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7:Apache Flink 基本架构

JobManager与TaskManager

Flink运行时包含了两种类型的处理器:

JobManager处理器:也称之为Master,用于协调分布式执行,它们用来调度task,协调检查点,协调失败时恢复等。Flink运行时至少存在一个master处理器,如果配置高可用模式则会存在多个master处理器,它们其中有一个是leader,而其他的都是standby。

TaskManager处理器:也称之为Worker,用于执行一个dataflow的task(或者特殊的subtask)、数据缓冲和data stream的交换,Flink运行时至少会存在一个worker处理器。

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Master和Worker处理器可以直接在物理机上启动,或者通过像YARN这样的资源调度框架。

Worker连接到Master,告知自身的可用性进而获得任务分配。

无界数据流与有界数据流

Flink用于处理有界和无界数据:

无界数据流:无界数据流有一个开始但是没有结束,它们不会在生成时终止并提供数据,必须连续处理无界流,也就是说必须在获取后立即处理event。对于无界数据流我们无法等待所有数据都到达,因为输入是无界的,并且在任何时间点都不会完成。处理无界数据通常要求以特定顺序(例如事件发生的顺序)获取event,以便能够推断结果完整性。

有界数据流:有界数据流有明确定义的开始和结束,可以在执行任何计算之前通过获取所有数据来处理有界流,处理有界流不需要有序获取,因为可以始终对有界数据集进行排序,有界流的处理也称为批处理。

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Apache Flink是一个面向分布式数据流处理和批量数据处理的开源计算平台,它能够基于同一个Flink运行时(Flink Runtime),提供支持流处理和批处理两种类型应用的功能。现有的开源计算方案,会把流处理和批处理作为两种不同的应用类型,因为它们要实现的目标是完全不相同的:流处理一般需要支持低延迟、Exactly-once保证,而批处理需要支持高吞吐、高效处理,所以在实现的时候通常是分别给出两套实现方法,或者通过一个独立的开源框架来实现其中每一种处理方案。例如,实现批处理的开源方案有MapReduce、Tez、Crunch、Spark,实现流处理的开源方案有Samza、Storm。

Flink在实现流处理和批处理时,与传统的一些方案完全不同,它从另一个视角看待流处理和批处理,将二者统一起来:Flink是完全支持流处理,也就是说作为流处理看待时输入数据流是无界的;批处理被作为一种特殊的流处理,只是它的输入数据流被定义为有界的。基于同一个Flink运行时(Flink Runtime),分别提供了流处理和批处理API,而这两种API也是实现上层面向流处理、批处理类型应用框架的基础。

数据流编程模型

Flink提供了不同级别的抽象,以开发流或批处理作业,如下图所示:

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最底层级的抽象仅仅提供了有状态流,它将通过过程函数(Process Function)被嵌入到DataStream API中。底层过程函数(Process Function) 与 DataStream API 相集成,使其可以对某些特定的操作进行底层的抽象,它允许用户可以自由地处理来自一个或多个数据流的事件,并使用一致的容错的状态。除此之外,用户可以注册事件时间并处理时间回调,从而使程序可以处理复杂的计算。

实际上,大多数应用并不需要上述的底层抽象,而是针对核心API(Core APIs) 进行编程,比如DataStream API(有界或无界流数据)以及DataSet API(有界数据集)。这些API为数据处理提供了通用的构建模块,比如由用户定义的多种形式的转换(transformations),连接(joins),聚合(aggregations),窗口操作(windows)等等。DataSet API 为有界数据集提供了额外的支持,例如循环与迭代。这些API处理的数据类型以类(classes)的形式由各自的编程语言所表示。

Table API 是以表为中心的声明式编程,其中表可能会动态变化(在表达流数据时)。Table API遵循(扩展的)关系模型:表有二维数据结构(schema)(类似于关系数据库中的表),同时API提供可比较的操作,例如select、project、join、group-by、aggregate等。Table API程序声明式地定义了什么逻辑操作应该执行,而不是准确地确定这些操作代码的看上去如何 。 尽管Table API可以通过多种类型的用户自定义函数(UDF)进行扩展,其仍不如核心API更具表达能力,但是使用起来却更加简洁(代码量更少)。除此之外,Table API程序在执行之前会经过内置优化器进行优化。

你可以在表与 DataStream/DataSet 之间无缝切换,以允许程序将 Table API 与 DataStream 以及 DataSet 混合使用。

Flink提供的最高层级的抽象是 SQL 。这一层抽象在语法与表达能力上与 Table API 类似,但是是以SQL查询表达式的形式表现程序。SQL抽象与Table API交互密切,同时SQL查询可以直接在Table API定义的表上执行。

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