八種用Python實現定時執行任務的方案，一定有你用得到的！

 

 

 

我們在日常工作中，常常會用到需要周期性執行的任務。 一種方式是采用 Linux 系統自帶的 crond 結合命令行實現； 一種方式是直接使用Python； 於是我把常見的Python定時任務實現方法整理了一下，希望對大家有所幫助。

 

• 利用while True: + sleep()實現定時任務
• 使用Timeloop庫運行定時任務
• 利用threading.Timer實現定時任務
• 利用內置模塊sched實現定時任務
• 利用調度模塊schedule實現定時任務
• 利用任務框架APScheduler實現定時任務
• Job 作業
• Trigger 觸發器
• Executor 執行器
• Jobstore 作業存儲
• Event 事件 調度器
• APScheduler中的重要概念
• Scheduler的工作流程
• 使用分布式消息系統Celery實現定時任務
• 使用數據流工具Apache Airflow實現定時任務
• Airflow 產生的背景
• Airflow 核心概念
• Airflow 的架構

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主要缺點：

• 只能設定間隔，不能指定具體的時間，比如每天早上8:00
• sleep 是一個阻塞函數，也就是說 sleep 這一段時間，程序什么也不能操作。

二、 使用Timeloop庫運行定時任務

Timeloop是一個庫，可用於運行多周期任務。這是一個簡單的庫，它使用decorator模式在線程中運行標記函數。 示例代碼：

三、利用threading.Timer實現定時任務

threading 模塊中的 Timer 是一個非阻塞函數，比 sleep 稍好一點，timer最基本理解就是定時器，我們可以啟動多個定時任務，這些定時器任務是異步執行，所以不存在等待順序執行問題。 Timer(interval, function, args=[ ], kwargs={ })

• interval: 指定的時間
• function: 要執行的方法
• args/kwargs: 方法的參數

代碼示例：

備注：Timer只能執行一次，這里需要循環調用，否則只能執行一次

四、利用內置模塊sched實現定時任務

sched模塊實現了一個通用事件調度器，在調度器類使用一個延遲函數等待特定的時間，執行任務。同時支持多線程應用程序，在每個任務執行后會立刻調用延時函數，以確保其他線程也能執行。 class sched.scheduler(timefunc, delayfunc)這個類定義了調度事件的通用接口，它需要外部傳入兩個參數，timefunc是一個沒有參數的返回時間類型數字的函數(常用使用的如time模塊里面的time)，delayfunc應該是一個需要一個參數來調用、與timefunc的輸出兼容、並且作用為延遲多個時間單位的函數(常用的如time模塊的sleep)。 代碼示例：

scheduler對象主要方法:

• enter(delay, priority, action, argument)，安排一個事件來延遲delay個時間單位。
• -cancel(event)：從隊列中刪除事件。如果事件不是當前隊列中的事件，則該方法將跑出一個ValueError。
• -run()：運行所有預定的事件。這個函數將等待(使用傳遞給構造函數的delayfunc()函數)，然后執行事件，直到不再有預定的事件。

個人點評：比threading.Timer更好，不需要循環調用。

五、利用調度模塊schedule實現定時任務

schedule是一個第三方輕量級的任務調度模塊，可以按照秒，分，小時，日期或者自定義事件執行時間。schedule允許用戶使用簡單、人性化的語法以預定的時間間隔定期運行Python函數(或其它可調用函數)。 先來看代碼，是不是不看文檔就能明白什么意思？

裝飾器：通過 @repeat() 裝飾靜態方法

傳遞參數：

裝飾器同樣能傳遞參數：

取消任務：

運行一次任務：

根據標簽檢索任務：

根據標簽取消任務：

運行任務到某時間：

馬上運行所有任務（主要用於測試）：

並行運行：使用 Python 內置隊列實現：

六、利用任務框架APScheduler實現定時任務

APScheduler（advanceded python scheduler）基於Quartz的一個Python定時任務框架，實現了Quartz的所有功能，使用起來十分方便。提供了基於日期、固定時間間隔以及crontab類型的任務，並且可以持久化任務。基於這些功能，我們可以很方便的實現一個Python定時任務系統。 它有以下三個特點：

• 類似於 Liunx Cron 的調度程序(可選的開始/結束時間)
• 基於時間間隔的執行調度(周期性調度，可選的開始/結束時間)
• 一次性執行任務(在設定的日期/時間運行一次任務)

