Celery(分布式任务队列)入门学习笔记 | 隔叶黄莺 Yanbin Blog

2022-01-17 | 阅读(683)

在步入到 AWS 后，设计一个典型的分布式计算任务模式是

提交任务的客户端把一组组待计算任务的输入编制成消息发送到 SQS 或 SNS 队列中
SQS 消息可被 ECS 或 Lambda 处理, SNS 消息还能触发 Lambda，ECS/Lambda 完成实际的计算任务
结果可以保存到 Redis, S3 或别处, 如果提交任务端想要获取计算结果，可用 ID 来追踪

用 ECS 的好处是可以基于 SQS 的消息数进行 AutoScaling 配置，决定 Worker 的规模; 用 Lambda 适当的用 Concurrency 数来限定 Lambda 的实例数。

而 Python 的 Celery 让这一切变得更简单，它其实就是以上设计的一个集成方案。它以配置的方式选择使用任务队列(Broker), 结果存储方式(Backend), 让任务提交与 Worker 的代码实现简单化。

Celery 的简单介绍

用 Celery 官方的介绍：它是一个分布式任务队列; 简单，灵活，可靠的处理大量消息的分布式系统; 它专注于实时处理，并支持任务调度。

Celery 如果使用 RabbitMQ 作为消息系统的话，整个应用体系就是下面这张图

前脚刚学习的 RabbitMQ 就是为这个作准备的。

Celery 官方给出的 Hello World, 对于未接触它的人来说根本就不知道是什么

from celery import Celery

app = Celery('hello', broker='amqp://guest@localhost//')

@app.task
def hello():
    return 'hello world'

from celery import Celery

app = Celery('hello', broker='amqp://guest@localhost//')

@app.task

def hello():

return 'hello world'

还是有必要按住上面那张图看 Celery 的组成部分

Celery 自身实现的部分其实是 Producer 和 Consumer. Producer 创建任务，并发送消息到消息队列，我们称这个队列为 Broker。Consumer 从 Broker 中接收消息，完成计算任务，把结果存到 Backend
Broker 就是那个消息队列，可选择的实现有 RabbitMQ, Redis, Amazon SQS
结果存储(Backend), 可选择 AMQP(像 RabbitMQ 就是它的一个实现), Redis, Memcached, Cassandra, Elasticsearch, MongoDB, CouchDB, DynamoDB, Amazon S3, File system 等等，看来它的定制性很强
消息和结果的存储还涉及到一个序列化的问题，可选择 pickle(Python 专用), json, yaml, msgpack. 消息可用 zlib, bzip2 进行压缩, 或加密存储
Worker 的并发可采用 prefork(多进程), thread(多线程), Eventlet, gevent, solo(单线程)]

如果 Broker 选择 SQS, Worker 部署在 AWS 上的话也可以基于 SQS 中的消息数目进行自动伸缩控制。

Celery 应用的基础选型

Celery 的 Broker 和 Backend 有非常多的选择组合，RabbitMQ 和 Redis 都是即可作为 Broker 又能用作 Backend。但 Celery 的推荐是用 RabbitMQ 作为 Broker, 小的结果这里选择用 Redis 作为 Backend, 所以这里的选型是

Broker: RabbitMQ
Backend: Redis
序列化：JSON -- 方便在学习中查到消息中的数据

准备 RabbitMQ 和 Redis

为了体现多机器的分布性，我们仍然用一个 Vagrant 虚拟机来安装它们，Vagrantfile 文件内容和学习 RabbitMQ 一文中是一样的

Vagrant.configure("2") do |config|
  config.vm.box = "generic/ubuntu2004"
  config.vm.network "public_network"

  config.vm.define "celery"
  config.vm.hostname = "celery"
end

Vagrant.configure("2") do |config|

config.vm.box = "generic/ubuntu2004"

config.vm.network "public_network"

config.vm.define "celery"

config.vm.hostname = "celery"

end

注：Vagrant 如何管理虚拟机请参考我之前的一篇博客 Vagrant 简介与常用操作及配置

启动该虚拟机并 SSH 进到该系统

$ vagrant up && vagrant ssh

然后是安装配置 RabbitMQ，需执行下面一系列的命令

vagrant@celery:~$ sudo apt install rabbitmq-server
vagrant@celery:~$ sudo rabbitmq-plugins enable rabbitmq_management
vagrant@celery:~$ sudo rabbitmqctl add_user celery your-password
vagrant@celery:~$ sudo rabbitmqctl set_user_tags celery administraor
vagrant@celery:~$ sudo rabbitmqctl set_permissions -p / celery ".*" ".*" ".*"

注：可选择创建一个自己的 vhost, 用命令

vagrant@celery:~$ sudo rabbitmqctl add_vhost celery

其他的 rabbitmqctl 命令可用 -p celery 在 celery vhost 下创建相应用的资源

安装 Redis

vagrant@celery:~ sudo apt install redis
vagrant@celery:~ sudo sed -i 's/^bind 127.0.0.1.*$/bind 0.0.0.0/' /etc/redis/redis.conf
vagrant@celery:~ sudo systemctl restart redis

