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Flink 是一个面向流处理和批处理的分布式数据计算引擎,能够基于同一个Flink运行,可以提供流处理和批处理两种类型的功能。 在 Flink 的世界观中,一切都是由流组成的,离线数据是有界的流;实时数据是一个没有界限的流:这就是所谓的有界流和无界流。
Flink 可以完全独立于Hadoop,在不依赖Hadoop组件下运行。但是做为大数据的基础设施,Hadoop体系是任何大数据框架都绕不过去的。Flink可以集成众多Hadooop 组件,例如Yarn、Hbase、HDFS等等。例如,Flink可以和Yarn集成做资源调度,也可以读写HDFS,或者利用HDFS做检查点。
一个算子任务就被拆分成了多个并行的“子任务”(subtasks),再将它们分发到不同节点,就真正实现了并行计算。
在 Flink 执行过程中,每一个算子(operator)可以包含一个或多个子任务(operator subtask),这些子任务在不同的线程、不同的物理机或不同的容器中完全独立地执行。
一个特定算子的子任务(subtask)的个数被称之为其并行度(parallelism)。这样,包含并行子任务的数据流,就是并行数据流,它需要多个分区(stream partition)来分配并行任务。一般情况下,一个流程序的并行度,可以认为就是其所有算子中最大的并行度。一个程序中,不同的算子可能具有不同的并行度。
例如:如上图所示,当前数据流中有source、map、window、sink四个算子,其中sink算子的并行度为1,其他算子的并行度都为2。所以这段流处理程序的并行度就是2。
在Flink中,可以用不同的方法来设置并行度,它们的有效范围和优先级别也是不同的。
设置并行度有多种方式,优先级:算子 > 全局Env> 命令行 > 配置文件
四种方式:
stream.map(word -> Tuple2.of(word, 1L)).setParallelism(2);
env.setParallelism(2);
bin/flink run –p 2 –c com.atguigu.wc.SocketStreamWordCount ./FlinkTutorial-1.0-SNAPSHOT.jar
parallelism.default: 2
一对一(One-to-one,forwarding)
这种模式下,数据流维护着分区以及元素的顺序。比如图中的source和map算子,source算子读取数据之后,可以直接发送给 map算子做处理,它们之间不需要重新分区,也不需要调整数据的顺序。这就意味着map 算子的子任务,看到的元素个数和顺序跟source 算子的子任务产生的完全一样,保证着“一对一”的关系。map、filter、flatMap 等算子都是这种 one-to-one的对应关系。这种关系类似于Spark中的窄依赖。
重分区(Redistributing)
在这种模式下,数据流的分区会发生改变。比如图中的map和后面的keyBy/window算子之间,以及keyBy/window算子和Sink算子之间,都是这样的关系。
每一个算子的子任务,会根据数据传输的策略,把数据发送到不同的下游目标任务。这些传输方式都会引起重分区的过程,这一过程类似于Spark中的shuffle。
合并算子链
在Flink中,并行度相同的一对一(one to one)算子操作,可以直接链接在一起形成一个
“大”的任务(task),这样原来的算子就成为了真正任务里的一部分,如下图所示。每个
task 会被一个线程执行。这样的技术被称为“算子链”( Operator Chain)。
上图中Source和map之间满足了算子链的要求,所以可以直接合并在一起,形成了一个任务;因为并行度为 2,所以合并后的任务也有两个并行子任务。这样,这个数据流图所表示的作业最终会有5个任务,由5个线程并行执行。
将算子链接成 task 是非常有效的优化:可以减少线程之间的切换和基于缓存区的数据交换,在减少时延的同时提升吞吐量。
任务槽(Task Slots)
Flink 中每一个TaskManager都是一个JVM进程,它可以启动多个独立的线程,来并行执行多个子任务(subtask)。
很显然,TaskManager 的计算资源是有限的,并行的任务越多,每个线程的资源就会越少。那一个 TaskManager 到底能并行处理多少个任务呢?为了控制并发量,我们需要在TaskManager 上对每个任务运行所占用的资源做出明确的划分,这就是所谓的任务槽(task slots)。
每个任务槽(task slot)用来独立执行一个子任务的。
假如一个TaskManager有三个slot,那么它会将管理的内存平均分成三份,每个slot独自占据一份。这样一来,我们在slot上执行一个子任务时,相当于划定了一块内存“专款专用”,就不需要跟来自其他作业的任务去竞争内存资源了。