APScheduler有四種組成部分：

• 觸發器(trigger) 包含調度邏輯，每一個作業有它自己的觸發器，用於決定接下來哪一個作業會運行。除了他們自己初始配置意外，觸發器完全是無狀態的。
• 作業存儲(job store) 存儲被調度的作業，默認的作業存儲是簡單地把作業保存在內存中，其他的作業存儲是將作業保存在數據庫中。一個作業的數據講在保存在持久化作業存儲時被序列化，並在加載時被反序列化。調度器不能分享同一個作業存儲。
• 執行器(executor) 處理作業的運行，他們通常通過在作業中提交制定的可調用對象到一個線程或者進城池來進行。當作業完成時，執行器將會通知調度器。
• 調度器(scheduler) 是其他的組成部分。你通常在應用只有一個調度器，應用的開發者通常不會直接處理作業存儲、調度器和觸發器，相反，調度器提供了處理這些的合適的接口。配置作業存儲和執行器可以在調度器中完成，例如添加、修改和移除作業。通過配置executor、jobstore、trigger，使用線程池(ThreadPoolExecutor默認值20)或進程池(ProcessPoolExecutor 默認值5)並且默認最多3個(max_instances)任務實例同時運行，實現對job的增刪改查等調度控制

示例代碼：

APScheduler中的重要概念 Job 作業

Job作為APScheduler最小執行單位。創建Job時指定執行的函數，函數中所需參數，Job執行時的一些設置信息。 構建說明：

• id：指定作業的唯一ID name：指定作業的名字
• trigger：apscheduler定義的觸發器，用於確定Job的執行時間，根據設置的 trigger規則，計算得到下次執行此job的時間，滿足時將會執行；
• executor：apscheduler定義的執行器，job創建時設置執行器的名字，根據字符串你名字到scheduler獲取到執行此job的執行器，執行job指定的函數；
• max_instances：執行此job的最大實例數，executor執行job時，根據job的id來計算執行次數，根據設置的最大實例數來確定是否可執行；
• next_run_time：Job下次的執行時間，創建Job時可以指定一個時間[datetime],不指定的話則默認根據trigger獲取觸發時間；
• misfire_grace_time：Job的延遲執行時間，例如Job的計划執行時間是21:00:00，但因服務重啟或其他原因導致21:00:31才執行，如果設置此key為40,則該job會繼續執行，否則將會丟棄此job
• coalesce：Job是否合並執行，是一個bool值。例如scheduler停止20s后重啟啟動，而job的觸發器設置為5s執行一次，因此此job錯過了4個執行時間，如果設置為是，則會合並到一次執行，否則會逐個執行
• func：Job執行的函數
• args：Job執行函數需要的位置參數
• kwargs：Job執行函數需要的關鍵字參數

Trigger 觸發器 Trigger綁定到Job，在scheduler調度篩選Job時，根據觸發器的規則計算出Job的觸發時間，然后與當前時間比較確定此Job是否會被執行，總之就是根據trigger規則計算出下一個執行時間。 目前APScheduler支持觸發器：

• 指定時間的DateTrigger
• 指定間隔時間的IntervalTrigger
• 像Linux的crontab一樣的CronTrigger

觸發器參數：date date定時，作業只執行一次。

• run_date (datetime|str) – the date/time to run the job at
• timezone(datetime.tzinfo|str) – time zone for run_date if it doesn’t have one already

觸發器參數：interval interval間隔調度

• weeks (int) – 間隔幾周
• days (int) – 間隔幾天
• hours (int) – 間隔幾小時
• minutes(int) – 間隔幾分鍾
• seconds (int) – 間隔多少秒
• start_date (datetime|str) – 開始日期
• end_date (datetime|str) – 結束日期
• timezone (datetime.tzinfo|str) – 時區

