三半俊秀
三半俊秀

Flink

  • Google File System

  • Big Table

  • Map Reduce

  • HDFS

  • HBase

  • Hadoop

Hadoop 基于硬盘，可以处理海量数据；

Spark 基于内存，性能提高百倍，微批（500ms）；

Flink 基于 Google Dataflow Model（2015），真正的实时框架；

Beam 写一套代码，可以运行在 Spark 和 Flink 引擎上。

Flink 用于对无界和有界数据流进行状态计算

  • 低延迟（Spark Streaming的延迟是秒级，Flink延迟是毫秒级）
  • 高吞吐（阿里双十一使用Flink处理4.6PB，双十一大屏）
  • 结果的准确性和良好的容错性（exactly-once）

Lambda 架构

批处理 + 流处理

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流处理系统为了更快看到结果，批处理保证精准性，

在Flink之前都不能做这样一点，Flink是批流统一的。

image.png

Flink 主要特点

事件驱动

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来一条数据，出发一次算子的计算，事件驱动

后端事件驱动的代表：netty

大数据最难学习的框架：Flink

后端最难学习的是：netty

前端最难学习的是：Rxjs

编程里最难学习的是：函数式编程

基于流的世界观（流批统一）

在 Flink 中，一切都是由流组成的，离线数据是无界的流，用流来模拟批。

Flink 分层API

  • 越顶层越抽象，表达含义越简明，使用越方便
  • 越底层越具体，表达能力越丰富，使用越灵活
image.png

Flink 其它特点

  • 支持事件时间和处理时间语义
  • 精确一次的状态一致性保证
  • 低延迟（毫秒级）
  • 和很多大数据中间接连接

事件时间：事件真实发生的时间，要求数据中有时间戳

处理时间：事件到达节点

Flink vs Spark Streaming

Spark 采用 RDD 模型，RDD的集合

Flink 基本数据模型是数据流，以及事件序列

选型

运行时架构

Flink wordcount

创建 IDEA -> Maven 项目 -> Add Archetype

  • org.apache.flink
  • flink-quickstart-scala
  • 1.10.0

选择某项目原型，点击 Next

设置项目名以及我们组织的一些信息（可选）

任务提交流程（独立集群）

image.png

程序的并行度设置为10，那么并行任务的数量就是10，任务管理器会向资源管理器请求10个任务槽。

Yarn

可以读成雅安，

任务调度原理

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Flink 程序 编译之后，可能有一定的优化，然后成为一个 Dataflow Graph，通过Actor System （异步I/O）提交，发送心跳信息确认是否还活着。

Flink 中每个 TaskManager 都是一个 JVM 进程，每一个 task slot 都会启动一个线程，它可能会在独立的线程上执行一个或多个 subtask，每一个 task 占用一个 task slot

为了控制一个 TaskManager 能接受多少个 task，TaskManager 通过 task slot 来进行控制（一个 TaskManager 至少有一个 slot）

image.png

每一个算子后面都可以设置一个并行度，比如上图 sink 并行度是1，其他算子是 2

image.png

可以在 flink-conf.yaml 配置文件中设置每个 TaskManager 默认插槽（slot）数量。

假设目前3个 TaskManager，则有9个slot，若设置并行度为1，那么空闲8个slot。

任务槽是个静态的概念，可以写死，但是并行度是一个动态的概念，在我们的编程中可以动态修改。

程序与数据流

  • 所有的 Flink 程序都是由三部分组成的：Source、Transformation 和 Sink。
  • Source 负责读取数据源，Transformation 利用各种算子进行处理加工，Sink 负责输出/持久化。

所以在运行的时候，Flink 程序会被映射成 dataflow，包含以上三部分，dataflow 类似于有向无环图（DAG），在大部分情况下，transformation 跟 dataflow 中的算子是一一对应的关系。

image.png

执行图

StreamGraph

写的代码通过 Stream API 编写的代码生成的最初的图，用来表示程序的拓扑结构。

JobGraph

经过优化后生成了 JobGraph，提交给 JobManager的数据结构就是这种，主要优化为将多个符合条件的算子 chain 在一起作为一个节点。

ExecutionGraph

JobGraph 的并行化版本，是调度层的最核心的数据结构。

image.png

Flink 运行时组件

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分发器

CheckPoint机制

容错

Flink 会在指定的时间段上保存状态信息，如果 Flink 挂了就可以把上一次状态信息再捞出来。

Flink 本身就是有状态的，Flink 可以让你选择执行过程中的数据保存在哪里，在 Flink 中称作 State Backends ，CheckPoint 也是保存在这之上

  • MemoryStateBackend
  • FsStateBackend
  • RocksDBStateBackend

即

  • 内存
  • 文件系统 HDFS
  • 本地数据库

精确一次 exactly-once

DataStream API

checkpoint 的存储

可以是内存、文件系统 HDFS 或 RocksDB

开发角度的大致流程

Flink 程序 -> StreamGraph -> JobGraph -> ExecutionGraph -> 物理执行图

image.png
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面试题

Flink vs Spark Streaming

Flink 是真正的流处理，延迟在毫秒级

Flink 可以处理事件时间，多种时间语义

Flink CheckPoint 机制比 Spark 更灵活，性能更高

Flink 易于实现端到端一致性

CheckPoint 存在哪里

内存、文件系统、RocksDB

三 Flink 部署

四 Flink 运行时架构

主要包括四个不同的组件

  • 作业管理器 JobManager
  • 资源管理器 ResourceManager
  • 任务管理器 TaskManager
  • 分发器 Dispatcher

Flink 是用 Java 和 Scala 实现的，所有组件都会运行在 JVM 上

image.png

Flink 时间概念和应用场景？

  • 事件时间，一般数据中要带当时的时间戳，例如轨迹点数据有被采集时的时间戳
  • 处理时间，执行操作算子的本地系统时间，与机器相关
  • 摄取时间，数据进入 Flink 的时间。多个数据源算子的情况下，每个数据源算子会使用本地系统时钟指派摄取时间，后续基于时间的相关操作中，都会使用数据记录中的摄取时间。env.setStreamTimeCharacteristic(TimeCharacteristic.EventTime) 可以设置时间类型

设置水位线 Watermark ，即遇到了一个时间戳达到了窗口关闭时间，不应该立刻触发窗口于计算，而是等待一段时间，等迟到的数据来了再关闭窗口

Watermark 可以正确的处理乱序时间，通常用 Watermark 机制结合 window 来实现，window 的执行也是由 Watermark 触发的。

image.png

滑动窗口

image.png

这个元素属于 n 个窗口，需要复制多份。比如 (Value, 6s) 代表在 6s 到达的数据，它属于 [0s, 10s] 和 [5s, 15s] 。

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