Django + Celery 异步任务模式

Django + Celery 异步任务模式 是做什么的？

使用 Celery 配合 Redis 或 RabbitMQ 在 Django 中进行生产级后台任务处理。

何时激活

• 为 Django 应用添加后台作业或异步处理
• 实现周期性/定时任务
• 将耗时操作（邮件、PDF 生成、API 调用）从请求周期中卸载
• 设置 Celery Beat 实现类似 cron 的调度
• 调试任务失败、重试或队列积压
• 为 Celery 任务编写测试

项目设置

安装

pip install 'celery[redis]' django-celery-results django-celery-beat

celery.py — 应用入口点

# config/celery.py
import os
from celery import Celery

os.environ.setdefault('DJANGO_SETTINGS_MODULE', 'config.settings.development')

app = Celery('myproject')
app.config_from_object('django.conf:settings', namespace='CELERY')
app.autodiscover_tasks()  # 在每个 INSTALLED_APP 中发现 tasks.py

@app.task(bind=True, ignore_result=True)
def debug_task(self):
    print(f'Request: {self.request!r}')

# config/__init__.py
from .celery import app as celery_app

__all__ = ('celery_app',)

Django 设置

# config/settings/base.py

# Broker（生产环境推荐 Redis）
CELERY_BROKER_URL = env('CELERY_BROKER_URL', default='redis://localhost:6379/0')
CELERY_RESULT_BACKEND = env('CELERY_RESULT_BACKEND', default='django-db')

# 序列化
CELERY_ACCEPT_CONTENT = ['json']
CELERY_TASK_SERIALIZER = 'json'
CELERY_RESULT_SERIALIZER = 'json'

# 任务行为
CELERY_TASK_TRACK_STARTED = True
CELERY_TASK_TIME_LIMIT = 30 * 60        # 硬限制：30 分钟
CELERY_TASK_SOFT_TIME_LIMIT = 25 * 60   # 软限制：发送 SoftTimeLimitExceeded
CELERY_WORKER_PREFETCH_MULTIPLIER = 1   # 防止 worker 囤积长时间任务
CELERY_TASK_ACKS_LATE = True            # 当 worker 崩溃时重新入队

# 结果持久化
CELERY_RESULT_EXPIRES = 60 * 60 * 24   # 结果保留 24 小时

# Beat 调度器（用于周期性任务）
CELERY_BEAT_SCHEDULER = 'django_celery_beat.schedulers:DatabaseScheduler'

# 已安装的应用
INSTALLED_APPS += [
    'django_celery_results',
    'django_celery_beat',
]

运行 Worker

# 启动 worker（开发环境）
celery -A config worker --loglevel=info

# 启动 Beat 调度器（周期性任务）
celery -A config beat --loglevel=info --scheduler django_celery_beat.schedulers:DatabaseScheduler

# 整合 worker + beat（仅开发环境，绝不用在生产环境）
celery -A config worker --beat --loglevel=info

# 生产环境：多个 worker 并发执行
celery -A config worker --loglevel=warning --concurrency=4 -Q default,high_priority

任务设计模式

基本任务

# apps/notifications/tasks.py
from celery import shared_task
import logging

logger = logging.getLogger(__name__)

@shared_task(name='notifications.send_welcome_email')
def send_welcome_email(user_id: int) -> None:
    """向新注册用户发送欢迎邮件。"""
    from apps.users.models import User
    from apps.notifications.services import EmailService

    try:
        user = User.objects.get(pk=user_id)
    except User.DoesNotExist:
        logger.warning('send_welcome_email: user %s not found', user_id)
        return  # 幂等——不抛出，任务已不可能完成

    EmailService.send_welcome(user)
    logger.info('Welcome email sent to user %s', user_id)

可重试任务

@shared_task(
    bind=True,
    name='integrations.sync_to_crm',
    max_retries=5,
    default_retry_delay=60,       # 首次重试前的秒数
    autoretry_for=(ConnectionError, TimeoutError),
    retry_backoff=True,           # 指数退避
    retry_backoff_max=600,        # 上限为 10 分钟
    retry_jitter=True,            # 随机化以避免惊群效应
)
def sync_contact_to_crm(self, contact_id: int) -> dict:
    """将联系人同步到外部 CRM，并在瞬时失败时重试。"""
    from apps.crm.services import CRMClient

    try:
        result = CRMClient().sync(contact_id)
        return result
    except CRMClient.RateLimitError as exc:
        # 从响应头获取特定重试延迟
        raise self.retry(exc=exc, countdown=int(exc.retry_after))

