[源码解析]Oozie来龙去脉之提交任务

0x00 摘要

Oozie是由Cloudera公司贡献给Apache的基于工作流引擎的开源框架，是Hadoop平台的开源的工作流调度引擎，用来管理Hadoop作业。本文是系列的第一篇，介绍Oozie的任务提交阶段。

0x01 问题

我们从需求逆推实现，即考虑如果我们从无到有实现工作流引擎，我们需要实现哪些部分？从而我们可以提出一系列问题从而去Oozie中探寻。

作为工作流引擎需要实现哪些部分？大致想了想，觉得需要有：

任务提交
任务持久化
任务委托给某一个执行器执行
任务调度
任务回调，即任务被执行器完成后通知工作流引擎
支持不同任务（同步，异步）
控制任务之间逻辑关系（跳转，等待...)
状态监控，监控任务进度
......

因为篇幅和精力所限，我们无法研究所有源码，回答所有问题，所以我们先整理出部分问题，在后面Oozie源码分析中一一解答：

Oozie分为几个模块？
每个模块功能是什么？
Oozie如何提交任务？
任务提交到什么地方？如何持久化？
Oozie任务有同步异步之分吗？
Oozie如何处理同步任务？
Oozie如何处理异步任务？
任务的控制流节点（Control Flow Nodes）和动作节点（Action Nodes）之间如何跳转？
Oozie都支持什么类型的任务？Shell？Java? Hive?
Oozie如何同Yarn交互？
Oozie如何知道Yarn任务完成？

0x02 Oozie 基本概念

2.1 组件

Oozie由Oozie client和Oozie Server两个组件构成，Oozie Server是运行于Java Servlet容器（Tomcat）中的web应用程序。Oozie client用于给Oozie Server提及任务，Oozie client 提交任务的途径是HTTP请求。

实际上Oozie Server就相当于Hadoop的一个客户端，当用户需要执行多个关联的MR任务时，只需要将MR执行顺序写入workflow.xml，然后使用Oozie Server提交本次任务，Oozie Server会托管此任务流。

Oozie Server 具体操作的是workflow，即Oozie主要维护workflow的执行 / workflow内部Action的串联和跳转。

具体Action的执行是由Yarn去执行，Yarn会把Action分配给有充足资源的节点执行。Action是异步执行，所以Action结束时候会通过回调方式通知Oozie执行结果，Oozie也会采用轮询方式去获取Action结果（为了提高可靠性）。

大致提交流程如下：

Oozie client ------> Oozie  Server -------> Yarn ------> Hadoop

2.2 特点

Oozie特点如下：

Oozie不是仅用来配置多个MR工作流的，它可以是各种程序夹杂在一起的工作流，比如执行一个MR1后，接着执行一个java脚本，再执行一个shell脚本，接着是Hive脚本，然后又是Pig脚本，最后又执行了一个MR2，使用Oozie可以轻松完成这种多样的工作流。使用Oozie时，若前一个任务执行失败，后一个任务将不会被调度。
Oozie定义了控制流节点（Control Flow Nodes）和动作节点（Action Nodes）,其中控制流节点定义了流程的开始和结束，以及控制流程的执行路径（Execution Path），如decision,fork,join等；而动作节点包括Haoop map-reduce hadoop文件系统，Pig，SSH，HTTP，eMail和Oozie子流程。
Oozie以action为基本单位，可以将多个action构成一个DAG图的模式运行。
Oozie工作流必须是一个有向无环图，实际上Oozie就相当于Hadoop的一个客户端，当用户需要执行多个关联的MR任务时，只需要将MR执行顺序写入workflow.xml，然后使用Oozie提交本次任务，Oozie会托管此任务流。

2.3 功能模块

Oozie主要由以下功能模块构成：

workflow(工作流)：该组件用于定义和执行一个特定顺序的mapreduce，hive和pig作业。由我们需要处理的每个工作组成，进行需求的流式处理。
Coordinator(协调器)：可将多个工作流协调成一个工作流来进行处理。多个workflow可以组成一个coordinator，可以把前几个workflow的输出作为后一个workflow的输入，也可以定义workflow的触发条件，来做定时触发。
Bundle Job：绑定多个coordinator，一起提交或触发所有coordinator，是对一堆coordinator的抽象。
Oozie SLA(服务器等级协定)：该组件支持workflow应用程序执行过程的记录跟踪。

