Hangfire项目实践

Hangfire项目实践分享

什么是Hangfire

Hangfire 是一个开源的.NET任务调度框架，目前1.6+版本已支持.NET Core。个人认为它最大特点在于内置提供集成化的控制台,方便后台查看及监控：

另外，Hangfire包含三大核心组件：客户端、持久化存储、服务端，官方的流程介绍图如下：

从图中可以看出，这三个核心组件是可以分离出来单独部署的，例如可以部署多台Hangfire服务，提高处理后台任务的吞吐量。关于任务持久化存储，支持Sqlserver，MongoDb，Mysql或是Redis等等。

Hangfire基础

基于队列的任务处理(Fire-and-forget jobs)

基于队列的任务处理是Hangfire中最常用的，客户端使用BackgroundJob类的静态方法Enqueue来调用，传入指定的方法（或是匿名函数），Job Queue等参数.

var jobId = BackgroundJob.Enqueue(
    () => Console.WriteLine("Fire-and-forget!"));

在任务被持久化到数据库之后，Hangfire服务端立即从数据库获取相关任务并装载到相应的Job Queue下，在没有异常的情况下仅处理一次，若发生异常，提供重试机制，异常及重试信息都会被记录到数据库中，通过Hangfire控制面板可以查看到这些信息。

延迟任务执行(Delayed jobs)

延迟（计划）任务跟队列任务相似，客户端调用时需要指定在一定时间间隔后调用：

var jobId = BackgroundJob.Schedule(
    () => Console.WriteLine("Delayed!"),
    TimeSpan.FromDays(7));

定时任务执行(Recurring jobs)

定时（循环）任务代表可以重复性执行多次，支持CRON表达式：

RecurringJob.AddOrUpdate(
    () => Console.WriteLine("Recurring!"),
    Cron.Daily);

延续性任务执行(Continuations)

延续性任务类似于.NET中的Task,可以在第一个任务执行完之后紧接着再次执行另外的任务：

BackgroundJob.ContinueWith(
    jobId,
    () => Console.WriteLine("Continuation!"));

其实还有批量任务处理，批量任务延续性处理(Batch Continuations)，但这个需要商业授权及收费。在我看来，官方提供的开源版本已经基本够用。

与quartz.net对比

在项目没有引入Hangfire之前，一直使用的是Quartz.net。个人认为Quartz.net在定时任务处理方面优势如下：

支持秒级单位的定时任务处理，但是Hangfire只能支持分钟及以上的定时任务处理

原因在于Hangfire用的是开源的NCrontab组件，跟linux上的crontab指令相似。

更加复杂的触发器，日历以及任务调度处理
可配置的定时任务

但是为什么要换Hangfire? 很大的原因在于项目需要一个后台可监控的应用，不用每次都要从服务器拉取日志查看，在没有ELK的时候相当不方便。Hangfire控制面板不仅提供监控，也可以手动的触发执行定时任务。如果在定时任务处理方面没有很高的要求，比如一定要5s定时执行，Hangfire值得拥有。抛开这些，Hangfire优势太明显了：

持久化保存任务、队列、统计信息
重试机制
多语言支持
支持任务取消
支持按指定Job Queue处理任务
服务器端工作线程可控，即job执行并发数控制
分布式部署，支持高可用
良好的扩展性，如支持IOC、Hangfire Dashboard授权控制、Asp.net Core、持久化存储等

说了这么多的优点，我们可以有个案例，例如秒杀场景：用户下单->订单生成->扣减库存，Hangfire对于这种分布式的应用处理也是适用的，最后会给出实现。

Hangfire扩展

重点说一下上面提到的第8点，Hangfire扩展性，大家可以参考这里，有几个扩展是很实用的.

Hangfire Dashborad日志查看

Hangfire.Console提供类似于console-like的日志体验，与Hangfire dashboard集成：

用法如下：

public void SimpleJob(PerformContext context)
{
    context.WriteLine($"{DateTime.Now.ToString("yyyy/MM/dd HH:mm:ss")} SimpleJob Running ...");
    var progressBar = context.WriteProgressBar();
    foreach (var i in Enumerable.Range(1, 50).ToList().WithProgress(progressBar))
    {
        System.Threading.Thread.Sleep(1000);
    }
}

不仅支持日志输入到控制面板，也支持在线进度条展示.

