简介
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Flink是一个低延迟、高吞吐、统一的大数据计算引擎, Flink的计算平台可以实现毫秒级的延迟情况下，每秒钟处理上亿次的消息或者事件。
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同时Flink提供了一个Exactly-once的一致性语义, 保证了数据的正确性。(对比其他: At most once, At least once)
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这样就使得Flink大数据引擎可以提供金融级的数据处理能力(安全)。
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Flink作为主攻流计算的大数据引擎，它区别于Storm,Spark Streaming以及其他流式计算引擎的是:
- 它不仅是一个高吞吐、低延迟的计算引擎，同时还提供很多高级的功能。
- 比如它提供了有状态的计算，支持状态管理，支持强一致性的数据语义以及支持Event Time,WaterMark对消息乱序的处理。
发展历程
- Flink诞生于欧洲的一个大数据研究项目StratoSphere。
- 该项目是柏林工业大学的一个研究性项目。
- 早期，Flink是做Batch计算的，但是在2014年，StratoSphere里面的核心成员孵化出Flink，同年将Flink捐赠Apache，并在后来成为Apache的顶级大数据项目。
- Flink计算的主流方向被定位为Streaming，即用流式计算来做所有大数据的计算，这就是Flink技术诞生的背景。
与其他计算引擎的对比
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开源大数据计算引擎
- 流计算(Streaming)
- Storm
- Flink
- SparkStreaming等
- 批处理(batch)
- Spark
- MapReduce
- Pig(好像已凉)
- Flink等
- 同时支持流处理和批处理的:
- Apache Spark
- Apache Flink
- 从技术, 生态等各方面综合考虑
- Spark的技术理念是基于批来模拟流的计算
- Flink则完全相反，它采用的是基于流计算来模拟批计算
- 可将批数据看做是一个有边界的流
- Flink最区别于其他流计算引擎的点:
- stateful, 即有状态计算。
- Flink提供了内置的对状态的一致性的处理，即如果任务发生了Failover，其状态不会丢失、不会被多算少算，同时提供了非常高的性能。
- 什么是状态?
- 例如开发一套流计算的系统或者任务做数据处理，可能经常要对数据进行统计，如Sum,Count,Min,Max,这些值是需要存储的。
- 因为要不断更新，这些值或者变量就可以理解为一种状态。
- 如果数据源是在读取Kafka,RocketMQ，可能要记录读取到什么位置，并记录Offset，这些Offset变量都是要计算的状态。
- Flink提供了内置的状态管理，可以把这些状态存储在Flink内部，而不需要把它存储在外部系统。
- 这样做的好处:
- 降低了计算引擎对外部系统的依赖以及部署，使运维更加简单
- 对性能带来了极大的提升
- 如果通过外部去访问，如Redis,HBase它一定是通过网络及RPC。
- 如果通过Flink内部去访问，它只通过自身的进程去访问这些变量。
- 同时Flink会定期将这些状态做Checkpoint持久化，把Checkpoint存储到一个分布式的持久化系统中，比如HDFS。
- 这样的话，当Flink的任务出现任何故障时，它都会从最近的一次Checkpoint将整个流的状态进行恢复，然后继续运行它的流处理。
- 对用户没有任何数据上的影响。
- 这样做的好处:
- 流计算(Streaming)
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性能对比
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Flink是一行一行处理，而SparkStream是基于数据片集合（RDD）进行小批量处理，所以Spark在流式处理方面，不可避免增加一些延时。
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Flink的流式计算跟Storm性能差不多，支持毫秒级计算，而Spark则只能支持秒级计算。
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Spark vs Flink vs Storm:
- Spark:
- 以批处理为核心，用微批去模拟流式处理
- 支持SQL处理，流处理，批处理
- 对于流处理：因为是微批处理，所有实时性弱，吞吐量高，延迟度高
- Flink:
- 以流式处理为核心，用流处理去模拟批处理
- 支持流处理，SQL处理，批处理
- u 对于流处理：实时性强，吞吐量高，延迟度低。
- Storm:
- 一条一条处理数据，实时性强，吞吐量低，延迟度低。
- Spark:
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Flink 与 Storm的吞吐量对比
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storm与flink延迟随着数据量增大而变化的对比
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阿里使用Jstorm时遇到的问题:
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后来他们将 JStorm 的作业迁移到 Flink集群上
Flink 是什么?