我们就从无到有，看看一个Workflow从提交到最后是如何运行的，假设这个workflow开始后，进入一个hive action，这个hive本身配置的是由tez引擎执行 。下面是代码简化版。

<workflow-app xmlns="uri:oozie:workflow:0.5" name="hive-wf">
  
    <start to="hive-node"/>

    <action name="hive-node">
        <hive xmlns="uri:oozie:hive-action:0.5">
            <script>hive.sql</script>
        </hive>
        <ok to="end"/>
        <error to="fail"/>
    </action>

    <kill name="fail">
       <message>Hive Failed,error message</message>
    </kill>
    
    <end name="end"/>
</workflow-app>

0x03 Oozie client

Oozie Client是用户用来提交任务给Oozie Server的途径，其可以启动任务，停止任务，提交任务，开始任务，查看任务执行情况。比如启动任务如下：

oozie job -oozie oozie_url -config job.properties_address -run

3.1 程序入口

既然有启动脚本，我们就直接去里面探寻程序入口。

${JAVA_BIN} ${OOZIE_CLIENT_OPTS} -cp ${OOZIECPPATH} org.apache.oozie.cli.OozieCLI "${@}"

这就看到了Client 的入口类，我们去看看。

public class OozieCLI {
      public static void main(String[] args) {
        if (!System.getProperties().containsKey(AuthOozieClient.USE_AUTH_TOKEN_CACHE_SYS_PROP)) {
            System.setProperty(AuthOozieClient.USE_AUTH_TOKEN_CACHE_SYS_PROP,"true");
        }
        System.exit(new OozieCLI().run(args));
    }
}

我们可以看到，经过验证之后，程序直接从main函数进入到了run函数。

public class OozieCLI {
     public synchronized int run(String[] args) {
        final CLIParser parser = getCLIParser();
        try {
            final CLIParser.Command command = parser.parse(args);
            String doAsUser = command.getCommandLine().getOptionValue(DO_AS_OPTION);

            if (doAsUser != null) {
                OozieClient.doAs(doAsUser,new Callable<Void>() {
                    @Override
                    public Void call() throws Exception {
                        processCommand(parser,command);
                        return null;
                    }
                });
            }
            else {
                processCommand(parser,command);
            }
            return 0;
        }
    }
}

看来主要的内容是在这个processCommand里面，其会根据命令调用相应的命令方法。通过command.getName()我们可以清楚的知道Oozie目前支持什么种类的任务，比如 JOB_CMD，JOBS_CMD，PIG_CMD，SQOOP_CMD，MR_CMD。

public void processCommand(CLIParser parser,CLIParser.Command command) throws Exception {
        switch (command.getName()) {
            case JOB_CMD:
                jobCommand(command.getCommandLine());
                break;
            case JOBS_CMD:
                jobsCommand(command.getCommandLine());
                break;
            case HIVE_CMD:
                scriptLanguageCommand(command.getCommandLine(),HIVE_CMD);
                break;
            ......
            default:
                parser.showHelp(command.getCommandLine());
        }
}

3.2 Hive为例

我们以Hive为例看看如何处理。Hive就是调用 scriptLanguageCommand。

private void scriptLanguageCommand(CommandLine commandLine,String jobType){
    List<String> args = commandLine.getArgList();
    try {
        XOozieClient wc = createXOozieClient(commandLine);
        Properties conf = getConfiguration(wc,commandLine);
        String script = commandLine.getOptionValue(SCRIPTFILE_OPTION);
        List<String> paramsList = new ArrayList<>();
        ......
        System.out.println(JOB_ID_PREFIX + wc.submitScriptLanguage(conf,script,args.toArray(new String[args.size()]),paramsList.toArray(new String[paramsList.size()]),jobType));      
    }
}

这里关键代码是：wc.submitScriptLanguage，所以我们需要看看XOozieClient.submitScriptLanguage。其注释表明作用是通过HTTP来提交 Pig 或者 Hive。

public String submitScriptLanguage(Properties conf,String scriptFile,String[] args,String[] params,String jobType) throws IOException,OozieClientException {

    switch (jobType) {
        case OozieCLI.HIVE_CMD:
            script = XOozieClient.HIVE_SCRIPT;
            options = XOozieClient.HIVE_OPTIONS;
            scriptParams = XOozieClient.HIVE_SCRIPT_PARAMS;
            break;
        case OozieCLI.PIG_CMD:
            ......
    }

    conf.setProperty(script,readScript(scriptFile));
    setStrings(conf,options,args);
    setStrings(conf,scriptParams,params);

    return (new HttpJobSubmit(conf,jobType)).call();
}

而HttpJobSubmit就是向Oozie Server提交job，所以我们最终是需要去Oozie Server探究。

private class HttpJobSubmit extends ClientCallable<String> {
    @Override
    protected String call(HttpURLConnection conn) throws IOException,OozieClientException {
        conn.setRequestProperty("content-type",RestConstants.XML_CONTENT_TYPE);
        writeToXml(conf,conn.getOutputStream());
        if (conn.getResponseCode() == HttpURLConnection.HTTP_CREATED) {
            JSONObject json = (JSONObject) JSONValue.parse(
                    new InputStreamReader(conn.getInputStream(),StandardCharsets.UTF_8));
            return (String) json.get(JsonTags.JOB_ID);
        }
        return null;
    }
}

0x04 Oozie Server

4.1 我是个web程序

前面我们提到，Oozie Server是运行于Java Servlet容器（Tomcat）中的web应用程序。所以具体启动等配置信息是在web.xml中。很久没有看到web.xml了，突然觉得好陌生，嘿嘿。

<!-- Servlets -->
<servlet>
    <servlet-name>callback</servlet-name>
    <display-name>Callback Notification</display-name>
    <servlet-class>org.apache.oozie.servlet.CallbackServlet</servlet-class>
    <load-on-startup>1</load-on-startup>
</servlet>

<servlet>
    <servlet-name>v1jobs</servlet-name>
    <display-name>WS API for Workflow Jobs</display-name>
    <servlet-class>org.apache.oozie.servlet.V1JobsServlet</servlet-class>
    <load-on-startup>1</load-on-startup>
</servlet>

......

4.2 初始化服务

Ooize的很多基础工作是由Services来完成的，每一个service都是一个单例。这些服务的配置信息在ooze-default.xml中

<property>
    <name>oozie.services</name>
    <value>
        org.apache.oozie.service.HadoopAccessorService,org.apache.oozie.service.LiteWorkflowAppService,org.apache.oozie.service.JPAService,org.apache.oozie.service.DBLiteWorkflowStoreService,org.apache.oozie.service.CallbackService,org.apache.oozie.service.ActionService,org.apache.oozie.service.CallableQueueService,org.apache.oozie.service.CoordinatorEngineService,org.apache.oozie.service.BundleEngineService,org.apache.oozie.service.DagEngineService,......
    </value>
</property>

ServicesLoader这个类用来启动，加载配置的所有service。

public class ServicesLoader implements ServletContextListener {
    private static Services services;
    /**
     * Initialize Oozie services.
     */
    public void contextInitialized(ServletContextEvent event) {
        services = new Services();
        services.init();
    }
}

init函数是用来初始化所有配置好的Services，如果有同类型服务，则后来者会被存储。

public class Services {
      public void init() throws ServiceException {
 			 loadServices();	
      }  
  
    private void loadServices() throws ServiceException {
        try {
            Map<Class<?>,Service> map = new LinkedHashMap<Class<?>,Service>();
            Class<?>[] classes = ConfigurationService.getClasses(conf,CONF_SERVICE_CLASSES);
            Class<?>[] classesExt = ConfigurationService.getClasses(conf,CONF_SERVICE_EXT_CLASSES);

            List<Service> list = new ArrayList<Service>();
            loadServices(classes,list);
            loadServices(classesExt,list);

            //removing duplicate services,strategy: last one wins
            for (Service service : list) {
                if (map.containsKey(service.getInterface())) {
                      service.getClass());
                }
                map.put(service.getInterface(),service);
            }
            for (Map.Entry<Class<?>,Service> entry : map.entrySet()) {
                setService(entry.getValue().getClass());
            }
        } 
    }  
}

