Flink流式框架的状态管理

一、Flink中的状态

1)由一个任务维护,并且用来计算某个结果的所有数据,都属于这个任务的状态;

2)可以认为状态就是一个本地变量,可以被任务的业务逻辑访问;

3)Flink会进行状态管理,包括状态一致性、故障处理以及高效存储和访问,以便开发人员可以专注于应用程序的逻辑;

4)在Flink中,状态始终与特定算子相关联;

5)为了使运行时的Flink了解算子的状态,算子需要预先注册其状态;

6)总的来说,有两种类型的状态:

      ****  算子状态(Operator State):算子状态的作用范围限定为算子任务;

      ****  键控状态(Keyed  State):根据输入数据流中定义的键(key)来维护和访问;

 

1、算子状态(Operator  State)

1)算子状态的作用范围限定为算子任务,由同一并行任务所处理的所有数据都可以访问到相同的状态;

2)状态对于同一子任务而言是共享的;

3)算子状态不能由相同或不同算子的另一个子任务访问;

 

2、算子状态数据结构

1)列表状态(List  state)

      ****  将状态表示为一组数据的列表

2)联合列表状态(Union  list  state)

      **** 也将状态表示为数据的列表。它与常规列表状态的区别在于,在发生故障时,或者从保存点(savepoint)启动应用程序时如何恢复;

 3)广播状态(Broadcast  State)

       ****  如果一个算子有多项任务,而它的每项任务状态又都相同,那么这种特殊情况最适合应用广播状态;

 

3、键控状态(Keyed  State)

1)键控状态是根据输入数据流中定义的键(key)来维护和访问的;

2)Flink为每个key维护一个状态实例,并将具有相同键的所有数据,都分区到同一个算子任务中,这个任务会维护和处理这个key对应的状态;

3)当任务处理一条数据时,它会自动将状态的访问范围限定为当前数据的key;

 

4、键控状态数据结构

1)值状态(Value  state):将状态表示为单个的值;

2)列表状态(List state):将状态表示为一组数据的列表;

3)映射状态(Map  state):将状态表示为一组Key-Value对;

4)聚合状态(Reducing state & Aggregating  State):将状态表示为一个用于聚合操作的列表;

 

5、键控状态的使用

1)声明一个键控状态

 

2)读取状态

3)对状态赋值

 

二、状态后端(State  Backends)

1)每传入一条数据,有状态的算子任务都会读取和更新状态;

2)由于有效的状态访问对于处理数据的低延迟至关重要,因此每个并行任务都会在本地维护其状态,以确保快速的状态访问;

3)状态的存储、访问以及维护,由一个可插入的组件决定,这个组件就叫做状态后端(state  backend);

4)状态后端主要负责两件事:本地的状态管理,以及将检查点(checkpoint)状态写入远程存储;

 

1、选择一个状态后端

1)MemoryStateBackend

      ****  内存级的状态后端,会将键控状态作为内存中的对象进行管理,将它们存储在TaskManager的JVM堆上,而将checkpoint存储在JobManager的内存中;

       ****  特点:快速、低延迟,但不稳定

2)FsStateBackend

        **** 将checkpoint存到远程的持久化文件系统(FileSystem)上,而对于本地状态,跟MemoryStateBackend一样,也会存在TaskManager的JVM堆上;

        ****  同时拥有内存级的本地访问速度,和更好的容错保证

3)RockDBStateBackend

        **** 将所有状态序列化后,存入本地的RocksDB中存储。

 

 

 

 

### 关于 DolphinScheduler 与 Flink 流式处理集成 #### 集成背景 随着大数据技术的发展,越来越多的企业开始采用多种不同的计算引擎来满足多样化的业务需求。Apache DolphinScheduler 是一款分布式易扩展的可视化工作流调度系统[^3],而 Apache Flink 则是一款专注于高吞吐低延迟的流处理框架[^2]。 #### 集成优势 通过将两者结合起来,不仅可以发挥各自的优势,还能为企业带来更加灵活高效的大规模数据处理能力: - **统一的任务管理界面**:借助 DolphinScheduler 提供的强大 UI 和 API 接口,管理员能够轻松定义复杂的 ETL 工作流程,并监控其执行状态; - **增强的数据流转控制力**:利用 Flink 实现近实时的数据清洗转换操作的同时,在更高层次上由 DolphinScheduler 调度协调不同类型的作业; - **简化运维复杂度**:减少因维护多个独立调度器所带来的额外开销,提高整体系统的稳定性与可靠性。 #### 技术实现要点 为了成功地把这两个组件整合在一起,需要注意以下几个方面: ##### 定义依赖关系 确保在创建任务节点时正确指定了前置条件,即只有当上游的所有子任务都完成后才会触发下游的操作。这可以通过设置合适的依赖属性来达成。 ##### 数据传递机制 考虑到跨进程间通信的需求,建议采用消息队列(如 Kafka)、文件存储服务或者其他形式的消息中间件作为桥梁连接各个阶段之间的输入输出端点。 ##### 错误恢复策略 针对可能出现的各种异常情况制定相应的补救措施,比如自动重试失败批次、记录日志便于排查问题根源等。 ```python from pyflink.dataset import ExecutionEnvironment env = ExecutionEnvironment.get_execution_environment() # Define your source and sink here... ```
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