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Apache Flink是一个分布式计算引擎，用于对无界和有界数据流进行状态计算
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Flink可以在所有常见的集群环境中运行，并且能够对任何规模的数据进行计算。
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这里的规模指的是既能批量处理（批计算）也能一条一条的处理（流计算）。
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有界和无界数据:
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Flink认为任何类型的数据都是作为事件流产生的。
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比如：信用卡交易，传感器测量，机器日志或网站或移动应用程序，所有这
数据可以作为无界或有界流处理：
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无界流:
- 它有开始时间但没有截止时间，它们在生成时提供数据，但不会被终止。
- 无界流必须连续处理数据，即必须在摄取事件后立即处理事件。
- 它无法等待所有输入数据到达，因为输入是无界的，如果是这样，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摄取事件，例如事件发生的顺序，以便能够推断结果完整性。
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有界流:
- 具有起始时间和截止时间。
- 它可以在执行任何的计算之前，先通过摄取所有数据后再来处理有界流。
- 处理有界流不需要有序摄取，因为可以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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Flink 适用场景
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事件驱动应用
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欺诈识别
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异常检测
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基于规则的警报
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业务流程监控
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数据分析应用
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电信网络的质量监控
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分析移动应用程序中的产品更新和实验评估
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对消费者技术中的实时数据进行特别分析
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大规模图分析
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数据管道 & ETL
- 电子商务中的实时搜索索引构建
- 电子商务中持续的 ETL
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Flink 编程模型
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Flink提供不同级别的抽象来开发流/批处理应用程序
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抽象层次
- 最低级抽象只是提供有状态流。它通过 Process Function 嵌入到 DataStream API 中
- 在实践中，大多数应用程序不需要上述低级抽象，而是针对DataStream API（有界/无界流）和DataSet API （有界数据集）
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批处理: DataSet 案例
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Scala 版:
package com.ronnie.batch object WordCount { def main(args: Array[String]): Unit = { // 引入隐式转换 import org.apache.flink.api.scala._ // 1. 初始化执行环境 val env = ExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment // 2. 读取数据源, -> dataset 集合, 类似spark的RDD val data = env.readTextFile("/data/textfile") // 3. 对数据进行转化 val result = data.flatMap(x=>x.split(" ")) .map((_,1)) .groupBy(0) .sum(1) // 4. 打印数据结果 result.print() } } -
Java 版:
package com.shsxt.flink.batch; import org.apache.flink.api.common.functions.FlatMapFunction; import org.apache.flink.api.java.DataSet; import org.apache.flink.api.java.ExecutionEnvironment; import org.apache.flink.api.java.tuple.Tuple2; import org.apache.flink.util.Collector; public class WordCount { public static void main(String[] args) throws Exception { //1:初始执行环境 ExecutionEnvironment env = ExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment(); //2:读取数据源 DataSet<String> text = env.readTextFile("data/textfile"); //3:对数据进行转化操作 DataSet<Tuple2<String, Integer>> wordCounts = text .flatMap(new FlatMapFunction<String, Tuple2<String, Integer>>() { @Override public void flatMap(String line, Collector<Tuple2<String, Integer>> out) throws Exception { for (String word : line.split(" ")) { out.collect(new Tuple2<String, Integer>(word, 1)); } } }) .groupBy(0) .sum(1); //4:对数据进行输出 wordCounts.print(); } public static class LineSplitter implements FlatMapFunction<String, Tuple2<String, Integer>> { @Override public void flatMap(String line, Collector<Tuple2<String, Integer>> out) { for (String word : line.split(" ")) { out.collect(new Tuple2<String, Integer>(word, 1)); } } } }
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流处理: DataStream 案例
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Scala 版:
package com.ronnie.streaming import org.apache.flink.streaming.api.scala.{DataStream, StreamExecutionEnvironment} import org.apache.flink.streaming.api.windowing.time.Time object WordCount { def main(args: Array[String]): Unit = { //引入scala隐式转换.. import org.apache.flink.api.scala._ //1.初始化执行环境 val env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment //2.获取数据源, 生成一个datastream val text: DataStream[String] = env.socketTextStream("ronnie01", 9999) //3.通过转换算子, 进行转换 val counts = text.flatMap{_.split(" ")} .map{(_,1)} .keyBy(0) .timeWindow(Time.seconds(5)) .sum(1) counts.print() env.execute() } } -
Java 版:
package com.ronnie.flink.stream; import org.apache.flink.api.common.functions.FlatMapFunction; import org.apache.flink.api.java.tuple.Tuple2; import org.apache.flink.streaming.api.datastream.DataStream; import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment; import org.apache.flink.streaming.api.windowing.time.Time; import org.apache.flink.util.Collector; public class WordCount { public static void main(String[] args) throws Exception { //1.初始化环境 StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment(); //2.读取数据源，并进行转换操作 DataStream<Tuple2<String, Integer>> dataStream = env .socketTextStream("ronnie01", 9999) .flatMap(new Splitter()) .keyBy(0) //每5秒触发一批计算 .timeWindow(Time.seconds(5)) .sum(1); //3.将结果进行输出 dataStream.print(); //4.流式计算需要手动触发执行操作， env.execute("Window WordCount"); } public static class Splitter implements FlatMapFunction<String, Tuple2<String, Integer>> { public void flatMap(String sentence, Collector<Tuple2<String, Integer>> out) throws Exception { for (String word: sentence.split(" ")) { out.collect(new Tuple2<String, Integer>(word, 1)); } } } }
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程序和数据流
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Flink程序的基本构建是在流和转换操作上的, 执行时, Flink程序映射到流数据上，由流和转换运算符组成。
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每个数据流都以一个或多个源开头，并以一个或多个接收器结束。
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数据流类似于任意有向无环图 （DAG）
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代码流程
- 创建ExecutionEnvironment/StreamExecutionEnvironment 执行环境对象
- 通过执行环境对象创建出source（源头）对象
- 基于source对象做各种转换，注意：在flink中转换算子也是懒执行的
- 定义结果输出到哪里（控制台，kafka,数据库等）
- 最后调用StreamExecutionEnvironment/ExecutionEnvironment 的excute方法，触发执行。
- 每个flink程序由source operator + transformation operator + sink operator组成
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Flink中的Key
- 注意点:
- Flink处理数据不是K,V格式编程模型，没有xxByKey 算子，它是虚拟的key。
- Flink中Java Api编程中的Tuple需要使用Flink中的Tuple，最多支持25个
- 批处理用groupBY 算子，流式处理用keyBy算子
- Apache Flink 指定虚拟key
- 使用Tuples来指定key
- 使用Field Expression来指定key
- 使用Key Selector Functions来指定key
- 注意点: