Flink重分区算子解析 - StreamPartitioner

一、背景说明

目前Flink(version:1.13)包含8个重分区算子,对应8个分区器(7个官方定义及1个自定义),均继承与父类StreamPartitioner。

RebalancePartitioner
RescalePartitioner
KeyGroupStreamPartitioner
GlobalPartitioner
ShufflePartitioner
ForwardPartitioner
CustomPartitionerWrapper
BroadcastPartitioner

二、各分区器说明

1. 概览图

在这里插入图片描述

2. RebalancePartitioner

Partitioner that distributes the data equally by cycling through the output channels.

rebalance()算子是真正意义上的轮询操作,上游数据轮询下发到下游算子,注意与broadcast()算子的区别,上图颜色点代表两者数据分发的区别。

private int nextChannelToSendTo;

// 下游channel选择器,第一个数据是随机选择下游其中一个channel
@Override
public void setup(int numberOfChannels) {
   
   
    super.setup(numberOfChannels);
    nextChannelToSendTo = ThreadLocalRandom.current().nextInt(numberOfChannels);
}
// 后续+1取模的方式开始轮询下发
@Override
public int selectChannel(SerializationDelegate<StreamRecord<T>> record) {
   
   
    nextChannelToSendTo = (nextChannelToSendTo + 1) % numberOfChannels;
    return nextChannelToSendTo;
}
// 分发模式为 ALL_TO_ALL
@Override
public boolean isPointwise() {
   
    return false; }

FLink 将任务的执行计划分为 StreamGraph–>JobGraph–>ExecutionGraph,其中的StreamingJobGraphGenerator类用以实现将StreamGraph转化为JobGraph,在该类中会调用分区器的isPointwise()方法实现分发模式的选择 :POINTWISE / ALL_TO_ALL。

JobEdge jobEdge;
if (partitioner.isPointwise()) {
   
   
    jobEdge =
            downStreamVertex.connectNewDataSetAsInput(
                    headVertex, DistributionPattern.POINTWISE, resultPartitionType);
} else {
   
   
    jobEdge =
            downStreamVertex.connectNewDataSetAsInput(
                    headVertex, DistributionPattern.ALL_TO_ALL, resultPartitionType);
}

