info('task id:{} , arg:{} , successful !'.format(task_id,args)) def on_failure(self, exc, task_id, args, kwargs, einfo): #任务失败执行 logger.info('task id:{} , arg:{} , failed ! erros : {}' .format(task_id,args,exc)) def on_retry(self, exc, task_id, args, kwargs, einfo): #任务重试执行 logger.info('task id:{} , arg:{} , retry ! einfo: {}'.format(task_id, args, exc)) @app.task(base=demotask,bind=True) def add(self,x,y): try: a=[] a[10]==1 except Exception as e: raise self.retry(exc=e, countdown=5, max_retries=1) # 出错每5秒尝试一次，总共尝试1次 return x+y @app.task(base=demotask) def sayhi(name): a=[] a[10]==1 return 'hi {}'.format(name) @app.task(base=demotask) def sum(a,b): return 'a+b={} '.format(a+b)
此时的配置文件config.py：
#!/usr/bin/env python3 # -*- coding:utf-8 -*- # Author:wd from project import app from celery.schedules import crontab BROKER_URL = 'redis://10.1.210.69:6379/0' # Broker配置，使用Redis作为消息中间件 CELERY_RESULT_BACKEND = 'redis://10.1.210.69:6379/0' # BACKEND配置，这里使用redis CELERY_RESULT_SERIALIZER = 'json' # 结果序列化方案 CELERY_TASK_RESULT_EXPIRES = 60 * 60 * 24 # 任务过期时间 CELERY_TIMEZONE='Asia/Shanghai' # 时区配置 CELERY_IMPORTS = ( # 指定导入的任务模块,可以指定多个 'project.tasks', 'project.period_task', ) app.conf.beat_schedule = { 'add': { # 每10秒执行 'task': 'project.period_task.add', #任务路径 'schedule': 10.0, 'args': (10,12), }, 'sayhi': { # 每10秒执行 'task': 'project.period_task.sayhi', #任务路径 'schedule': 10.0, 'args': ('wd',), }, 'sum': { # 每10秒执行 'task': 'project.period_task.sum', #任务路径 'schedule': 10.0, 'args': (1,3), }, }
然后重启worker和beat，查看日志：
任务编排
在很多情况下，一个任务需要由多个子任务或者一个任务需要很多步骤才能完成，Celery同样也能实现这样的任务，完成这类型的任务通过以下模块完成：
-
group: 并行调度任务
-
chain: 链式任务调度
-
chord: 类似group，但分header和body2个部分，header可以是一个group任务，执行完成后调用body的任务
-
map: 映射调度，通过输入多个入参来多次调度同一个任务
-
starmap: 类似map，入参类似＊args
-
chunks: 将任务按照一定数量进行分组
修改tasks.py：
#!/usr/bin/env python3 # -*- coding:utf-8 -*- # Author:wd from project import app @app.task def add(x,y): return x+y @app.task def mul(x,y): return x*y @app.task def sum(data_list): res=0 for i in data_list: res+=i return res
group: 组任务，组内每个任务并行执行
和project同级目录新建consumer.py如下：
from celery import group from project.tasks import add,mul,sum res = group(add.s(1,2),add.s(1,2))() # 任务 [1+2,1+2] while True: if res.ready(): print('res:{}'.format(res.get())) break
结果：
chain：链式任务
链式任务中，默认上一个任务的返回结果作为参数传递给子任务
from celery import chain from project.tasks import add,mul,sum res = chain(add.s(1,2),add.s(3),mul.s(3))() # 任务((1+2)+3)*3 while True: if res.ready(): print('res:{}'.format(res.get())) break #结果 #res：18
还可以使用|表示链式任务，上面任务也可以表示为：
res = (add.s(1,2) | add.s(3) | (mul.s(3)))()
res.get()
chord：任务分割，分为header和body两部分，hearder任务执行完在执行body,其中hearder返回结果作为参数传递给body
from celery import chord from project.tasks import add,mul,sum res = chord(header=[add.s(1,2),mul.s(3,4)],body=sum.s())() # 任务(1+2)+(3*4) while True: if res.ready(): print('res:{}'.format(res.get())) break #结果： #res:15
chunks：任务分组，按照任务的个数分组
from project.tasks import add,mul,sum res = add.chunks(zip(range(5),range(5)),4)() # 4 代表每组的任务的个数 while True: if res.ready(): print('res:{}'.format(res.get())) break
结果：
delay &apply_async
对于delay和apply_async都可以用来进行任务的调度，本质上是delay对apply_async进行了再一次封装（或者可以说是快捷方式），两者都返回AsyncResult对象，以下是两个方法源码。
def delay(self, *args, **kwargs): """Star argument version of :meth:`apply_async`. Does not support the extra options enabled by :meth:`apply_async`. Arguments: *args (Any): Positional arguments passed on to the task. **kwargs (Any): Keyword arguments passed on to the task. Returns: celery.result.AsyncResult: Future promise. """ return self.apply_async(args, kwargs)
def apply_async(self, args=None, kwargs=None, task_id=None, producer=None, link=None, link_error=None, shadow=None, **options): """Apply tasks asynchronously by sending a message. Arguments: args (Tuple): The positional arguments to pass on to the task. kwargs (Dict): The keyword arguments to pass on to the task. countdown (float): Number of seconds into the future that the task should execute. Defaults to immediate execution. eta (~datetime.datetime): Absolute time and date of when the task should be executed. May not be specified if `countdown` is also supplied. expires (float, ~datetime.datetime): Datetime or seconds in the future for the task should expire. The task won't be executed after the expiration time. shadow (str): Override task name used in logs/monitoring. Default is retrieved from :meth:`shadow_name`. connection (kombu.Connection): Re-use existing broker