首頁 » 面試題庫 » 後端 » 分散式任務 – 後端工程師面試問題彙總-20240515

最近OpenAI推出了GPT-4o模型,用AI整理了些後端工程師在技術面試時可能會遇到的問題。依等級分為入門級(Beginner)、初級(Junior)、中級(Intermediate)及高級(Senior),也有分散式任務及身份驗證機制專章。答案僅供參考,請搭配其他資料服用。

本篇為分散式任務專章:

概念問題

1. 什麼是分布式任務調度?它主要解決了哪些問題?

  • 分布式任務調度指的是在多個服務器或節點之間協同安排和執行任務的過程。
  • 主要解決的問題
    • 任務的負載均衡:避免單個節點的過載。
    • 提高可用性和容錯能力:任務在一個節點失敗後,可以在其他節點重試。
    • 提高系統的擴展性:能夠輕鬆增加更多的節點來處理更多的任務。

2. 相比於傳統的單機任務調度,分布式任務調度有哪些優勢和挑戰?

  • 優勢
    • 高可用性:節點失敗不會中斷整個系統。
    • 高擴展性:可以動態增加或減少節點來處理任務。
    • 負載均衡:任務可以分配到多個節點上,減少單個節點的負擔。
  • 挑戰
    • 複雜性:需要處理節點之間的協同和通信。
    • 任務調度的時延:需要考慮網絡時延和消息傳遞的可靠性。
    • 數據一致性:在多節點中保持數據一致性相對困難。

3. 請解釋分布式任務調度中的消息代理(Message Broker)的作用。

  • 消息代理是分布式系統中的一個中間件,用於在生產者和消費者之間傳遞消息。它的主要作用包括:
    • 任務隊列管理:將任務排隊,確保消費者能夠依次處理任務。
    • 任務分發:將任務分發給不同的消費者節點,實現負載均衡和高可用性。

4. 分布式鎖(Distributed Lock)在分布式任務調度中有什麼作用,常用的實現方式有哪些?

  • 作用
    • 防止重複執行:確保只有一個節點在同一時間內執行特定的任務。
    • 保護共享資源:防止多個節點同時訪問或修改同一資源。
  • 常用的實現方式
    • 基於Redis的分布式鎖(如使用Redlock算法)。
    • 基於Etcd或Zookeeper的分布式鎖。

5. 請簡述在分布式任務調度系統中,任務冪等性的重要性和實現方法。

  • 重要性
    • 保證可靠性:即使任務多次執行,也能得到相同的結果,避免出現數據重複或錯誤。
  • 實現方法
    • 使用唯一ID標識任務,並在執行前檢查ID是否已存在。
    • 在資料庫中設置唯一約束,防止同一數據多次插入。

6. 在分布式任務調度中,心跳機制(Heartbeat Mechanism)是什麼,它有什麼作用?

  • 心跳機制是一種定期傳遞信號的方法,用於確認節點之間的連接和狀態。
  • 作用
    • 檢測節點的健康狀態:如果某一節點沒有按預期時間發送心跳信號,則認為它已失效。
    • 動態調整任務:根據節點健康狀態動態調整任務分配。

Django實作問題

1. 請描述如何在Django中配置和安裝Celery進行分布式任務調度。

安裝Celery和消息代理(如Redis)

pip install celery redis

配置Celery

# project/celery.py
from __future__ import absolute_import
import os
from celery import Celery

os.environ.setdefault('DJANGO_SETTINGS_MODULE', 'project.settings')
app = Celery('project')
app.config_from_object('django.conf:settings', namespace='CELERY')
app.autodiscover_tasks()

# project/__init__.py
from __future__ import absolute_import, unicode_literals

# This will make sure the app is always imported when Django starts
from .celery import app as celery_app

__all__ = ('celery_app',)

在Django設定文件中配置Celery

# settings.py
CELERY_BROKER_URL = 'redis://localhost:6379/0'
CELERY_RESULT_BACKEND = 'redis://localhost:6379/0'
CELERY_ACCEPT_CONTENT = ['json']
CELERY_TASK_SERIALIZER = 'json'
CELERY_RESULT_SERIALIZER = 'json'
CELERY_TIMEZONE = 'UTC'

2. 如何在Django中創建和調度一個簡單的異步任務?請提供代碼示例。

# myapp/tasks.py
from celery import shared_task
from django.core.mail import send_mail

@shared_task
def send_welcome_email(user_email):
    send_mail(
        'Welcome!',
        'Thanks for signing up!',
        '[email protected]',
        [user_email],
        fail_silently=False,
    )

# 調度任務
from myapp.tasks import send_welcome_email

send_welcome_email.delay('[email protected]')

3. 如何在Django中實現週期性任務(如每天凌晨執行),請提供設置和配置的具體步驟。

安裝django-celery-beat

pip install django-celery-beat

添加到設定文件中

# settings.py
INSTALLED_APPS = [
    ...
    'django_celery_beat',
]

創建並應用遷移

python manage.py migrate django_celery_beat

設置週期性任務

from celery import shared_task

@shared_task
def my_scheduled_task():
    # 執行的具體任務代碼
    print("Scheduled task executed")

# 在Django管理後台中設置週期性任務
from django_celery_beat.models import PeriodicTask, CrontabSchedule
from datetime import datetime

schedule, created = CrontabSchedule.objects.get_or_create(
    minute='0',
    hour='0',
    day_of_week='*',
    day_of_month='*',
    month_of_year='*',
)

PeriodicTask.objects.create(
    crontab=schedule,
    name='My scheduled task',
    task='myapp.tasks.my_scheduled_task',
)

進階實作

1. 假設你的Django應用需要以高可靠性方式處理大量異步任務,你會選擇哪種策略去管理任務的重試和失敗?請具體描述並解釋你的設計選擇。

使用Celery內建的重試機制:使用重試機制便可在任務失敗時自動重試,最大重試次數和重試間隔可自行調整。

from celery import shared_task

@shared_task(bind=True, max_retries=3, default_retry_delay=60)
def my_retry_task(self, *args, **kwargs):
    try:
        # 執行任務代碼
        pass
    except Exception as e:
        self.retry(exc=e)

使用死信隊列(Dead Letter Queue,DLQ)

  • 若任務重試失敗次數超過上限,則將該任務發送至死信隊列以備進一步的調查和手動處理。

監控和警報

  • 設置監控系統(如Prometheus和Grafana)及時發現任務失敗,並通過警報系統(如PagerDuty或Slack)及時通知相關人員。

使用冪等設計

  • 保證任務的執行是冪等的,即使多次執行任務也不會產生多次副作用。


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