Hangfire Dashborad授权

Hangfire.Dashboard.Authorization这个扩展应该都能理解，给Hangfire Dashboard
提供授权机制，仅授权的用户才能访问。其中提供两种授权机制：

OWIN-based authentication
Basic authentication

可以参考提供案例，我实现的是基本认证授权:

var options = new DashboardOptions
{
    AppPath = HangfireSettings.Instance.AppWebSite,
    AuthorizationFilters = new[]
    {
        new BasicAuthAuthorizationFilter ( new BasicAuthAuthorizationFilterOptions
        {
            SslRedirect = false,
            RequireSsl = false,
            LoginCaseSensitive = true,
            Users = new[]
            {
                new BasicAuthAuthorizationUser
                {
                    Login = HangfireSettings.Instance.LoginUser,
                    // Password as plain text
                    PasswordClear = HangfireSettings.Instance.LoginPwd
                }
            }
        } )
    }
};
app.UseHangfireDashboard("", options);

IOC容器之Autofac

Hangfire对于每一个任务(Job)假如都写在一个类里，然后使用BackgroundJob/RecurringJob对方法(实例或静态)进行调用，这样会导致模块间太多耦合。实际项目中，依赖倒置原则可以降低模块之间的耦合性，Hangfire也提供了IOC扩展，其本质是重写JobActivator类。

Hangfire.Autofac是官方提供的开源扩展，用法参考如下：

GlobalConfiguration.Configuration.UseAutofacActivator(container);

RecurringJob扩展

关于RecurringJob定时任务，我写了一个扩展 RecurringJobExtensions,在使用上做了一下增强，具体有两点：

使用特性`RecurringJobAttribute`发现定时任务

public class RecurringJobService
{
    [RecurringJob("*/1 * * * *")]
    [DisplayName("InstanceTestJob")]
    [Queue("jobs")]
    public void InstanceTestJob(PerformContext context)
    {
        context.WriteLine($"{DateTime.Now.ToString("yyyy/MM/dd HH:mm:ss")} InstanceTestJob Running ...");
    }
    [RecurringJob("*/5 * * * *")]
    [DisplayName("JobStaticTest")]
    [Queue("jobs")]
    public static void StaticTestJob(PerformContext context)
    {
        context.WriteLine($"{DateTime.Now.ToString("yyyy/MM/dd HH:mm:ss")} StaticTestJob Running ...");
    }
}

使用json配置文件注册定时任务

[AutomaticRetry(Attempts = 0)]
[DisableConcurrentExecution(90)]
public class LongRunningJob : IRecurringJob
{
    public void Execute(PerformContext context)
    {
        context.WriteLine($"{DateTime.Now.ToString("yyyy/MM/dd HH:mm:ss")} LongRunningJob Running ...");
        var runningTimes = context.GetJobData<int>("RunningTimes");
        context.WriteLine($"get job data parameter-> RunningTimes: {runningTimes}");
        var progressBar = context.WriteProgressBar();
        foreach (var i in Enumerable.Range(1, runningTimes).ToList().WithProgress(progressBar))
        {
            Thread.Sleep(1000);
        }
    }
}

Json配置文件如下：

[{
    "job-name": "Long Running Job",
    "job-type": "Hangfire.Samples.LongRunningJob, Hangfire.Samples",
    "cron-expression": "*/2 * * * *",
    "job-data": {
        "RunningTimes": 300
    }
}]

实现接口IRecurringJob来定义具体的定时任务，这样的写法与Quartz.net相似，可以很方便的实现Quartz.net到Hangfire的迁移。类似地，参考了quartz.net，
使用job-data-map这样的方式来定义整个任务执行期间的上下文有状态的job.

var runningTimes = context.GetJobData<int>("RunningTimes");

详细用法可以直接参考项目文档。

与MSMQ集成

Hangfire server在处理每个job时，会将job先装载到事先定义好的job queue中，比如一次性加载1000个job,在默认的sqlsever实现中是直接将这些job queue中的
job id储存到数据库中，然后再取出执行。大量的job会造成任务的延迟性执行，所以更有效的方式是将任务直接加载到MSMQ中。

实际应用中，MSMQ队列不存在时一定要手工创建，而且必须是事务性的队列，权限也要设置，用法如下:

public static IGlobalConfiguration<SqlServerStorage> UseMsmq(this IGlobalConfiguration<SqlServerStorage> configuration, string pathPattern, params string[] queues)
{
    if (string.IsNullOrEmpty(pathPattern)) throw new ArgumentNullException(nameof(pathPattern));
    if (queues == null) throw new ArgumentNullException(nameof(queues));
    foreach (var queueName in queues)
    {
        var path = string.Format(pathPattern, queueName);
        if (!MessageQueue.Exists(path))
            using (var queue = MessageQueue.Create(path, transactional: true))
                queue.SetPermissions("Everyone", MessageQueueAccessRights.FullControl);
    }
    return configuration.UseMsmqQueues(pathPattern, queues);
}

持久化存储之Redis

Hangfire中定义的job存储到sqlserver不是性能最好的选择，使用Redis存储，性能将会是巨大提升(下图来源于Hangfire.Pro.Redis).