幂等任务模式

设计任务使其在相同输入下能安全执行多次：

@shared_task(name='orders.mark_shipped')
def mark_order_shipped(order_id: int, tracking_number: str) -> None:
    """将订单标记为已发货——可安全执行多次。"""
    from apps.orders.models import Order

    updated = Order.objects.filter(
        pk=order_id,
        status=Order.Status.PROCESSING,    # 防护：只有未发货时才更新
    ).update(
        status=Order.Status.SHIPPED,
        tracking_number=tracking_number,
    )

    if not updated:
        logger.info('mark_order_shipped: order %s already shipped or not found', order_id)

带软超时的任务

from celery.exceptions import SoftTimeLimitExceeded

@shared_task(
    bind=True,
    name='reports.generate_pdf',
    soft_time_limit=120,
    time_limit=150,
)
def generate_pdf_report(self, report_id: int) -> str:
    """生成 PDF 报告，并优雅处理超时。"""
    from apps.reports.services import PDFGenerator

    try:
        path = PDFGenerator.build(report_id)
        return path
    except SoftTimeLimitExceeded:
        # 在硬杀死前清理部分文件
        PDFGenerator.cleanup(report_id)
        raise

调用任务

from datetime import timedelta
from django.utils import timezone

# 发起并遗忘（异步）
send_welcome_email.delay(user.pk)

# 安排到将来执行
send_reminder.apply_async(args=[user.pk], countdown=3600)  # 1 小时后
send_reminder.apply_async(args=[user.pk], eta=timezone.now() + timedelta(days=1))

# 使用队列路由执行
sync_contact_to_crm.apply_async(args=[contact.pk], queue='high_priority')

# 同步执行（仅测试/调试）
result = generate_pdf_report.apply(args=[report.pk])

Beat 调度（周期性任务）

代码定义的调度

# config/settings/base.py
from celery.schedules import crontab

CELERY_BEAT_SCHEDULE = {
    'cleanup-expired-sessions': {
        'task': 'users.cleanup_expired_sessions',
        'schedule': crontab(hour=2, minute=0),   # 每天凌晨 2 点
    },
    'sync-inventory': {
        'task': 'products.sync_inventory',
        'schedule': 60.0,                         # 每 60 秒
    },
    'weekly-digest': {
        'task': 'notifications.send_weekly_digest',
        'schedule': crontab(day_of_week='monday', hour=8, minute=0),
    },
}

数据库定义的调度（通过 django-celery-beat）

# 从 Django 管理后台或代码管理周期性任务
from django_celery_beat.models import PeriodicTask, CrontabSchedule
import json

schedule, _ = CrontabSchedule.objects.get_or_create(
    hour='*/6', minute='0',
    timezone='UTC',
)

PeriodicTask.objects.update_or_create(
    name='每 6 小时同步库存',
    defaults={
        'crontab': schedule,
        'task': 'products.sync_inventory',
        'args': json.dumps([]),
        'enabled': True,
    }
)

Canvas：任务链与分组

from celery import chain, group, chord

# 链：依次执行任务，传递结果
pipeline = chain(
    fetch_data.s(source_id),
    transform_data.s(),          # 接收 fetch_data 的结果作为第一个参数
    load_to_warehouse.s(),
)
pipeline.delay()

# 分组：并行执行任务
parallel = group(
    send_welcome_email.s(user_id)
    for user_id in new_user_ids
)
parallel.delay()

# 和弦：并行任务 + 全部完成后回调
result = chord(
    group(process_chunk.s(chunk) for chunk in data_chunks),
    aggregate_results.s(),       # 接收所有分块结果的列表
)
result.delay()

错误处理与死信队列

# apps/core/tasks.py
from celery.signals import task_failure

@task_failure.connect
def on_task_failure(sender, task_id, exception, args, kwargs, traceback, einfo, **kw):
    """将所有任务失败记录到 Sentry 或告警系统。"""
    import sentry_sdk
    with sentry_sdk.new_scope() as scope:
        scope.set_context('celery', {
            'task': sender.name,
            'task_id': task_id,
            'args': args,
            'kwargs': kwargs,
        })
        sentry_sdk.capture_exception(exception)