4.3 从Job到DAG

客户通过oozie脚本提交job之后，进入org.apache.oozie.cli.OozieCLI。会生成一个OozieClient，然后使用JobCommand，提交运行的信息到V1JosServlet的doPost接口，Oozier在doPos接口中会调用submitJob()方法。此时会生成一个DAG对象，然后DAG.submitJon(JobConf,startJob)。

我们从V1JosServlet.doPost入手。这里是基类。

public abstract class BaseJobsServlet extends JsonRestServlet {
      protected void doPost(HttpServletRequest request,HttpServletResponse response) throws ServletException,IOException {
         JSONObject json = submitJob(request,conf);
      }
}

然后回到 V1JosServlet.submitJob

@Override
protected JSONObject submitJob(HttpServletRequest request,Configuration conf) throws XServletException,IOException {
    String jobType = request.getParameter(RestConstants.JOBTYPE_PARAM);

    if (jobType == null) {
            String wfPath = conf.get(OozieClient.APP_PATH);
 
            if (wfPath != null) {
                json = submitWorkflowJob(request,conf); // 我们的目标在这里
            }
            else if (coordPath != null) {
                json = submitCoordinatorJob(request,conf);
            }
            else {
                json = submitBundleJob(request,conf);
            }
    }
    else { // This is a http submission job
       ......
    }
    return json;
}

然后调用到了 DagEngine.submitJob。从其注释可以看出 The DagEngine provides all the DAG engine functionality for WS calls. 这样我们就正式来到了DAG的世界。

private JSONObject submitWorkflowJob(HttpServletRequest request,Configuration conf) throws XServletException {
    try {
        String action = request.getParameter(RestConstants.ACTION_PARAM);
        DagEngine dagEngine = Services.get().get(DagEngineService.class).getDagEngine(user);
        if (action != null) {
            dryrun = (action.equals(RestConstants.JOB_ACTION_DRYRUN));
        }
        if (dryrun) {
            id = dagEngine.dryRunSubmit(conf);
        }
        else {
            id = dagEngine.submitJob(conf,startJob); // 我们在这里
        }
        json.put(JsonTags.JOB_ID,id);
    }
    return json;
}

0x06 核心引擎

Oozie有三种核心引擎，其都是继承抽象类BaseEngine。

这三种引擎是：

DAGEngine，负责workflow执行，我们上面代码就会来到这里.....
CoordinatorEngine，负责coordinator执行
BundleEngine，负责bundle执行

分别对应

org.apache.oozie.service.CoordinatorEngineService
org.apache.oozie.service.BundleEngineService
org.apache.oozie.service.DagEngineService

我们之前提到，这些属于系统Services，都是Singletgon，在Oozie启动时候会加入到Services中。当需要时候通过get来获取。

public class Services {
		private Map<Class<? extends Service>,Service> services = new LinkedHashMap<Class<? extends Service>,Service>();
  
		public <T extends Service> T get(Class<T> serviceKlass) {
    		return (T) services.get(serviceKlass);
		}
}

具体在V1JosServlet中调用举例：

String user = conf.get(OozieClient.USER_NAME);
DagEngine dagEngine = Services.get().get(DagEngineService.class).getDagEngine(user);

0x07 Command推动执行

Oozie把所有命令抽象成Command，这样其内部把程序执行总结成用Command来推动，类似于消息驱动。

Command分为同步和异步。其基类都是XCommand。XCommand提供如下模式：

single execution: a command instance can be executed only once
eager data loading: loads data for eager precondition check
eager precondition check: verify precondition before obtaining lock
data loading: loads data for precondition check and execution
precondition check: verifies precondition for execution is still met
locking: obtains exclusive lock on key before executing the command
execution: command logic

public abstract class XCommand<T> implements XCallable<T> {
    ......
    private String key;
    private String name;
    private String type;
    private AtomicBoolean used = new AtomicBoolean(false);
    private Map<Long,List<XCommand<?>>> commandQueue;
    protected Instrumentation instrumentation;
    ......
}

XCommand的父接口XCallable继承了java.util.concurrent.Callable。最终目的是当异步执行时候，基于优先级来排列命令的执行计划。