Hangfire.Pro提供了基于servicestack.redis的redis扩展组件，然而商业收费，不开源。

但是，有另外的基于StackExchange.Redis的开源实现 Hangfire.Redis.StackExchange，
github上一直在维护，支持.NET Core，项目实测稳定可用. 该扩展相当简单：

services.AddHangfire(x =>
{
    var connectionString = Configuration.GetConnectionString("hangfire.redis");
    x.UseRedisStorage(connectionString);
});

Hangfire最佳实践

配置最大job并发处理数

Hangfire server在启动时会初始化一个最大Job处理并发数量的阈值，系统默认为20,可以根据服务器配置设置并发处理数。最大阈值的定义除了考虑服务器配置以外，
也需要考虑数据库的最大连接数，定义太多的并发处理数量可能会在同一时间耗尽数据连接池。

app.UseHangfireServer(new BackgroundJobServerOptions
{
    //wait all jobs performed when BackgroundJobServer shutdown.
    ShutdownTimeout = TimeSpan.FromMinutes(30),
    Queues = queues,
    WorkerCount = Math.Max(Environment.ProcessorCount, 20)
});

使用 `DisplayNameAttribute`特性构造缺省的JobName

public interface IOrderService : IAppService
{
    /// <summary>
    /// Creating order from product.
    /// </summary>
    /// <param name="productId"></param>
    [AutomaticRetry(Attempts = 3)]
    [DisplayName("Creating order from product, productId:{0}")]
    [Queue("apis")]
    void CreateOrder(int productId);
}

目前netstandard暂不支持缺省的jobname,因为需要单独引用组件System.ComponentModel.Primitives,hangfire官方给出的答复是尽量保证少的Hangfire.Core组件的依赖。

Hangfire在调用Background/RecurringJob创建job时应尽量使传入的参数简单.

Hangfire job中参数（包括参数值）及方法名都序列化为json持久化到数据库中，所以参数应尽量简单，如传入单据ID，这样才不会使Job Storage呈爆炸性增长。

为Hangfire客户端调用定义统一的REST APIs

定义统一的REST APIs可以规范并集中管理整个项目的hangfire客户端调用，同时避免到处引用hangfire组件。使用例如Swagger这样的组件来给不同的应用方(Consumer)提供文档帮助，应用方可以是App,Webservice,Microservices等。

/// <summary>
/// Creating order from product.
/// </summary>
/// <param name="productId"></param>
/// <returns></returns>
[Route("create")]
[HttpPost]
public IActionResult Create([FromBody]string productId)
{
    if (string.IsNullOrEmpty(productId))
        return BadRequest();
    var jobId = BackgroundJob.Enqueue<IOrderService>(x => x.CreateOrder(productId));
    BackgroundJob.ContinueWith<IInventoryService>(jobId, x => x.Reduce(productId));
    return Ok(new { Status = 1, Message = $"Enqueued successfully, ProductId->{productId}" });
}

利用Topshelf + Owin Host将hangfire server 宿主到Windows Service.

不推荐将hangfire server 宿主到如ASP.NET application 中，需要有一堆配置。个人喜好问题，推荐将hangfire server 单独部署到windows service, 利用Topshelf+Owin Host：

/// <summary>
/// OWIN host
/// </summary>
public class Bootstrap : ServiceControl
{
    private static readonly ILog _logger = LogProvider.For<Bootstrap>();
    private IDisposable webApp;
    public string Address { get; set; }
    public bool Start(HostControl hostControl)
    {
        try
        {
            webApp = WebApp.Start<Startup>(Address);
            return true;
        }
        catch (Exception ex)
        {
            _logger.ErrorException("Topshelf starting occured errors.", ex);
            return false;
        }
    }
    public bool Stop(HostControl hostControl)
    {
        try
        {
            webApp?.Dispose();
            return true;
        }
        catch (Exception ex)
        {
            _logger.ErrorException($"Topshelf stopping occured errors.", ex);
            return false;
        }
    }
}

日志配置

从Hangfire 1.3.0开始，Hangfire引入了日志组件LibLog,所以应用不需要做任何改动就可以兼容如下日志组件：

Serilog
NLog
Log4Net
EntLib Logging
Loupe
Elmah

例如，配置 serilog如下，LibLog组件会自动发现并使用serilog

Log.Logger = new LoggerConfiguration()
    .MinimumLevel.Verbose()
    .WriteTo.LiterateConsole()
    .WriteTo.RollingFile("logs\\log-{Date}.txt")
    .CreateLogger();

Hangfire多实例部署（高可用）

下图是一个多实例Hangfire服务部署：

其中，关于Hangfire Server Node 节点可以根据实际需要水平扩展.

上述提到过一个秒杀场景：用户下单->订单生成->扣减库存，实现参考github项目Hangfire.Topshelf.

HF.Samples.Consumer

服务应用消费方(App/Webservice/Microservices等。)

HF.Samples.APIs

统一的REST APIs管理

HF.Samples.Console

Hangfire 控制面板

HF.Samples.ServerNode

Hangfire server node cli 工具，使用如下：

@echo off
set dir="cluster"
dotnet run -p %dir%\HF.Samples.ServerNode nodeA -q order -w 100
dotnet run -p %dir%\HF.Samples.ServerNode nodeB -q storage -w 100

上述脚本为创建两个Hangfire server nodeA, nodeB分别用来处理订单、仓储服务。

-q 指定hangfire server 需要处理的队列，-w表示Hangfire server 并发处理job数量。

可以为每个job queue创建一个hangfire实例来处理更多的job.

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