connection instead of acquiring one from the connection pool. retry (bool): If enabled sending of the task message will be retried in the event of connection loss or failure. Default is taken from the :setting:`task_publish_retry` setting. Note that you need to handle the producer/connection manually for this to work. retry_policy (Mapping): Override the retry policy used. See the :setting:`task_publish_retry_policy` setting. queue (str, kombu.Queue): The queue to route the task to. This must be a key present in :setting:`task_queues`, or :setting:`task_create_missing_queues` must be enabled. See :ref:`guide-routing` for more information. exchange (str, kombu.Exchange): Named custom exchange to send the task to. Usually not used in combination with the ``queue`` argument. routing_key (str): Custom routing key used to route the task to a worker server. If in combination with a ``queue`` argument only used to specify custom routing keys to topic exchanges. priority (int): The task priority, a number between 0 and 9. Defaults to the :attr:`priority` attribute. serializer (str): Serialization method to use. Can be `pickle`, `json`, `yaml`, `msgpack` or any custom serialization method that's been registered with :mod:`kombu.serialization.registry`. Defaults to the :attr:`serializer` attribute. compression (str): Optional compression method to use. Can be one of ``zlib``, ``bzip2``, or any custom compression methods registered with :func:`kombu.compression.register`. Defaults to the :setting:`task_compression` setting. link (Signature): A single, or a list of tasks signatures to apply if the task returns successfully. link_error (Signature): A single, or a list of task signatures to apply if an error occurs while executing the task. producer (kombu.Producer): custom producer to use when publishing the task. add_to_parent (bool): If set to True (default) and the task is applied while executing another task, then the result will be appended to the parent tasks ``request.children`` attribute. Trailing can also be disabled by default using the :attr:`trail` attribute publisher (kombu.Producer): Deprecated alias to ``producer``. headers (Dict): Message headers to be included in the message. Returns: celery.result.AsyncResult: Promise of future evaluation. Raises: TypeError: If not enough arguments are passed, or too many arguments are passed. Note that signature checks may be disabled by specifying ``@task(typing=False)``. kombu.exceptions.OperationalError: If a connection to the transport cannot be made, or if the connection is lost. Note: Also supports all keyword arguments supported by :meth:`kombu.Producer.publish`. """ if self.typing: try: check_arguments = self.__header__ except AttributeError: # pragma: no cover pass else: check_arguments(*(args or ()), **(kwargs or {})) app = self._get_app() if app.conf.task_always_eager: with denied_join_result(): return self.apply(args, kwargs, task_id=task_id or uuid(), link=link, link_error=link_error, **options) if self.__v2_compat__: shadow = shadow or self.shadow_name(self(), args, kwargs, options) else: shadow = shadow or self.shadow_name(args, kwargs, options) preopts = self._get_exec_options() options = dict(preopts, **options) if options else preopts options.setdefault('ignore_result', self.ignore_result) return app.send_task( self.name, args, kwargs, task_id=task_id, producer=producer, link=link, link_error=link_error, result_cls=self.AsyncResult, shadow=shadow, task_type=self, **options )
对于其使用，apply_async支持常用参数：
- eta：指定任务执行时间，类型为datetime时间类型；
- countdown：倒计时,单位秒，浮点类型；
- expires：任务过期时间，如果任务在超过过期时间还未执行则回收任务，浮点类型获取datetime类型；
- retry：任务执行失败时候是否尝试，布尔类型。；
- serializer：序列化方案，支持pickle、json、yaml、msgpack；
- priority：任务优先级，有0～9优先级可设置，int类型；
- retry_policy：任务重试机制，其中包含几个重试参数，类型是dict如下：
max_retries:最大重试次数 interval_start:重试等待时间 interval_step:每次重试叠加时长，假设第一重试等待1s，第二次等待1＋n秒 interval_max:最大等待时间 ####示例 add.apply_async((1, 3), retry=True, retry_policy={ 'max_retries': 1, 'interval_start': 0, 'interval_step': 0.8, 'interval_max': 5, })
更多参数参考：http://docs.celeryproject.org/en/latest/reference/celery.app.task.html#celery.app.task.Task.apply_async
五、管理与监控
Celery管理和监控功能是通过flower组件实现的，flower组件不仅仅提供监控功能，还提供HTTP API可实现对woker和task的管理。
安装使用
pip3 install flower
启动
flower -A project --port=5555 # -A ：项目目录 #--port 指定端口
访问http:ip:5555
api使用，例如获取woker信息：
curl http://127.0.0.1:5555/api/workers
结果：
更多api参考：https://flower.readthedocs.io/en/latest/api.html