3. RescalePartitioner

<think>嗯,用户问的是Flink中涉及重分区算子。首先,我得回忆一下Flink算子有哪些,特别是涉及到数据重分布的那些。重分区通常是指改变数据在并行任务之间的分布方式,这会影响任务的并行度和数据处理的效率。 首先,常见的重分区算子可能有keyBy,因为keyBy会根据指定的键将数据重新分组到不同的分区,这样相同键的数据会被发送到同一个任务实例。然后是shuffle,这个算子会随机地将数据均匀分布到下游任务,不过用户可能需要注意shuffle的具体行为。 接下来还有rebalance,这个算子用轮询的方式均匀分配数据,用来处理数据倾斜的问题。不过有时候用户可能会混淆rebalance和rescale的区别,rescale是在本地进行数据交换,可能不会跨网络,而rebalance是全局的,所以需要区分清楚。 另外,还有global,这个算子会把所有数据发送到下游的第一个任务,所以会导致全局聚合,但并行度会被强制为1。而forward则要求上下游并行度一致,数据不会重新分区,只是直接传递,所以可能不算严格的重分区算子,但用户可能想知道它的特殊情况。 还有partitionCustom,允许用户自定义分区策略,这比较灵活,但需要用户自己实现Partitioner接口。可能需要举一个例子说明。 需要确保每个算子的解释准确,同时说明它们的适用场景和可能带来的影响,比如网络开销、数据倾斜的解决等。同时,要提醒用户在使用这些算子时要注意的性能问题,比如shuffle可能带来较大的网络负载,而keyBy在窗口聚合时很常见。 另外,用户可能想知道这些算子如何影响作业的并行结构,比如改变并行度或者数据分布方式。所以需要明确每个算子对应的数据分区变化,以及上下游并行度的关系。 可能还需要提到,重分区操作通常会触发网络传输,属于比较昂贵的操作,所以在实际应用中要合理使用,避免不必要的重分区导致性能下降。例如,在数据已经按某个键分布好的情况下,再次使用keyBy可能没有必要,反而增加开销。 最后,总结一下各个算子的区别和适用场景,帮助用户根据具体需求选择合适的重分区策略。确保回答结构清晰,分点列出每个算子,并给出示例,这样用户更容易理解。</think>在 Apache Flink 中,涉及重分区算子会改变数据在并行任务间的分布方式,直接影响任务的并行结构和性能。以下是常见的重分区算子及其原理和用途: --- ### 1. **`keyBy`** - **作用**:根据指定的键(Key)对数据进行哈希分区,相同键的数据会被分配到同一分区。 - **触发条件**:需要后续聚合操作(如 `reduce`、`window`)时使用。 - **示例**: ```java DataStream<Tuple2<String, Integer>> stream = ...; KeyedStream<Tuple2<String, Integer>, String> keyedStream = stream.keyBy(value -> value.f0); ``` - **特点**: - 分区数由下游算子并行度决定。 - 可能导致数据倾斜(某些分区负载过高)。 --- ### 2. **`shuffle`** - **作用**:完全随机地将数据均匀分布到下游所有任务。 - **适用场景**:需要完全打乱数据分布时使用。 - **示例**: ```java DataStream<String> shuffled = stream.shuffle(); ``` - **特点**: - 数据分布均匀,但网络开销较大。 - 不保证任何顺序。 --- ### 3. **`rebalance`** - **作用**:以轮询(Round-Robin)方式均匀分配数据到下游任务。 - **适用场景**:解决数据倾斜问题。 - **示例**: ```java DataStream<String> rebalanced = stream.rebalance(); ``` - **特点**: - 强制全局数据平衡。 - 适合上游并行度与下游不一致的场景。 --- ### 4. **`rescale`** - **作用**:在本地 TaskManager 内部进行轮询分区,避免跨节点网络传输。 - **示例**: ```java DataStream<String> rescaled = stream.rescale(); ``` - **特点**: - 仅在本地交换数据,网络开销低。 - 要求上下游并行度是倍数关系(如上游并行度 4,下游并行度 2)。 --- ### 5. **`global`** - **作用**:将所有数据发送到下游的第一个并行任务。 - **适用场景**:全局聚合操作(如 `count()`)。 - **示例**: ```java DataStream<String> global = stream.global(); ``` - **特点**: - 下游并行度被强制为 1。 - 可能导致性能瓶颈。 --- ### 6. **`forward`** - **作用**:数据直接传递到下游同一并行任务(上下游并行度必须相同)。 - **示例**: ```java DataStream<String> forwarded = stream.forward(); ``` - **特点**: - 无网络开销,但要求严格并行度匹配。 - 适用于链式优化(Operator Chaining)。 --- ### 7. **`partitionCustom`** - **作用**:自定义分区策略。 - **示例**(按奇偶分区): ```java stream.partitionCustom( (key, numPartitions) -> key % 2, value -> value // 提取分区键 ); ``` - **特点**: - 灵活性高,需实现 `Partitioner` 接口。 - 可能引入复杂逻辑。 --- ### **重分区的影响** 1. **网络开销**:跨节点重分区(如 `shuffle`、`keyBy`)会触发网络传输。 2. **数据倾斜**:不均匀的分区策略(如 `keyBy` 键分布不均)可能导致某些任务过载。 3. **并行度变化**:重分区后下游算子的并行度决定实际分区数。 --- ### **最佳实践** - 优先使用 `keyBy` 配合聚合操作。 - 数据倾斜时尝试 `rebalance` 或自定义分区。 - 避免不必要的重分区(如连续多个 `shuffle`)。 - 通过 Flink Web UI 监控反压和数据分布。
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