使用beanstalkd实现定制化持续集成过程中pipeline

持续集成是一种项目管理和流程模型，依赖于团队中各个角色的配合。各个角色的意识和配合不是一朝一夕能练就的，我们的工作只是提供一种方案和能力，这就是持续集成能力的服务化。而在做持续集成能力服务化的过程中，最核心的一点就是，如何实现一个可定制化的任务流，即所谓的pipeline。

在传统的持续集成工具实现了pipeline功能，以供串联上下游job，并把多个job联系成一次完整的构建，例如jenkins的pipeline插件。

但是各种持续集成工具，或多或少都有自己的短板，总结起来如下：

1、配置并不方便，上下游job配置并不能点击即可用；

2、上下游job之间参数的传递无法很方便的实现；

3、一次完整构建链路如何trace并收集各个job的执行情况；

4、根据3实现问题的快速定位。

我们先说一下，beanstalkd实现可定制化pipeline的方法吧。

一、先通过概念让大家了解Beanstalkd的特性和工作场景。

Beanstalkd 是一个轻量级消息中间件，它最大特点是将自己定位为基于管道  (tube) 和任务 (job) 的工作队列 (work-queue)：

Beanstalkd 支持任务优先级 (priority), 延时 (delay), 超时重发 (time-to-run) 和预留 (buried), 能够很好的支持分布式的后台任务和定时任务处理。

它的内部实现采用 libevent, 服务器-客户端之间用类似 memcached 的轻量级通讯协议，具有有很高的性能。

尽管是内存队列, beanstalkd 提供了 binlog 机制, 当重启 beanstalkd 时，当前任务状态能够从纪录的本地 binlog 中恢复。

管道 (tube):

管道类似于消息主题 (topic), 在一个 Beanstalkd 中可以支持多个管道, 每个管道都有自己的发布者 (producer) 和消费者 (consumer). 管道之间互相不影响。

任务 (job):

READY- 需要立即处理的任务，当延时 (DELAYED) 任务到期后会自动成为当前任务；

DELAYED- 延迟执行的任务, 当消费者处理任务后, 可以用将消息再次放回 DELAYED 队列延迟执行；

RESERVED- 已经被消费者获取, 正在执行的任务。Beanstalkd 负责检查任务是否在 TTR(time-to-run) 内完成；

BURIED- 保留的任务: 任务不会被执行，也不会消失，除非有人把它 "踢" 回队列；

DELETED- 消息被彻底删除。Beanstalkd 不再维持这些消息。

Beanstalkd 用任务 (job) 代替消息 (message) 的概念。与消息不同，任务有一系列状态：

任务优先级 (priority):

任务 (job) 可以有 0~2^32 个优先级, 0 代表最高优先级。 beanstalkd 采用最大最小堆 (Min-max heap) 处理任务优先级排序, 任何时刻调用 reserve 命令的消费者总是能拿到当前优先级最高的任务, 时间复杂度为 O(logn).

延时任务 (delay):

有两种方式可以延时执行任务 (job): 生产者发布任务时指定延时；或者当任务处理完毕后, 消费者再次将任务放入队列延时执行 (RELEASE with <delay>)。这种机制可以实现分布式的 Java.util.Timer，这种分布式定时任务的优势是：如果某个消费者节点故障，任务超时重发 (time-to-run) 能够保证任务转移到另外的节点执行。

任务超时重发 (time-to-run):

Beanstalkd 把任务返回给消费者以后：消费者必须在预设的 TTR (time-to-run) 时间内发送 delete / release/ bury 改变任务状态；否则 Beanstalkd 会认为消息处理失败，然后把任务交给另外的消费者节点执行。如果消费者预计在 TTR (time-to-run) 时间内无法完成任务, 也可以发送 touch 命令, 它的作用是让 Beanstalkd 从系统时间重新计算 TTR (time-to-run).

任务预留 (buried):

如果任务因为某些原因无法执行, 消费者可以把任务置为 buried 状态让 Beanstalkd 保留这些任务。管理员可以通过 peek buried 命令查询被保留的任务，并且进行人工干预。简单的, kick <n> 能够一次性把 n 条被保留的任务踢回队列。

Beanstalkd 协议:

Beanstalkd 采用类 memcached 协议, 客户端通过文本命令与服务器交互。这些命令可以简单的分成三组:

生产类 - use <tube> / put <priority> <delay> <ttr> [bytes]:

生产者用 use 选择一个管道 (tube), 然后用 put 命令向管道发布任务 (job).

消费类 - watch <tubes> / reserve / delete <id> / release <id> <priority> <delay> / bury <id> / touch <id>

消费者用 watch 选择多个管道 (tube), 然后用 reserve 命令获取待执行的任务，这个命令是阻塞的。客户端直到有任务可执行才返回。当任务处理完毕后, 消费者可以彻底删除任务 (DELETE), 释放任务让别人处理 (RELEASE), 或者保留 (BURY) 任务。

维护类 - peek job / peek delayed / peek ready / peek buried / kick <n>

用于维护管道内的任务状态, 在不改变任务状态的条件下获取任务。可以用消费类命令改变这些任务的状态。

被保留 (buried) 的任务可以用 kick 命令 "踢" 回队列。

二、python对beanstalkd的封装

import beanstalkc

class BstkManager(object):