# 达到最大重试次数后，将失败任务路由到死信队列
@shared_task(
    bind=True,
    max_retries=3,
    name='payments.charge_card',
)
def charge_card(self, order_id: int) -> None:
    from apps.payments.models import Order, FailedCharge

    try:
        _do_charge(order_id)
    except Exception as exc:
        if self.request.retries >= self.max_retries:
            # 持久化到死信表以待人工审查
            FailedCharge.objects.create(
                order_id=order_id,
                error=str(exc),
                task_id=self.request.id,
            )
            return  # 不抛出——任务已永久失败
        raise self.retry(exc=exc)

测试 Celery 任务

单元测试（无 Broker）

# tests/test_tasks.py
import pytest
from unittest.mock import patch, MagicMock
from apps.notifications.tasks import send_welcome_email

class TestSendWelcomeEmail:

    @pytest.mark.django_db
    def test_sends_email_to_existing_user(self, user):
        with patch('apps.notifications.services.EmailService') as mock_email:
            send_welcome_email(user.pk)
            mock_email.send_welcome.assert_called_once_with(user)

    @pytest.mark.django_db
    def test_skips_missing_user_gracefully(self):
        """用户入队后执行前被删除，不应引发异常。"""
        send_welcome_email(99999)  # 不存在的用户——不得抛出异常

使用 CELERY_TASK_ALWAYS_EAGER 的集成测试

# config/settings/test.py
CELERY_TASK_ALWAYS_EAGER = True      # 测试中同步执行任务
CELERY_TASK_EAGER_PROPAGATES = True  # 重新引发任务的异常

# tests/test_integration.py
@pytest.mark.django_db
def test_registration_triggers_welcome_email(client):
    with patch('apps.notifications.services.EmailService') as mock_email:
        response = client.post('/api/users/', {
            'email': '[email protected]',
            'password': 'strongpass123',
        })

    assert response.status_code == 201
    mock_email.send_welcome.assert_called_once()

测试重试功能

@pytest.mark.django_db
def test_task_retries_on_connection_error():
    with patch('apps.crm.services.CRMClient.sync') as mock_sync:
        mock_sync.side_effect = ConnectionError('timeout')

        with pytest.raises(ConnectionError):
            sync_contact_to_crm.apply(args=[1], throw=True)

        assert mock_sync.call_count == 1  # eager 模式下仅首次尝试

监控

# 检查活动的 worker 和队列
celery -A config inspect active
celery -A config inspect stats
celery -A config inspect reserved

# 检查队列长度（Redis）
redis-cli llen celery

# Flower：基于 Web 的实时监控
pip install flower
celery -A config flower --port=5555

反模式

# 错误：传递模型实例——执行时可能已过时
send_welcome_email.delay(user)        # 绝不传递 ORM 对象
send_welcome_email.delay(user.pk)     # 始终传递 PK

# 错误：在生产视图中同步调用任务
result = generate_report.apply()      # 阻塞请求线程

# 错误：没有防护的非幂等任务
@shared_task
def charge_and_fulfill(order_id):
    order.charge()     # 如果任务重试，可能重复扣款！
    order.fulfill()

# 正确：使用状态防护实现幂等
@shared_task
def charge_and_fulfill(order_id):
    order = Order.objects.select_for_update().get(pk=order_id)
    if order.status != Order.Status.PENDING:
        return  # 已处理
    order.charge()
    order.fulfill()

生产环境检查清单

检查项	设置
Worker 崩溃后自动重启	supervisord 或 systemd 单元
CELERY_TASK_ACKS_LATE = True	Worker 崩溃时任务重新入队
CELERY_WORKER_PREFETCH_MULTIPLIER = 1	长时间任务公平分发
按优先级划分独立队列	-Q default,high_priority,low_priority
设置 CELERY_TASK_SOFT_TIME_LIMIT	硬杀死前优雅超时
Sentry 集成	捕获所有 task_failure 信号
Flower 或其他监控	队列深度可视化
Beat 仅在单一节点上运行	防止定时任务重复执行

相关技能

• django-patterns — ORM、服务层和项目结构
• django-tdd — 测试 Django 模型、视图和服务
• python-testing — pytest 配置和 Fixtures