觸發器參數：cron cron調度

• (int|str) 表示參數既可以是int類型，也可以是str類型
• (datetime | str)表示參數既可以是datetime類型，也可以是str類型
• year (int|str) – 4-digit year-（表示四位數的年份，如2008年）
• month (int|str) – month (1-12) -（表示取值范圍為1-12月）
• day (int|str) – day of the (1-31) -（表示取值范圍為1-31日）
• week (int|str) – ISOweek (1-53) -（格里歷2006年12月31日可以寫成2006年-W52-7（擴展形式）或2006W527（緊湊形式））
• day_of_week (int|str) – number or name of weekday (0-6 or mon,tue,wed,thu,fri,sat,sun) – （表示一周中的第幾天，既可以用0-6表示也可以用其英語縮寫表示）
• hour (int|str) – hour (0-23) – （表示取值范圍為0-23時）
• minute (int|str) – minute (0-59) – （表示取值范圍為0-59分）
• second (int|str) – second (0-59) –（表示取值范圍為0-59秒）
• start_date (datetime|str) – earliest possible date/time to trigger on (inclusive) – （表示開始時間）
• end_date(datetime|str) – latest possible date/time to trigger on (inclusive) – （表示結束時間）
• timezone (datetime.tzinfo|str) – time zone to use for the date/time calculations (defaults to scheduler timezone) -（表示時區取值）

Executor 執行器

Executor在scheduler中初始化，另外也可通過scheduler的add_executor動態添加Executor。每個executor都會綁定一個alias，這個作為唯一標識綁定到Job，在實際執行時會根據Job綁定的executor找到實際的執行器對象，然后根據執行器對象執行Job。 Executor的種類會根據不同的調度來選擇，如果選擇AsyncIO作為調度的庫，那么選擇AsyncIOExecutor，如果選擇tornado作為調度的庫，選擇TornadoExecutor，如果選擇啟動進程作為調度，選擇ThreadPoolExecutor或者ProcessPoolExecutor都可以。 Executor的選擇需要根據實際的scheduler來選擇不同的執行器。目前APScheduler支持的Executor：

• executors.asyncio：同步io，阻塞
• executors.gevent：io多路復用，非阻塞
• executors.pool:線程ThreadPoolExecutor和進程ProcessPoolExecutor
• executors.twisted：基於事件驅動

Jobstore 作業存儲 Jobstore在scheduler中初始化，另外也可通過scheduler的add_jobstore動態添加Jobstore。

每個jobstore都會綁定一個alias，scheduler在Add Job時，根據指定的jobstore在scheduler中找到相應的jobstore，並將job添加到jobstore中。

作業存儲器決定任務的保存方式， 默認存儲在內存中（MemoryJobStore），重啟后就沒有了。

APScheduler支持的任務存儲器有：

• jobstores.memory：內存
• jobstores.mongodb：存儲在mongodb
• jobstores.redis：存儲在redis
• jobstores.rethinkdb：存儲在rethinkdb
• jobstores.sqlalchemy：支持sqlalchemy的數據庫如mysql，sqlite等
• jobstores.zookeeper：zookeeper

不同的任務存儲器可以在調度器的配置中進行配置（見調度器） Event 事件

Event是APScheduler在進行某些操作時觸發相應的事件，用戶可以自定義一些函數來監聽這些事件，當觸發某些Event時，做一些具體的操作。常見的比如。Job執行異常事件 EVENT_JOB_ERROR。Job執行時間錯過事件EVENT_JOB_MISSED。 目前APScheduler定義的Event：

• EVENT_SCHEDULER_STARTED
• EVENT_SCHEDULER_START
• EVENT_SCHEDULER_SHUTDOWN
• EVENT_SCHEDULER_PAUSED
• EVENT_SCHEDULER_RESUMED
• EVENT_EXECUTOR_ADDED
• EVENT_EXECUTOR_REMOVED
• EVENT_JOBSTORE_ADDED
• EVENT_JOBSTORE_REMOVED
• EVENT_ALL_JOBS_REMOVED
• EVENT_JOB_ADDED
• EVENT_JOB_REMOVED
• EVENT_JOB_MODIFIED
• EVENT_JOB_EXECUTED
• EVENT_JOB_ERROR
• EVENT_JOB_MISSED
• EVENT_JOB_SUBMITTED
• EVENT_JOB_MAX_INSTANCES Listener表示用戶自定義監聽的一些Event，比如當Job觸發了EVENT_JOB_MISSED事件時可以根據需求做一些其他處理。

調度器 Scheduler是APScheduler的核心，所有相關組件通過其定義。scheduler啟動之后，將開始按照配置的任務進行調度。除了依據所有定義Job的trigger生成的將要調度時間喚醒調度之外。當發生Job信息變更時也會觸發調度。 APScheduler支持的調度器方式如下，比較常用的為BlockingScheduler和BackgroundScheduler 。