    __doc__ = 'beanstalk封装类，这里只封装了用到的方法'

    def __init__(self, config):
        self.config = config
        self.conn = self.__createConnection(self.config)    

    def __createConnection(self, config):
        try:
            conn = beanstalkc.Connection(host=config.get('host'), port=int(config.get('port')))
            return conn
        except Exception, ex:
            raise Exception('beanstalkd connection can not be established!', ex)

    def getConnection(self):
        return self.conn

    def put(self, message, tube=None):
        try:
            tube = self.config.get('topic') if tube == None else tube
            self.conn.use(tube)
            self.conn.ignore('default')
            self.conn.put(message)
        except Exception, ex:
            raise Exception('put message to %s failure!' % tube, ex)

    def reserve(self, tube=None, timeout=None):
        try:
            tube = self.config.get('topic') if tube == None else tube
            self.conn.ignore('default')
            self.conn.watch(tube)
            msg = self.conn.reserve(timeout=timeout)
            message_body = msg.body
            msg.delete()
            return message_body
        except Exception, ex:
            raise Exception('reserve message from %s failure!' % tube, ex)

    def clean(self, tube=None):
        try:
            while True:
                tube = self.config.get('topic') if tube == None else tube
                msg = self.conn.reserve(tube, timeout=1)
                # 如果超时 return
                if msg == None:
                    return
                msg.delete()
        except Exception, ex:
            raise Exception('clean tube %s failure!' % tube, ex)
            

在持续集成中，使用tube或者说topic区分不同的业务线，不同的业务人员通过向系统注册管道topic。这样做的收益是：

1、所有的业务在环境和流程上被隔离，互补干扰。

2、每个topic是一个独立的pipeline，每个pipeline之间是串行，但是topic之间是并行。这样保证一个业务线上的job是串行执行的，独占测试环境，而不用担心测试环境占用冲突。

import logging
import os
import sys
import traceback

import time
from django.conf import settings
from django.core.management.base import BaseCommand
from beanstalkd_client import connect_beanstalkd, BeanstalkError
from beanstalkc import SocketError

logger = logging.getLogger('beanstalkd_client')
logger.addHandler(logging.StreamHandler())

class Command(BaseCommand):
    help = "Start a Beanstalk worker serving all registered Beanstalk jobs"
    __doc__ = help

    def add_arguments(self, parser):

        parser.add_argument(
            '-w',
            '--workers',
            action='store',
            dest='worker_count',
            default='',
            help='Number of workers to spawn.',
        )

        parser.add_argument(
            '-l',
            '--log-level',
            action='store',
            dest='log_level',
            default='info',
            help='Log level of worker process (one of '
                    '"debug", "info", "warning", "error"',
        )

    children = [] # list of worker processes
    jobs = {}

    def handle(self, *args, **options):
        # set log level
        logger.setLevel(getattr(logging, options['log_level'].upper()))

        # find beanstalk job modules
        bs_modules = []
        for app in settings.INSTALLED_APPS:
            try:
                modname = "%s.beanstalk_jobs" % app
                __import__(modname)
                bs_modules.append(sys.modules[modname])
            except ImportError:
                pass
        if not bs_modules:
            logger.error("No beanstalk_jobs modules found!")
            return

        # find all jobs
        jobs = []
        for bs_module in bs_modules:
            try:
                jobs += bs_module.beanstalk_job_list
            except AttributeError:
                pass
        if not jobs:
            logger.error("No beanstalk jobs found!")
            return
        logger.info("Available jobs:")
        for job in jobs:
            # determine right name to register function with
            app = job.app
            jobname = job.__name__
            try:
                func = settings.BEANSTALK_JOB_NAME % {
                    'app': app,
                    'job': jobname,
                }
            except AttributeError:
                func = '%s.%s' % (app, jobname)
            self.jobs[func] = job
            logger.info("* %s" % func)

        # spawn all workers and register all jobs
        try:
            worker_count = int(options['worker_count'])
            assert(worker_count > 0)
        except (ValueError, AssertionError):
            worker_count = 1
        self.spawn_workers(worker_count)

        # start working
        logger.info("Starting to work... (press ^C to exit)")
        try:
            for child in self.children:
                os.waitpid(child, 0)
        except KeyboardInterrupt:
            sys.exit(0)

    def spawn_workers(self, worker_count):
        """
        Spawn as many workers as desired (at least 1).
        Accepts:
        - worker_count, positive int
        """
        # no need for forking if there's only one worker
        if worker_count == 1:
            return self.work()

        logger.info("Spawning %s worker(s)" % worker_count)
        # spawn children and make them work (hello, 19th century!)
        for i in range(worker_count):
            child = os.fork()
            if child:
                self.children.append(child)
                continue
            else:
                self.work()
                break

    def work(self):
        """children only: watch tubes for all jobs, start working"""
        try:

            while True:
                try:
                    # Reattempt Beanstalk connection if connection attempt fails or is dropped
                    beanstalk = connect_beanstalkd()
                    for job in self.jobs.keys():
                        beanstalk.watch(job)
                    beanstalk.ignore('default')

                    # Connected to Beanstalk queue, continually process jobs until an error occurs
                    self.process_jobs(beanstalk)

                except (BeanstalkError, SocketError) as e:
                    logger.info("Beanstalk connection error: " + str(e))
                    time.sleep(2.0)
                    logger.info("retrying Beanstalk connection...")

        except KeyboardInterrupt:
            sys.exit(0)

    def process_jobs(self, beanstalk):
        while True:
            logger.debug("Beanstalk connection established, waiting for jobs")
            job = beanstalk.reserve()
            job_name = job.stats()['tube']
            if job_name in self.jobs:
                logger.debug("Calling %s with arg: %s" % (job_name, job.body))
                try:
                    self.jobs[job_name](job.body)
                except Exception, e:
                    tp, value, tb = sys.exc_info()
                    logger.error('Error while calling "%s" with arg "%s": '
                        '%s' % (
                            job_name,
                            job.body,
                            e,
                        )
                    )
                    logger.debug("%s:%s" % (tp.__name__, value))
                    logger.debug("\n".join(traceback.format_tb(tb)))
                    job.bury()
                else:
                    job.delete()
            else:
                job.release()