所以现在我们只要2个TaskManager,就可以并行处理分配好的5个任务了。
任务槽数量的设置
在Flink的/opt/module/flink-1.17.0/conf/flink-conf.yaml配置文件中,可以设置TaskManager
的slot数量,默认是1个slot。
taskmanager.numberOfTaskSlots: 8
需要注意的是,slot 目前仅仅用来隔离内存,不会涉及 CPU的隔离。在具体应用时,可以将slot数量配置为机器的CPU核心数,尽量避免不同任务之间对CPU的竞争。这也是开发环境默认并行度设为机器CPU数量的原因。
任务对任务槽的共享
默认情况下,Flink是允许子任务共享slot的。如果我们保持sink任务并行度为1不变,而作业提交时设置全局并行度为6,那么前两个任务节点就会各自有6个并行子任务,整个流处理程序则有13个子任务。如上图所示,只要属于同一个作业,那么对于不同任务节点(算子)的并行子任务,就可以放到同一个slot上执行。所以对于第一个任务节点source→map,它的6个并行子任务必须分到不同的slot上,而第二个任务节点keyBy/window/apply的并行子任务却可以和第一个任务节点共享slot。
当我们将资源密集型和非密集型的任务同时放到一个 slot 中,它们就可以自行分配对资源占用的比例,从而保证最重的活平均分配给所有的TaskManager。
slot 共享另一个好处就是允许我们保存完整的作业管道。这样一来,即使某个TaskManager出现故障宕机,其他节点也可以完全不受影响,作业的任务可以继续执行。
整个流处理程序的并行度,就应该是所有算子并行度中最大的那个,这代表了运行程序需要slot数量。
设置合适的并行度能提高运算效率,太多太少都不合适。
怎样设置并行度效率最高呢?
当然是需要把所有的slot都利用起来。考虑到slot共享,我们可以直接把并行度设置为9,这样所有27个任务就会完全占用9个slot。这是当前集群资源下能执行的最大并行度,计算资源得到了充分的利用。
Flink 为各种场景提供了不同的部署模式,主要有以下三种:会话模式(Session Mode)、单作业模式(Per-Job Mode)、 应用模式(Application Mode)。
它们的区别主要在于:集群的生命周期以及资源的分配方式;以及应用的main方法到底
在哪里执行——客户端(Client)还是JobManager。
会话模式其实最符合常规思维。我们需要先启动一个集群,保持一个会话,在这个会话中通过客
户端提交作业。集群启动时所有资源就都已经确定,所以所有提交的作业会竞争集群中的资源。
会话模式因为资源共享会导致很多问题,所以为了更好地隔离资源,我们可以考虑为每个提交的
作业启动一个集群,这就是所谓的单作业(Per-Job)模式。
作业完成后,集群就会关闭,所有资源也会释放。
这些特性使得单作业模式在生产环境运行更加稳定,所以是实际应用的首选模式。
需要注意的是,Flink本身无法直接这样运行,所以单作业模式一般需要借助一些资源管理框架来启动集群,比如YARN、Kubernetes(K8S)。
前面提到的两种模式下,应用代码都是在客户端上执行,然后由客户端提交给JobManager的。但是这种方式客户端需要占用大量网络带宽,去下载依赖和把二进制数据发送给JobManager;加上很多情况下我们提交作业用的是同一个客户端,就会加重客户端所在节点的资源消耗。
所以解决办法就是,我们不要客户端了,直接把应用提交到JobManger上运行。而这也就代表着,我们需要为每一个提交的应用单独启动一个JobManager,也就是创建一个集群。这个JobManager只为执行这一个应用而存在,执行结束之后JobManager也就关闭了,这就是所谓的应用模式。
应用模式与单作业模式,都是提交作业之后才创建集群;单作业模式是通过客户端来提交的,客户端解析出的每一个作业对应一个集群;而应用模式下,是直接由JobManager执行应用程序的。
K8s运行模式(了解)
支持云原生,未来的趋势
容器化部署是如今业界流行的一项技术,基于Docker镜像运行能够让用户更加方便地对应用进行管理和运维。容器管理工具中最为流行的就是Kubernetes(k8s),而 Flink也在最近的版本中支持了k8s部署模式。基本原理与YARN是类似的
逻辑流图(StreamGraph)→ 作业图(JobGraph)→ 执行图(ExecutionGraph)→ 物理图(Physical Graph)
在实际应用中,事件时间语义会更为常见。一般情况下,业务日志数据中都会记录数据生成的时间戳(timestamp),它就可以作为事件时间的判断基础。Flink已经将事件时间作为默认的时间语义了。
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