Flink学习资料整理

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缘由:

整理一些看到的觉得不错的和Flink相关的资料,方便以后要用的时候参考。

正文:

参考解答:
Flink简介

Flink核心是一个流式的数据流执行引擎,其针对数据流的分布式计算提供了数据分布、数据通信以及容错机制等功能。基于流执行引擎,Flink提供了诸多更高抽象层的API以便用户编写分布式任务:

  1. DataSet API,对静态数据进行批处理操作,将静态数据抽象成分布式的数据集,用户可以方便地使用Flink提供的各种操作符对分布式数据集进行处理,支持Java、Scala和Python。
  2. DataStream API,对数据流进行流处理操作,将流式的数据抽象成分布式的数据流,用户可以方便地对分布式数据流进行各种操作,支持Java和Scala。
  3. Table API,对结构化数据进行查询操作,将结构化数据抽象成关系表,并通过类SQL的DSL对关系表进行各种查询操作,支持Java和Scala。
Flink中的一些基本概念

Flink程序的基本构建块是streamstransformations(注意,DataSet在内部也是一个stream)。一个stream可以看成一个中间结果,而一个transformations是以一个或多个stream作为输入的某种operation,该operation利用这些stream进行计算从而产生一个或多个result stream

在运行时,Flink上运行的程序会被映射成streaming dataflows,它包含了streamstransformations operators。每一个dataflow以一个或多个sources开始以一个或多个sinks结束。dataflow类似于任意的有向无环图(DAG),当然特定形式的可以通过iteration构建。在大部分情况下,程序中的transformations跟dataflow中的operator是一一对应的关系。但有时候,一个transformation可能对应多个operator

统一的批处理与流处理系统

在大数据处理领域,批处理任务与流处理任务一般被认为是两种不同的任务,一个大数据项目一般会被设计为只能处理其中一种任务,例如Apache Storm、Apache Smaza只支持流处理任务,而Aapche MapReduce、Apache Tez、Apache Spark只支持批处理任务。Spark Streaming是Apache Spark之上支持流处理任务的子系统,看似一个特例,实则不然——Spark Streaming采用了一种micro-batch的架构,即把输入的数据流切分成细粒度的batch,并为每一个batch数据提交一个批处理的Spark任务,所以Spark Streaming本质上还是基于Spark批处理系统对流式数据进行处理,和Apache Storm、Apache Smaza等完全流式的数据处理方式完全不同。通过其灵活的执行引擎,Flink能够同时支持批处理任务与流处理任务。

在执行引擎这一层,流处理系统与批处理系统最大不同在于节点间的数据传输方式。对于一个流处理系统,其节点间数据传输的标准模型是:当一条数据被处理完成后,序列化到缓存中,然后立刻通过网络传输到下一个节点,由下一个节点继续处理。而对于一个批处理系统,其节点间数据传输的标准模型是:当一条数据被处理完成后,序列化到缓存中,并不会立刻通过网络传输到下一个节点,当缓存写满,就持久化到本地硬盘上,当所有数据都被处理完成后,才开始将处理后的数据通过网络传输到下一个节点。这两种数据传输模式是两个极端,对应的是流处理系统对低延迟的要求和批处理系统对高吞吐量的要求。Flink的执行引擎采用了一种十分灵活的方式,同时支持了这两种数据传输模型。Flink以固定的缓存块为单位进行网络数据传输,用户可以通过缓存块超时值指定缓存块的传输时机。如果缓存块的超时值为0,则Flink的数据传输方式类似上文所提到流处理系统的标准模型,此时系统可以获得最低的处理延迟。如果缓存块的超时值为无限大,则Flink的数据传输方式类似上文所提到批处理系统的标准模型,此时系统可以获得最高的吞吐量。同时缓存块的超时值也可以设置为0到无限大之间的任意值。缓存块的超时阈值越小,则Flink流处理执行引擎的数据处理延迟越低,但吞吐量也会降低,反之亦然。通过调整缓存块的超时阈值,用户可根据需求灵活地权衡系统延迟和吞吐量。

在统一的流式执行引擎基础上,Flink同时支持了流计算和批处理,并对性能(延迟、吞吐量等)有所保障。相对于其他原生的流处理与批处理系统,并没有因为统一执行引擎而受到影响从而大幅度减轻了用户安装、部署、监控、维护等成本。

Flink流处理的时间窗口

对于流处理系统来说,流入的消息不存在上限,所以对于聚合或是连接等操作,流处理系统需要对流入的消息进行分段,然后基于每一段数据进行聚合或是连接。消息的分段即称为窗口,流处理系统支持的窗口有很多类型,最常见的就是时间窗口,基于时间间隔对消息进行分段处理。本节主要介绍Flink流处理系统支持的各种时间窗口。

对于目前大部分流处理系统来说,时间窗口一般是根据Task所在节点的本地时钟进行切分,这种方式实现起来比较容易,不会产生阻塞。但是可能无法满足某些应用需求,比如:

消息本身带有时间戳,用户希望按照消息本身的时间特性进行分段处理。

由于不同节点的时钟可能不同,以及消息在流经各个节点的延迟不同,在某个节点属于同一个时间窗口处理的消息,流到下一个节点时可能被切分到不同的时间窗口中,从而产生不符合预期的结果。

Flink支持3种类型的时间窗口,分别适用于用户对于时间窗口不同类型的要求:

  • Operator Time。根据Task所在节点的本地时钟来切分的时间窗口。
  • Event Time。消息自带时间戳,根据消息的时间戳进行处理,确保时间戳在同一个时间窗口的所有消息一定会被正确处理。由于消息可能乱序流入Task,所以Task需要缓存当前时间窗口消息处理的状态,直到确认属于该时间窗口的所有消息都被处理,才可以释放,如果乱序的消息延迟很高会影响分布式系统的吞吐量和延迟。
  • Ingress Time。有时消息本身并不带有时间戳信息,但用户依然希望按照消息而不是节点时钟划分时间窗口,例如避免上面提到的第二个问题,此时可以在消息源流入Flink流处理系统时自动生成增量的时间戳赋予消息,之后处理的流程与Event Time相同。Ingress Time可以看成是Event Time的一个特例,由于其在消息源处时间戳一定是有序的,所以在流处理系统中,相对于Event Time,其乱序的消息延迟不会很高,因此对Flink分布式系统的吞吐量和延迟的影响也会更小。

 

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