• BlockingScheduler：適用於調度程序是進程中唯一運行的進程，調用start函數會阻塞當前線程，不能立即返回。
• BackgroundScheduler：適用於調度程序在應用程序的后台運行，調用start后主線程不會阻塞。
• AsyncIOScheduler：適用於使用了asyncio模塊的應用程序。
• GeventScheduler：適用於使用gevent模塊的應用程序。
• TwistedScheduler：適用於構建Twisted的應用程序。
• QtScheduler：適用於構建Qt的應用程序。

Scheduler的工作流程 Scheduler添加job流程：

Scheduler調度流程：

七、使用分布式消息系統Celery實現定時任務

Celery是一個簡單，靈活，可靠的分布式系統，用於處理大量消息，同時為操作提供維護此類系統所需的工具, 也可用於任務調度。Celery 的配置比較麻煩，如果你只是需要一個輕量級的調度工具，Celery 不會是一個好選擇。 Celery 是一個強大的分布式任務隊列，它可以讓任務的執行完全脫離主程序，甚至可以被分配到其他主機上運行。我們通常使用它來實現異步任務（async task）和定時任務（crontab）。異步任務比如是發送郵件、或者文件上傳, 圖像處理等等一些比較耗時的操作 ，定時任務是需要在特定時間執行的任務。 需要注意，celery本身並不具備任務的存儲功能，在調度任務的時候肯定是要把任務存起來的，因此在使用celery的時候還需要搭配一些具備存儲、訪問功能的工具，比如：消息隊列、Redis緩存、數據庫等。官方推薦的是消息隊列RabbitMQ，有些時候使用Redis也是不錯的選擇。 它的架構組成如下圖：

Celery架構，它采用典型的生產者-消費者模式，主要由以下部分組成：

• Celery Beat，任務調度器，Beat進程會讀取配置文件的內容，周期性地將配置中到期需要執行的任務發送給任務隊列。
• Producer：需要在隊列中進行的任務，一般由用戶、觸發器或其他操作將任務入隊，然后交由workers進行處理。調用了Celery提供的API、函數或者裝飾器而產生任務並交給任務隊列處理的都是任務生產者。
• Broker，即消息中間件，在這指任務隊列本身，Celery扮演生產者和消費者的角色，brokers就是生產者和消費者存放/獲取產品的地方(隊列)。
• Celery Worker，執行任務的消費者，從隊列中取出任務並執行。通常會在多台服務器運行多個消費者來提高執行效率。 Result
• Backend：任務處理完后保存狀態信息和結果，以供查詢。Celery默認已支持Redis、RabbitMQ、MongoDB、Django ORM、SQLAlchemy等方式。

實際應用中，用戶從Web前端發起一個請求，我們只需要將請求所要處理的任務丟入任務隊列broker中，由空閑的worker去處理任務即可，處理的結果會暫存在后台數據庫backend中。我們可以在一台機器或多台機器上同時起多個worker進程來實現分布式地並行處理任務。 Celery定時任務實例：

• Python Celery & RabbitMQ Tutorial
• Celery 配置實踐筆記

八、使用數據流工具Apache Airflow實現定時任務

Apache Airflow 是Airbnb開源的一款數據流程工具，目前是Apache孵化項目。以非常靈活的方式來支持數據的ETL過程，同時還支持非常多的插件來完成諸如HDFS監控、郵件通知等功能。Airflow支持單機和分布式兩種模式，支持Master-Slave模式，支持Mesos等資源調度，有非常好的擴展性。被大量公司采用。 Airflow使用Python開發，它通過DAGs(Directed Acyclic Graph, 有向無環圖)來表達一個工作流中所要執行的任務，以及任務之間的關系和依賴。比如，如下的工作流中，任務T1執行完成，T2和T3才能開始執行，T2和T3都執行完成，T4才能開始執行。

Airflow提供了各種Operator實現，可以完成各種任務實現：

• BashOperator – 執行 bash 命令或腳本。
• SSHOperator – 執行遠程 bash 命令或腳本（原理同paramiko 模塊）。
• PythonOperator – 執行 Python 函數。 EmailOperator – 發送Email。
• HTTPOperator – 發送一個 HTTP 請求。
• MySqlOperator,SqliteOperator,PostgresOperator,MsSqlOperator,OracleOperator, JdbcOperator, 等，執行SQL 任務。
• DockerOperator, HiveOperator,S3FileTransferOperator,PrestoToMysqlOperator, SlackOperator…

