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Python定时任务

爱摸鱼的菜鸟码农 人气:0

在日常工作中，我们常常会用到需要周期性执行的任务，一种方式是采用 Linux 系统自带的 crond 结合命令行实现。另外一种方式是直接使用Python。接下里整理的是常见的Python定时任务的实现方式。

利用while True: + sleep()实现定时任务

位于 time 模块中的 sleep(secs) 函数，可以实现令当前执行的线程暂停 secs 秒后再继续执行。所谓暂停，即令当前线程进入阻塞状态，当达到 sleep() 函数规定的时间后，再由阻塞状态转为就绪状态，等待 CPU 调度。

基于这样的特性我们可以通过while死循环+sleep()的方式实现简单的定时任务。

代码示例：

import datetime
import time
def time_printer():
    now = datetime.datetime.now()
    ts = now.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
    print('do func time :', ts)
def loop_monitor():
    while True:
        time_printer()
        time.sleep(5)  # 暂停5秒
if __name__ == "__main__":
    loop_monitor()

主要缺点：

使用Timeloop库运行定时任务

Timeloop是一个库，可用于运行多周期任务。这是一个简单的库，它使用decorator模式在线程中运行标记函数。

示例代码：

import time
from timeloop import Timeloop
from datetime import timedelta
tl = Timeloop()
@tl.job(interval=timedelta(seconds=2))
def sample_job_every_2s():
    print "2s job current time : {}".format(time.ctime())
@tl.job(interval=timedelta(seconds=5))
def sample_job_every_5s():
    print "5s job current time : {}".format(time.ctime())
@tl.job(interval=timedelta(seconds=10))
def sample_job_every_10s():
    print "10s job current time : {}".format(time.ctime())

利用threading.Timer实现定时任务

threading 模块中的 Timer 是一个非阻塞函数，比 sleep 稍好一点，timer最基本理解就是定时器，我们可以启动多个定时任务，这些定时器任务是异步执行，所以不存在等待顺序执行问题。

Timer(interval, function, args=[ ], kwargs={ })

代码示例：

import datetime
from threading import Timer
def time_printer():
    now = datetime.datetime.now()
    ts = now.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
    print('do func time :', ts)
    loop_monitor()
def loop_monitor():
    t = Timer(5, time_printer)
    t.start()
if __name__ == "__main__":
    loop_monitor()

备注：Timer只能执行一次，这里需要循环调用，否则只能执行一次

利用内置模块sched实现定时任务

sched模块实现了一个通用事件调度器，在调度器类使用一个延迟函数等待特定的时间，执行任务。同时支持多线程应用程序，在每个任务执行后会立刻调用延时函数，以确保其他线程也能执行。

class sched.scheduler(timefunc, delayfunc)这个类定义了调度事件的通用接口，它需要外部传入两个参数，timefunc是一个没有参数的返回时间类型数字的函数(常用使用的如time模块里面的time)，delayfunc应该是一个需要一个参数来调用、与timefunc的输出兼容、并且作用为延迟多个时间单位的函数(常用的如time模块的sleep)。

代码示例：

import datetime
import time
import sched
def time_printer():
    now = datetime.datetime.now()
    ts = now.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
    print('do func time :', ts)
    loop_monitor()
def loop_monitor():
    s = sched.scheduler(time.time, time.sleep)  # 生成调度器
    s.enter(5, 1, time_printer, ())
    s.run()
if __name__ == "__main__":
    loop_monitor()

scheduler对象主要方法:

个人点评：比threading.Timer更好，不需要循环调用。

利用调度模块schedule实现定时任务

schedule是一个第三方轻量级的任务调度模块，可以按照秒，分，小时，日期或者自定义事件执行时间。schedule允许用户使用简单、人性化的语法以预定的时间间隔定期运行Python函数(或其它可调用函数)。

先来看代码，是不是不看文档就能明白什么意思？

import schedule
import time
def job():
    print("I'm working...")
schedule.every(10).seconds.do(job)
schedule.every(10).minutes.do(job)
schedule.every().hour.do(job)
schedule.every().day.at("10:30").do(job)
schedule.every(5).to(10).minutes.do(job)
schedule.every().monday.do(job)
schedule.every().wednesday.at("13:15").do(job)
schedule.every().minute.at(":17").do(job)
while True:
    schedule.run_pending()
    time.sleep(1)

装饰器：通过 @repeat() 装饰静态方法

import time
from schedule import every, repeat, run_pending
@repeat(every().second)
def job():
    print('working...')
while True:
    run_pending()
    time.sleep(1)

传递参数：

import schedule
def greet(name):
    print('Hello', name)
schedule.every(2).seconds.do(greet, name='Alice')
schedule.every(4).seconds.do(greet, name='Bob')
while True:
    schedule.run_pending()