Redis 访问默认是不需要用户名和密码的

安装 Python 包

在需要运行 Producer 和 Consumer(worker) 的机器上创建一个 Python 虚拟环境，然后安装下面的包

$ pip install celery redis

实践中只需要安装 celery redis 就能运行后面的例子，没有安装 librabbitmq, "celery[librabbitmq]" 也行，安装了这两个库能使用更高效的 librabbitmq C 库。如果安装了 librabbitmq 库，broker='amqp://...' 默认使用 librabbitmq, 找不到 librabbitmq 的话就用 broker='pyamqp://...'

$ pip install librabbitmq
$ pip install "celery[librabbitmq]"

注：中括号中的是安装 Celery 提供的 bundle, 它定义在 setup.py 的 setup 函数中的 extras_require。

Celery 应用实战

我们不用 Celery 的 Hello World 实例，那不能帮助我们理解背后发生了什么。创建一个 tasks.py 文件

from celery import Celery


app = Celery('celery-demo',
                broker='amqp://celery:your-password@192.168.86.181:5672/',
                backend='redis://192.168.86.181:6379')


@app.task
def add(x, y):
    return x + y

from celery import Celery

app = Celery('celery-demo',

broker='amqp://celery:your-password@192.168.86.181:5672/',

backend='redis://192.168.86.181:6379')

@app.task

def add(x, y):

return x + y

这里配置连接到 brocker 的 / vhost, 如果连接到别的 vhost, 如 celery 的话， url 写成 amqp://celery:your-passoword@192.168.86.181:5672/celery. backend 的 redis 如果要配置用户名和密码, 和 db 的话，写成 redis://username:password@192.168.86.181:6379/2

暂且不在该脚本中直接执行 add.delay(15, 30), 而是放到 Python 控制台下方便测试

现在进到 Python 控制台

>>> from tasks import add
>>> task = add.delay(15, 30)
>>> task.id
'c3552fa2-502a-450b-933b-19a1da65ba33'
>>> task.status
'PENDING'

>>> from tasks import add

>>> task = add.delay(15, 30)

>>> task.id

'c3552fa2-502a-450b-933b-19a1da65ba33'

>>> task.status

'PENDING'

由于 Worker 还没有启动，所以得到一个 task_id, 状态是 PENDING。趁这时候看看 Celery 目前做了什么，来查看到 RabbitMQ

vagrant@celery:~$ sudo rabbitmqctl list_exchanges
Listing exchanges for vhost / ...
name	type
amq.rabbitmq.trace	topic
amq.topic	topic
amq.match	headers
celery	direct
amq.fanout	fanout
	direct
amq.headers	headers
amq.direct	direct
vagrant@celery:~$ sudo rabbitmqctl list_bindings
Listing bindings for vhost /...
source_name	source_kind	destination_name	destination_kind	routing_key	arguments
	exchange	celery	queue	celery	[]
celery	exchange	celery	queue	celery	[]
vagrant@celery:~$ sudo rabbitmqctl list_queues
Timeout: 60.0 seconds ...
Listing queues for vhost / ...
name	messages
celery	1

7	celery direct

Celery 在 RabbitMQ 中创建了的资源有

一个 Exchange: celery direct
两个 binding: 送到默认(空字符串)或 celery exchange 的, routing-key 为 celery 的消息会转发到队列 celery 中
一个队列 celery

查看队列 celery 中的消息

vagrant@celery:~$ rabbitmqadmin get queue=celery ackmode=ack_requeue_true
+-------------+----------+---------------+-------------------------------------------------------------------------------------+---------------+------------------+-------------+
| routing_key | exchange | message_count |                                       payload                                       | payload_bytes | payload_encoding | redelivered |
+-------------+----------+---------------+-------------------------------------------------------------------------------------+---------------+------------------+-------------+
| celery      |          | 0             | [[15, 30], {}, {"callbacks": null, "errbacks": null, "chain": null, "chord": null}] | 83            | string           | False       |
+-------------+----------+---------------+-------------------------------------------------------------------------------------+---------------+------------------+-------------+

vagrant@celery:~$ rabbitmqadmin get queue=celery ackmode=ack_requeue_true

+-------------+----------+---------------+-------------------------------------------------------------------------------------+---------------+------------------+-------------+

+-------------+----------+---------------+-------------------------------------------------------------------------------------+---------------+------------------+-------------+

| celery | | 0 | [[15, 30], {}, {"callbacks": null, "errbacks": null, "chain": null, "chord": null}] | 83 | string | False |

+-------------+----------+---------------+-------------------------------------------------------------------------------------+---------------+------------------+-------------+

ackmode=ack_requeue_true, 所以消息仍然在队列中, Redis 中什么也还没发生，接下来要

启动 Celery Worker

要用到 celery 命令，不过只要是 Python 的程序，命令行能做的事情总是能用 Python 代码来执行，用 celery --help 可看它的详细说明。