除了以上這些 Operators 還可以方便的自定義 Operators 滿足個性化的任務需求。 一些情況下，我們需要根據執行結果執行不同的任務，這樣工作流會產生分支。如:

這種需求可以使用BranchPythonOperator來實現。

Airflow 產生的背景

通常，在一個運維系統，數據分析系統，或測試系統等大型系統中，我們會有各種各樣的依賴需求。包括但不限於：

• 時間依賴：任務需要等待某一個時間點觸發。
• 外部系統依賴：任務依賴外部系統需要調用接口去訪問。
• 任務間依賴：任務 A 需要在任務 B完成后啟動，兩個任務互相間會產生影響。
• 資源環境依賴：任務消耗資源非常多， 或者只能在特定的機器上執行。

crontab 可以很好地處理定時執行任務的需求，但僅能管理時間上的依賴。Airflow 的核心概念 DAG（有向無環圖）—— 來表現工作流。

• Airflow 是一種 WMS，即：它將任務以及它們的依賴看作代碼，按照那些計划規范任務執行，並在實際工作進程之間分發需執行的任務。
• Airflow 提供了一個用於顯示當前活動任務和過去任務狀態的優秀 UI，並允許用戶手動管理任務的執行和狀態。
• Airflow中的工作流是具有方向性依賴的任務集合。
• DAG 中的每個節點都是一個任務，DAG中的邊表示的是任務之間的依賴（強制為有向無環，因此不會出現循環依賴，從而導致無限執行循環）。

Airflow 核心概念

• DAGs：即有向無環圖(Directed AcyclicGraph)，將所有需要運行的tasks按照依賴關系組織起來，描述的是所有tasks執行順序。
• Operators：可以簡單理解為一個class，描述了DAG中某個的task具體要做的事。其中，airflow內置了很多operators，如BashOperator執行一個bash 命令，PythonOperator 調用任意的Python 函數，EmailOperator用於發送郵件，HTTPOperator 用於發送HTTP請求， SqlOperator用於執行SQL命令等等，同時，用戶可以自定義Operator，這給用戶提供了極大的便利性。
• Tasks：Task 是Operator的一個實例，也就是DAGs中的一個node。
• Task Instance：task的一次運行。Web界面中可以看到task instance 有自己的狀態，包括”running”, “success”, “failed”, “skipped”, “up for retry”等。
• TaskRelationships：DAGs中的不同Tasks之間可以有依賴關系，如 Task1 >>Task2，表明Task2依賴於Task2了。通過將DAGs和Operators結合起來，用戶就可以創建各種復雜的工作流（workflow）。

Airflow 的架構

在一個可擴展的生產環境中，Airflow 含有以下組件：

• 元數據庫：這個數據庫存儲有關任務狀態的信息。
• 調度器：Scheduler 是一種使用 DAG 定義結合元數據中的任務狀態來決定哪些任務需要被執行以及任務執行優先級的過程。調度器通常作為服務運行。
• 執行器：Executor 是一個消息隊列進程，它被綁定到調度器中，用於確定實際執行每個任務計划的工作進程。有不同類型的執行器，每個執行器都使用一個指定工作進程的類來執行任務。例如，LocalExecutor 使用與調度器進程在同一台機器上運行的並行進程執行任務。其他像 CeleryExecutor 的執行器使用存在於獨立的工作機器集群中的工作進程執行任務。
• Workers：這些是實際執行任務邏輯的進程，由正在使用的執行器確定。

Worker的具體實現由配置文件中的executor來指定，airflow支持多種Executor:

• SequentialExecutor: 單進程順序執行，一般只用來測試；
• LocalExecutor: 本地多進程執行；
• CeleryExecutor: 使用Celery進行分布式任務調度；
• DaskExecutor：使用Dask進行分布式任務調度；
• KubernetesExecutor: 1.10.0新增, 創建臨時POD執行每次任務；

生產環境一般使用CeleryExecutor和KubernetesExecutor。 使用CeleryExecutor的架構如圖:

使用KubernetesExecutor的架構如圖: