【Flink状态管理（八）】Checkpoint：CheckpointBarrier对齐后Checkpoint的完成、通知与对学习状态管理源码的思考

文章目录

一. 调用StreamTask执行Checkpoint操作
- 1. 执行Checkpoint总体代码流程
二. CheckpointCoordinator管理Checkpoint
三. 状态管理学习小结

上文介绍了CheckpointBarrier的对齐操作，当CheckpointBarrier完成对齐操作后，接下来就是通过notifyCheckpoint()方法触发StreamTask节点的Checkpoint操作。

一. 调用StreamTask执行Checkpoint操作

如下代码，notifyCheckpoint()方法主要包含如下逻辑。

> 1. 判断toNotifyOnCheckpoint不为空。
> 2. 创建CheckpointMetaData和CheckpointMetrics实例，CheckpointMetaData用于存储
> Checkpoint的元信息，CheckpointMetrics用于记录和监控Checkpoint监控指标。
> 3. 触发StreamTask中算子的Checkpoint操作。
protected void notifyCheckpoint(CheckpointBarrier checkpointBarrier, 
                                long bufferedBytes, 
                                long alignmentDurationNanos) throws Exception {
   
   
   if (toNotifyOnCheckpoint != null) {
   
   
      // 创建CheckpointMetaData对象用于存储Meta信息
      CheckpointMetaData checkpointMetaData =
         new CheckpointMetaData(checkpointBarrier.getId(), 
                                checkpointBarrier.getTimestamp());
            // 创建CheckpointMetrics对象用于记录监控指标
      CheckpointMetrics checkpointMetrics = new CheckpointMetrics()
         .setBytesBufferedInAlignment(bufferedBytes)
         .setAlignmentDurationNanos(alignmentDurationNanos);
      // 调用toNotifyOnCheckpoint.triggerCheckpointOnBarrier()方法触发Checkpoint
        操作
      toNotifyOnCheckpoint.triggerCheckpointOnBarrier(
         checkpointMetaData,
         checkpointBarrier.getCheckpointOptions(),
         checkpointMetrics);
   }
}

注意：StreamTask是唯一实现了Checkpoint方法的子类，即只有StreamTask才能触发当前Task实例中的Checkpoint操作。

接下来具体看Checkpoint执行细节

1. 执行Checkpoint总体代码流程

Checkpoint触发过程分为两种情况：一种是CheckpointCoordinator周期性地触发数据源节点中的Checkpoint操作；另一种是下游算子通过对齐CheckpointBarrier事件触发本节点算子的Checkpoint操作。

不管是哪种方式触发Checkpoint，最终都是调用StreamTask.performCheckpoint()方法实现StreamTask实例中状态数据的持久化操作。

在StreamTask.performCheckpoint()方法中，首先判断当前的Task是否运行正常，然后使用actionExecutor线程池执行Checkpoint操作，Checkpoint的实际执行过程如下。

Checkpoint执行前的准备操作，让OperatorChain中所有的Operator执行Pre-barrier工作。

将CheckpointBarrier事件发送到下游的节点中。

算子状态数据进行快照

执行checkpointState()方法，对StreamTask中OperatorChain的所有算子进行状态数据的快照操作，该过程为异步非阻塞过程，不影响数据的正常处理进程，执行完成后会返回True到CheckpointInputGate中。

task挂掉情况处理：

如果isRunning的条件为false，表明Task不在运行状态，此时需要给OperatorChain中的所有算子发送CancelCheckpointMarker消息，这里主要借助recordWriter.broadcastEvent(message)方法向下游算子进行事件广播。

当且仅当OperatorChain中的算子还没有执行完Checkpoint操作的时候，下游的算子接收到CancelCheckpointMarker消息后会立即取消Checkpoint操作。

private boolean performCheckpoint(
      CheckpointMetaData checkpointMetaData,
      CheckpointOptions checkpointOptions,
      CheckpointMetrics checkpointMetrics,
      boolean advanceToEndOfTime) throws Exception {
   
   
   LOG.debug("Starting checkpoint ({}) {} on task {}",
             checkpointMetaData.getCheckpointId(), 
             checkpointOptions.getCheckpointType(), 
             getName());
   final long checkpointId = checkpointMetaData.getCheckpointId();
   if (isRunning) {
   
   
      // 使用actionExecutor执行Checkpoint逻辑
      actionExecutor.runThrowing(() -> {
   
   
         if (checkpointOptions.getCheckpointType().isSynchronous()) {
   
   
             setSynchronousSavepointId(checkpointId);
             if (advanceToEndOfTime) {
   
   
                 advanceToEndOfEventTime();
            }
         }
         //Checkpoint操作的准备工作
         operatorChain.prepareSnapshotPreBarrier(checkpointId);
         //将checkpoint barrier发送到下游的stream中
         operatorChain.broadcastCheckpointBarrier(
               checkpointId,
               checkpointMetaData.getTimestamp(),
               checkpointOptions);
         //对算子中的状态进行快照操作，此步骤是异步操作，
         //不影响streaming拓扑中数据的正常处理
         checkpointState(checkpointMetaData, checkpointOptions, 
            checkpointMetrics);
      });
      return true;
   } else {
   
   
      // 如果Task处于其他状态，则向下游广播CancelCheckpointMarker消息
      actionExecutor.runThrowing(() -> {
   
   
         final CancelCheckpointMarker message = 
             new CancelCheckpointMarker(checkpointMetaData.getCheckpointId());
         recordWriter.broadcastEvent(message);
      });
      return false;
   }
}

1.1. StreamTask.checkpointState()

接下来我们看StreamTask.checkpointState()方法的具体实现，如下代码。

创建CheckpointStateOutputStream实例。主要有如下两种实现类：

FsCheckpointStateOutputStream：文件类型系统

MemoryCheckpointOutputStream：内存的数据流输出。

创建CheckpointingOperation实例，CheckpointingOperation封装了Checkpoint执行的具体操作流程，以及checkpointMetaData、checkpointOptions、storage和checkpointMetrics等Checkpoint执行过程中需要的环境配置信息。

调用CheckpointingOperation.executeCheckpointing()方法执行Checkpoint操作。

private void checkpointState(
      CheckpointMetaData checkpointMetaData,
      CheckpointOptions checkpointOptions,
      CheckpointMetrics checkpointMetrics) throws Exception {
   
   
     // 创建CheckpointStreamFactory实例
   CheckpointStreamFactory storage = checkpointStorage.resolveCheckpointStorag
      eLocation(
         checkpointMetaData.getCheckpointId(),
         checkpointOptions.getTargetLocation());
     // 创建CheckpointingOperation实例
   CheckpointingOperation