$ celery -A tasks worker -l INFO

tasks 是自己创建的模块文件 tasks.py

这时候显示出一条绿绿的芹菜出来了，所以得用屏幕截图来表现

取出消息并显示任务执行完成，这时候去看 RabbitMQ 的队列 celery 中的消息不见了，启动 Worker 后也会在 RabbitMQ 中创建 queue, 及对应的 binding, exchange。

再回到提交任务的 Python 控制台

>>> task.status
'SUCCESS'
>>> task.result
45

>>> task.status

'SUCCESS'

>>> task.result

一个 Celery 全套服务圆满完成。结果存在了 Redis 中

192.168.86.181:6379> keys *
1) "celery-task-meta-c3552fa2-502a-450b-933b-19a1da65ba33"
192.168.86.181:6379> TTL celery-task-meta-c3552fa2-502a-450b-933b-19a1da65ba33
(integer) 85840
192.168.86.181:6379> get celery-task-meta-c3552fa2-502a-450b-933b-19a1da65ba33
"{\"status\": \"SUCCESS\", \"result\": 45, \"traceback\": null, \"children\": [], \"date_done\": \"2022-01-17T07:23:48.901999\", \"task_id\": \"c3552fa2-502a-450b-933b-19a1da65ba33\"}"

Redis 中的结果保存时长为 24 小时，失败的任务会记录下异常信息。

关于 Worker 的控制查看帮助 celery worker --help, 比如

-c, --concurrency: 并发数，默认为系统中 CPU 的内核数
-P, --pool [prefork|eventlet|gevent|solo|processes|threads]: worker 池的实现方式
--max-tasks-per-child INTEGER: worker 执行的最大任务数，达到最大数目后便重启当前 worker
-Q, --queues: 指定处理任务的队列名称，逗号分隔

任务的状态变迁是：PENDING -> STARTED -> RETRY -> STARTED -> RETRY -> STARTED -> SUCCESS

Celery 的配置

除了在声明 Celery 对象时可以指定 broker, backend 属性之外，我们可以用 py 配置文件的形式来配置更多的内容，配置文件 celeryconfig.py, 内容是 Configuration and defautls 中列出的项目

比如 celeryconfig.py

broker_url = 'amqp://celery:your-password@192.168.86.181:5672/'
result_backend = 'redis://192.168.86.181:6379'
task_serializer = 'json'
result_serializer = 'json'
accept_content = ['json']
timezone = 'America/Chicago'
enable_utc = True

broker_url = 'amqp://celery:your-password@192.168.86.181:5672/'

result_backend = 'redis://192.168.86.181:6379'

task_serializer = 'json'

result_serializer = 'json'

accept_content = ['json']

timezone = 'America/Chicago'

enable_utc = True

新的格式是用小写的，旧格式用大写，如 BROKER_URL, 但是同一个配置文件中不能混合大小写，同时写 BROKER_URL 和 result_backend 就不行了。

然后在 tasks.py 中加载配置文件

from celery import Celery
import celeryconfig
app = Celery('celery-demo')
app.config_from_object(celeryconfig)

from celery import Celery

import celeryconfig

app = Celery('celery-demo')

app.config_from_object(celeryconfig)

Celery 实时监控工具

Flower 是一个基于 Web 的监控 Celery 中任务的工具，安装和启动

$ pip install flower
$ celery -A tasks flower

打开链接 http://localhost:5555

其他剩下的问题，应该就是如何安排 Worker(比如结合 AutoScaling)，从 Python 代码中启动 Worker, 怎么做灵活的配置, 调度任务的执行，其他的 backend 选择等等。

其他补充

backend rpc:// 的组合

如果配置中用

broker_url = 'amqp://celery:password@192.168.86.50:5672/celery'
result_backend = 'rpc://'

1 2	broker_url = 'amqp://celery:password@192.168.86.50:5672/celery' result_backend = 'rpc://'

amqp 和 rpc:// 的组合，任务和结果都会存在 RabbitMQ 中

broker_url = 'redis://192.168.86.50'
result_backend = 'rpc://'

1 2	broker_url = 'redis://192.168.86.50' result_backend = 'rpc://'

redis 和 rpc:// 的组合，任务和结果都保存在 Redis 中

为什么 Celery 推荐使用 RabbitMQ, 一说是它的一开发人员负责开发过 RabbitMQ, 所以即使使用 Redis 时，也会在 Redis 中写入有关 RabbitMQ 概念的数据，如 exchange, routing key 等。

链接：

本文链接 https://yanbin.blog/celery-distributed-task-queue-learning/, 来自隔叶黄莺 Yanbin Blog

本文采用署名-非商业性使用-相同方式共享 4.0 国际 (CC BY-NC-SA 4.0) 进行许可。

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