装饰器同样能传递参数：

from schedule import every, repeat, run_pending
@repeat(every().second, 'World')
@repeat(every().minute, 'Mars')
def hello(planet):
    print('Hello', planet)
while True:
    run_pending()

取消任务：

import schedule
i = 0
def some_task():
    global i
    i += 1
    print(i)
    if i == 10:
        schedule.cancel_job(job)
        print('cancel job')
        exit(0)
job = schedule.every().second.do(some_task)
while True:
    schedule.run_pending()

运行一次任务：

import time
import schedule
def job_that_executes_once():
    print('Hello')
    return schedule.CancelJob
schedule.every().minute.at(':34').do(job_that_executes_once)
while True:
    schedule.run_pending()
    time.sleep(1)

根据标签检索任务：

# 检索所有任务：schedule.get_jobs()
import schedule
def greet(name):
    print('Hello {}'.format(name))
schedule.every().day.do(greet, 'Andrea').tag('daily-tasks', 'friend')
schedule.every().hour.do(greet, 'John').tag('hourly-tasks', 'friend')
schedule.every().hour.do(greet, 'Monica').tag('hourly-tasks', 'customer')
schedule.every().day.do(greet, 'Derek').tag('daily-tasks', 'guest')
friends = schedule.get_jobs('friend')
print(friends)

根据标签取消任务：

# 取消所有任务：schedule.clear()
import schedule
def greet(name):
    print('Hello {}'.format(name))
    if name == 'Cancel':
        schedule.clear('second-tasks')
        print('cancel second-tasks')
schedule.every().second.do(greet, 'Andrea').tag('second-tasks', 'friend')
schedule.every().second.do(greet, 'John').tag('second-tasks', 'friend')
schedule.every().hour.do(greet, 'Monica').tag('hourly-tasks', 'customer')
schedule.every(5).seconds.do(greet, 'Cancel').tag('daily-tasks', 'guest')
while True:
    schedule.run_pending()

运行任务到某时间：

import schedule
from datetime import datetime, timedelta, time
def job():
    print('working...')
schedule.every().second.until('23:59').do(job)  # 今天23:59停止
schedule.every().second.until('2030-01-01 18:30').do(job)  # 2030-01-01 18:30停止
schedule.every().second.until(timedelta(hours=8)).do(job)  # 8小时后停止
schedule.every().second.until(time(23, 59, 59)).do(job)  # 今天23:59:59停止
schedule.every().second.until(datetime(2030, 1, 1, 18, 30, 0)).do(job)  # 2030-01-01 18:30停止
while True:
    schedule.run_pending()

马上运行所有任务（主要用于测试）：

import schedule
def job():
    print('working...')
def job1():
    print('Hello...')
schedule.every().monday.at('12:40').do(job)
schedule.every().tuesday.at('16:40').do(job1)
schedule.run_all()
schedule.run_all(delay_seconds=3)  # 任务间延迟3秒

并行运行：使用 Python 内置队列实现：

import threading
import time
import schedule
def job1():
    print("I'm running on thread %s" % threading.current_thread())
def job2():
    print("I'm running on thread %s" % threading.current_thread())
def job3():
    print("I'm running on thread %s" % threading.current_thread())
def run_threaded(job_func):
    job_thread = threading.Thread(target=job_func)
    job_thread.start()
schedule.every(10).seconds.do(run_threaded, job1)
schedule.every(10).seconds.do(run_threaded, job2)
schedule.every(10).seconds.do(run_threaded, job3)
while True:
    schedule.run_pending()
    time.sleep(1)

利用任务框架APScheduler实现定时任务

APScheduler（advanceded python scheduler）基于Quartz的一个Python定时任务框架，实现了Quartz的所有功能，使用起来十分方便。提供了基于日期、固定时间间隔以及crontab类型的任务，并且可以持久化任务。基于这些功能，我们可以很方便的实现一个Python定时任务系统。

它有以下三个特点：

APScheduler有四种组成部分：

示例代码：

from apscheduler.schedulers.blocking import BlockingScheduler
from datetime import datetime
# 输出时间
def job():
    print(datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S"))
# BlockingScheduler
sched = BlockingScheduler()
sched.add_job(my_job, 'interval', seconds=5, id='my_job_id')
sched.start()