所以XCommand的几个关键函数就是：queue，call，execute：

queue ：向commandQueue加入一个command，这个command是在当前command执行之后，做delayed execution。在当前command执行过程中加入的具有同样的delay的commands，会后续顺序(single serial)执行。
call就是继承的Callable实现函数，会调用到execute。
execute则是具体Command实现自己的具体业务。

从我们常见的SubmitXCommand来看，继承关系如下：

public class SubmitXCommand extends WorkflowXCommand<String> 
public abstract class WorkflowXCommand<T> extends XCommand<T> 
public abstract class XCommand<T> implements XCallable<T> 
public interface XCallable<T> extends Callable<T>

再比如TransitionXCommand的继承关系：

abstract class TransitionXCommand<T> extends XCommand<T> 
public abstract class SubmitTransitionXCommand extends TransitionXCommand<String>

从之前的组件可以看到，任务是有状态机的概念的，准备，开始，运行中，失败结束等等，所以对任务进行操作的命令同时需要处理状态机的变化，oozie处理任务的命令都需要继承TransitionXCommand这个抽象类，而TransitionXCommand的父类是XCommand。

0x08 引擎处理提交

前面提到，doPost 会调用到 id = dagEngine.submitJob(conf,startJob);

我们看看DAGEngine是如何处理提交的任务。

首先通过SubmitXCommand直接运行其call()来提交job。

public String submitJob(Configuration conf,boolean startJob) throws DagEngineException {
    validateSubmitConfiguration(conf);
    try {
        String jobId;
        SubmitXCommand submit = new SubmitXCommand(conf);
        jobId = submit.call();
        if (startJob) {
            start(jobId);
        }
        return jobId;
    }
}

然后通过StartXCommand来启动Job。从注释中我们可以看到，此时依然是同步执行 (通过主动执行call()函数)。

public void start(String jobId) throws DagEngineException {
    // Changing to synchronous call from asynchronous queuing to prevent the
    // loss of command if the queue is full or the queue is lost in case of
    // failure.
    new StartXCommand(jobId).call();
}

8.1 SubmitXCommand

SubmitXCommand处理的是提交工作，将用户提交的任务解析后更新到数据库。

主要业务是在execute中实现。

解析配置，获取WorkflowApp
创建WorkflowInstance
生成 WorkflowJobBean
通过JPA保存WorkflowJobBean 到wf_jobs

代码摘要如下：

protected String execute() throws CommandException {

    WorkflowAppService wps = Services.get().get(WorkflowAppService.class);
    try {
        HadoopAccessorService has = Services.get().get(HadoopAccessorService.class);
        FileSystem fs = has.createFileSystem(user,uri,fsConf);

        // 解析配置，获取WorkflowApp
        WorkflowApp app = wps.parseDef(conf,defaultConf);

        // 创建WorkflowInstance
        WorkflowInstance wfInstance;
        wfInstance = workflowLib.createInstance(app,conf);

        // 生成 WorkflowJobBean
        WorkflowJobBean workflow = new WorkflowJobBean();
        workflow.setId(wfInstance.getId());
        workflow.setAppName(ELUtils.resolveAppName(app.getName(),conf));
        workflow.setAppPath(conf.get(OozieClient.APP_PATH));
        workflow.setConf(XmlUtils.prettyPrint(conf).toString());
        ......
        workflow.setWorkflowInstance(wfInstance);
        workflow.setExternalId(conf.get(OozieClient.EXTERNAL_ID));

        if (!dryrun) {
            workflow.setSlaXml(jobSlaXml);
            // 添加到临时list
            insertList.add(workflow); 
            JPAService jpaService = Services.get().get(JPAService.class);
            if (jpaService != null) {
                // 保存WorkflowJobBean 到wf_jobs
    BatchQueryExecutor.getInstance().executeBatchInsertUpdateDelete(insertList,null,null);
                }
            }
            return workflow.getId();
        }
}

其中insertList是用来临时存储 WorkflowJobBean

private List<JsonBean> insertList = new ArrayList<JsonBean>();

WorkflowJobBean 对应数据库中表 WF_JOBS。

public class WorkflowJobBean implements Writable,WorkflowJob,JsonBean {
    ......//省略其他变量
    @Transient
    private List<WorkflowActionBean> actions;
}

在Oozie为了方便将用户定义的Action以及Workflow进行管理，底层使用Jpa将这些数据存储于数据库中。具体是调用executeBatchInsertUpdateDelete来通过JPA插入到数据库。

BatchQueryExecutor.getInstance().executeBatchInsertUpdateDelete(insertList,null);

具体BatchQueryExecutor代码如下。

public class BatchQueryExecutor {
    public void executeBatchInsertUpdateDelete(Collection<JsonBean> insertList,Collection<UpdateEntry> updateList,Collection<JsonBean> deleteList) {
        List<QueryEntry> queryList = new ArrayList<QueryEntry>();
        JPAService jpaService = Services.get().get(JPAService.class);
        EntityManager em = jpaService.getEntityManager();

        if (updateList != null) {
            for (UpdateEntry entry : updateList) {
                Query query = null;
                JsonBean bean = entry.getBean();
                if (bean instanceof WorkflowJobBean) {
                    // 我们程序在这里
                    query = WorkflowJobQueryExecutor.getInstance().getUpdateQuery(
                            (WorkflowJobQuery) entry.getQueryName(),(WorkflowJobBean) entry.getBean(),em);
                }
                else if (bean instanceof WorkflowActionBean) {
                    query = WorkflowActionQueryExecutor.getInstance().getUpdateQuery(
                            (WorkflowActionQuery) entry.getQueryName(),(WorkflowActionBean) entry.getBean(),em);
                }
                else if {
                  //此处省略众多其他类型
                }
                queryList.add(new QueryEntry(entry.getQueryName(),query));
            }
        }
        // 这里插入数据库
        jpaService.executeBatchInsertUpdateDelete(insertList,queryList,deleteList,em);
    }  
}

JPA摘要代码如下：

public class JPAService implements Service,Instrumentable {
  
    private OperationRetryHandler retryHandler;
  
    public void executeBatchInsertUpdateDelete(final Collection<JsonBean> insertBeans,final List<QueryEntry> updateQueryList,final Collection<JsonBean> deleteBeans,final EntityManager em) {
      
        try {
            retryHandler.executeWithRetry(new Callable<Void>() {

                public Void call() throws Exception {
                   ......
                    if (CollectionUtils.isNotEmpty(insertBeans)) {
                        for (final JsonBean bean : insertBeans) {
                            em.persist(bean);
                        }
                    }
                   ......
                }
            });
        }
    }
}

这样，一个Workflow Job就存储到了数据库中。

8.2 workflow生命周期

首先介绍下workflow生命周期，我们代码马上会用到PREP状态。

prep：一个工作流第一次创建就处于prep状态，表示工作流以及创建但是还没有运行。
running：当一个已经被创建的工作流job开始执行的时候，就处于running状态。它不会达到结束状态，只能因为出错而结束，或者被挂起。
suspended：一个running状态的工作流job会变成suspended状态，而且它会一直处于该状态，除非这个工作流job被重新开始执行或者被杀死。
killed：当一个工作流job处于被创建后的状态，或者处于running，suspended状态时，被杀死，则工作流job的状态变为killed状态。
Failed：当一个工作流job不可预期的错误失败而终止，就会变为Failed状态。

8.3 StartXCommand

处理完SubmitXCommand之后，Oozie Server 马上处理StartXCommand。

StartXCommand 的作用是启动Command，其继承了SignalXCommand ，所以 StartXCommand(jobId).call();调用到了SignalXCommand的call。

public class StartXCommand extends SignalXCommand

[源码解析]Oozie来龙去脉之提交任务

[源码解析]Oozie来龙去脉之提交任务

0x00 摘要

0x01 问题

0x02 Oozie 基本概念

2.1 组件

2.2 特点

2.3 功能模块

0x03 Oozie client

3.1 程序入口

3.2 Hive为例

0x04 Oozie Server

4.1 我是个web程序

4.2 初始化服务

4.3 从Job到DAG

0x06 核心引擎

0x07 Command推动执行

0x08 引擎处理提交

8.1 SubmitXCommand

8.2 workflow生命周期

8.3 StartXCommand

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