APScheduler中的重要概念

Job 作业

Job作为APScheduler最小执行单位。创建Job时指定执行的函数，函数中所需参数，Job执行时的一些设置信息。

构建说明：

  1. id：指定作业的唯一ID
  2. name：指定作业的名字
  3. trigger：apscheduler定义的触发器，用于确定Job的执行时间，根据设置的trigger规则，计算得到下次执行此job的时间， 满足时将会执行
  4. executor：apscheduler定义的执行器，job创建时设置执行器的名字，根据字符串你名字到scheduler获取到执行此job的 执行器，执行job指定的函数
  5. max_instances：执行此job的最大实例数，executor执行job时，根据job的id来计算执行次数，根据设置的最大实例数来确定是否可执行
  6. next_run_time：Job下次的执行时间，创建Job时可以指定一个时间[datetime],不指定的话则默认根据trigger获取触发时间
  7. misfire_grace_time：Job的延迟执行时间，例如Job的计划执行时间是21:00:00，但因服务重启或其他原因导致21:00:31才执行，如果设置此key为40,则该job会继续执行，否则将会丢弃此job
  8. coalesce：Job是否合并执行，是一个bool值。例如scheduler停止20s后重启启动，而job的触发器设置为5s执行一次，因此此job错过了4个执行时间，如果设置为是，则会合并到一次执行，否则会逐个执行
  9. func：Job执行的函数
  10. args：Job执行函数需要的位置参数
  11. kwargs：Job执行函数需要的关键字参数

Trigger 触发器

Trigger绑定到Job，在scheduler调度筛选Job时，根据触发器的规则计算出Job的触发时间，然后与当前时间比较确定此Job是否会被执行，总之就是根据trigger规则计算出下一个执行时间。

目前APScheduler支持触发器：

触发器参数：date

date定时，作业只执行一次。

sched.add_job(my_job, 'date', run_date=date(2009, 11, 6), args=['text'])
sched.add_job(my_job, 'date', run_date=datetime(2019, 7, 6, 16, 30, 5), args=['text'])

触发器参数：interval

interval间隔调度

sched.add_job(job_function, 'interval', hours=2)

触发器参数：cron

cron调度

  1. (int|str) 表示参数既可以是int类型，也可以是str类型
  2. (datetime | str) 表示参数既可以是datetime类型，也可以是str类型
  3. year (int|str) – 4-digit year -（表示四位数的年份，如2008年）
  4. month (int|str) – month (1-12) -（表示取值范围为1-12月）
  5. day (int|str) – day of the (1-31) -（表示取值范围为1-31日）
  6. week (int|str) – ISO week (1-53) -（格里历2006年12月31日可以写成2006年-W52-7（扩展形式）或2006W527（紧凑形式））
  7. day_of_week (int|str) – number or name of weekday (0-6 or mon,tue,wed,thu,fri,sat,sun) – （表示一周中的第几天，既可以用0-6表示也可以用其英语缩写表示）
  8. hour (int|str) – hour (0-23) – （表示取值范围为0-23时）
  9. minute (int|str) – minute (0-59) – （表示取值范围为0-59分）
  10. second (int|str) – second (0-59) – （表示取值范围为0-59秒）
  11. start_date (datetime|str) – earliest possible date/time to trigger on (inclusive) – （表示开始时间）
  12. end_date (datetime|str) – latest possible date/time to trigger on (inclusive) – （表示结束时间）
  13. timezone (datetime.tzinfo|str) – time zone to use for the date/time calculations (defaults to scheduler timezone) -（表示时区取值）

CronTrigger可用的表达式：

表达式 参数类型 描述 * 所有 通配符。例：minutes=*即每分钟触发 * / a 所有 每隔时长a执行一次。例：minutes=”* / 3″ 即每隔3分钟执行一次 a – b 所有 a – b的范围内触发。例：minutes=“2-5”。即2到5分钟内每分钟执行一次 a – b / c 所有 a – b范围内，每隔时长c执行一次。 xth y 日 第几个星期几触发。x为第几个，y为星期几 last x 日 一个月中，最后一个星期的星期几触发 last 日 一个月中的最后一天触发 x, y, z 所有 组合表达式，可以组合确定值或上述表达式

# 6-8,11-12月第三个周五 00:00, 01:00, 02:00, 03:00运行
sched.add_job(job_function, 'cron', month='6-8,11-12', day='3rd fri', hour='0-3')
# 每周一到周五运行 直到2024-05-30 00:00:00
sched.add_job(job_function, 'cron', day_of_week='mon-fri', hour=5, minute=30, end_date='2024-05-30'

Executor 执行器

Executor在scheduler中初始化，另外也可通过scheduler的add_executor动态添加Executor。每个executor都会绑定一个alias，这个作为唯一标识绑定到Job，在实际执行时会根据Job绑定的executor找到实际的执行器对象，然后根据执行器对象执行Job。

Executor的种类会根据不同的调度来选择，如果选择AsyncIO作为调度的库，那么选择AsyncIOExecutor，如果选择tornado作为调度的库，选择TornadoExecutor，如果选择启动进程作为调度，选择ThreadPoolExecutor或者ProcessPoolExecutor都可以。

Executor的选择需要根据实际的scheduler来选择不同的执行器。目前APScheduler支持的Executor：

Jobstore 作业存储

Jobstore在scheduler中初始化，另外也可通过scheduler的add_jobstore动态添加Jobstore。每个jobstore都会绑定一个alias，scheduler在Add Job时，根据指定的jobstore在scheduler中找到相应的jobstore，并将job添加到jobstore中。作业存储器决定任务的保存方式， 默认存储在内存中（MemoryJobStore），重启后就没有了。APScheduler支持的任务存储器有：

不同的任务存储器可以在调度器的配置中进行配置（见调度器）

Event 事件

Event是APScheduler在进行某些操作时触发相应的事件，用户可以自定义一些函数来监听这些事件，当触发某些Event时，做一些具体的操作。常见的比如。Job执行异常事件 EVENT_JOB_ERROR。Job执行时间错过事件 EVENT_JOB_MISSED。

目前APScheduler定义的Event：

Listener表示用户自定义监听的一些Event，比如当Job触发了EVENT_JOB_MISSED事件时可以根据需求做一些其他处理。

调度器

Scheduler是APScheduler的核心，所有相关组件通过其定义。scheduler启动之后，将开始按照配置的任务进行调度。除了依据所有定义Job的trigger生成的将要调度时间唤醒调度之外。当发生Job信息变更时也会触发调度。

APScheduler支持的调度器方式如下，比较常用的为BlockingScheduler和BackgroundScheduler

Scheduler的工作流程

Scheduler添加job流程：

Scheduler调度流程：

使用分布式消息系统Celery实现定时任务

Celery是一个简单，灵活，可靠的分布式系统，用于处理大量消息，同时为操作提供维护此类系统所需的工具, 也可用于任务调度。Celery 的配置比较麻烦，如果你只是需要一个轻量级的调度工具，Celery 不会是一个好选择。

Celery 是一个强大的分布式任务队列，它可以让任务的执行完全脱离主程序，甚至可以被分配到其他主机上运行。我们通常使用它来实现异步任务（async task）和定时任务（crontab）。 异步任务比如是发送邮件、或者文件上传, 图像处理等等一些比较耗时的操作 ，定时任务是需要在特定时间执行的任务。

需要注意，celery本身并不具备任务的存储功能，在调度任务的时候肯定是要把任务存起来的，因此在使用celery的时候还需要搭配一些具备存储、访问功能的工具，比如：消息队列、Redis缓存、数据库等。官方推荐的是消息队列RabbitMQ，有些时候使用Redis也是不错的选择。

它的架构组成如下图：

Celery架构，它采用典型的生产者-消费者模式，主要由以下部分组成：

实际应用中，用户从Web前端发起一个请求，我们只需要将请求所要处理的任务丢入任务队列broker中，由空闲的worker去处理任务即可，处理的结果会暂存在后台数据库backend中。我们可以在一台机器或多台机器上同时起多个worker进程来实现分布式地并行处理任务。

Celery定时任务实例：

使用数据流工具Apache Airflow实现定时任务

Apache Airflow 是Airbnb开源的一款数据流程工具，目前是Apache孵化项目。以非常灵活的方式来支持数据的ETL过程，同时还支持非常多的插件来完成诸如HDFS监控、邮件通知等功能。Airflow支持单机和分布式两种模式，支持Master-Slave模式，支持Mesos等资源调度，有非常好的扩展性。被大量公司采用。

Airflow使用Python开发，它通过DAGs(Directed Acyclic Graph, 有向无环图)来表达一个工作流中所要执行的任务，以及任务之间的关系和依赖。比如，如下的工作流中，任务T1执行完成，T2和T3才能开始执行，T2和T3都执行完成，T4才能开始执行。

Airflow提供了各种Operator实现，可以完成各种任务实现：

除了以上这些 Operators 还可以方便的自定义 Operators 满足个性化的任务需求。

一些情况下，我们需要根据执行结果执行不同的任务，这样工作流会产生分支。如:

这种需求可以使用BranchPythonOperator来实现。

Airflow 产生的背景

通常，在一个运维系统，数据分析系统，或测试系统等大型系统中，我们会有各种各样的依赖需求。包括但不限于：

crontab 可以很好地处理定时执行任务的需求，但仅能管理时间上的依赖。Airflow 的核心概念 DAG（有向无环图）—— 来表现工作流。

Airflow 核心概念

Airflow 的架构

在一个可扩展的生产环境中，Airflow 含有以下组件：

Worker的具体实现由配置文件中的executor来指定，airflow支持多种Executor:

生产环境一般使用CeleryExecutor和KubernetesExecutor。

使用CeleryExecutor的架构如图:

使用KubernetesExecutor的架构如图:

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