Flink State backend状态后端

本文介绍了Flink状态后端的演变,从v1.12到v1.14,MemoryStateBackend、FsStateBackend、RocksDBStateBackend被弃用,新版本引入HashMapStateBackend和EmbeddedRocksDBStateBackend。检查点作为有状态流应用的关键,用于数据恢复。状态后端分为HashMap和RocksDB两类,前者将状态保留在内存,适合小状态,后者利用RocksDB提供磁盘存储,适合大状态。选择状态后端需权衡处理性能和应用扩展性。

概述

Flink在v1.12到v1.14的改进当中,其状态后端也发生了变化。老版本的状态后端有三个,分别是MemoryStateBackend、FsStateBackend、RocksDBStateBackend,在flink1.14中,这些状态已经被废弃了,新版本的状态后端是 HashMapStateBackend、EmbeddedRocksDBStateBackend。

1、检查点

有状态流应用中的检查点(checkpoint),其实就是所有任务的状态在某个时间点的一个快照(一份拷贝)。简单来讲,就是一次 存盘,让我们之前处理数据的进度不要丢掉。在一个流应用程序运行时,Flink会定期保存检查点,在检查点中会记录每个算子的id和状态,如果发生故障,Flink就会用最近一次成功保存的检查点来恢复应用的状态,重新启动处理流程,就如同 读档 一样。

2、状态后端

在 Flink 中,状态的存储、访问以及维护,都是由一个可插拔的组件决定的,这个组件就叫作状态后端(state backend)。状态后端主要负责两件事:一是本地的状态管理,二是将检查点(checkpoint)写入远程的持久化存储。

2.1、状态后端的分类

Flink 中提供了两类不同的状态后端,一种是“哈希表状态后端”(HashMapStateBackend),另一种是“内嵌 RocksDB  状态后端”(EmbeddedRocksDBStateBackend)。如果没有特别配置,系统默认的状态后端是HashMapStateBackend。

  • 哈希表状态后端(HashMapStateBackend)

    HashMapStateBackend 是将本地状态全部放入内存的,这样可以获得最快的读写速度,使计算性能达到最佳;代价则是内存的占用。它适用于具有大状态、长窗口、大键值状态的作业, 对所有高可用性设置也是有效的。

    对于检查点的保存,一般是放在持久化的分布式文件系统(file system)中,也可以通过配置“检查点存储”(CheckpointStorage)来另外指定。 

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### 在 Flink 中设置 RocksDB 作为状态后端的配置方法 在 Apache Flink 中,RocksDB 是一种常用的状态后端,适用于需要将大量状态数据存储到磁盘上的场景。以下是详细的配置说明和注意事项。 #### 配置 RocksDB 状态后端的方法 为了使 Flink 使用 RocksDB 作为状态后端,需执行以下操作: 1. **引入依赖项** 如果使用 Maven 构建项目,则需要在项目的 `pom.xml` 文件中添加以下依赖项: ```xml <dependency> <groupId>org.apache.flink</groupId> <artifactId>flink-statebackend-rocksdb_2.12</artifactId> <version>{FLINK_VERSION}</version> </dependency> ``` 这里 `{FLINK_VERSION}` 应替换为所使用的 Flink 版本号[^1]。 2. **配置 State Backend** 在 Flink 的配置文件 (`flink-conf.yaml`) 或程序代码中,可以通过以下方式设置 RocksDB 作为状态后端: - **通过配置文件** 编辑 `flink-conf.yaml` 文件,添加或修改以下属性: ```yaml state.backend: rocksdb state.checkpoints.dir: hdfs://namenode:8020/flink/checkpoints state.savepoints.dir: hdfs://namenode:8020/flink/savepoints state.backend.rocksdb.localdir: /data1/flink/rocksdb,/data2/flink/rocksdb,... ``` 上述配置指定了状态后端为 RocksDB,并设置了检查点和保存点的存储路径。同时,还通过 `state.backend.rocksdb.localdir` 参数指定了 RocksDB 数据的本地存储目录,允许多个目录以减少 I/O 压力[^4]。 - **通过编程方式** 在 Java 或 Scala 程序中动态设置 RocksDB 状态后端: ```java import org.apache.flink.contrib.streaming.state.RocksDBStateBackend; import org.apache.flink.runtime.state.StateBackend; public class FlinkJob { public static void main(String[] args) throws Exception { StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment(); // 创建并配置 RocksDBStateBackend String checkpointPath = "hdfs://namenode:8020/flink/checkpoints"; RocksDBStateBackend backend = new RocksDBStateBackend(checkpointPath, true); // 将 RocksDBStateBackend 设置为全局状态后端 env.setStateBackend(backend); // 执行作业逻辑... env.execute("Flink Job with RocksDB"); } } ``` 3. **优化 RocksDB 性能** 当使用 RocksDB 作为状态后端时,可能需要对其进行额外的调优以提高性能。例如: - **调整列族数量**:默认情况下,每个键组 (KeyGroup) 对应一个 RocksDB 列族。如果 KeyGroups 数量较多,可能导致过多的列族影响性能。可通过合理规划分区策略来缓解此问题[^5]。 - **将 Timer Service 放入 Heap**:由于 RocksDB 默认会将定时器存放在其中,频繁访问会导致性能下降。可将其移至堆内存中以提升效率: ```properties state.backend.rocksdb.timer-service.factory: heap ``` 此配置表示将定时器服务切换到基于堆的实现[^3]。 #### 注意事项 - **序列化开销**:相比于内置的 In-Memory 状态后端,RocksDB 需要对每一笔读写操作进行序列化和反序列化处理,因此存在一定的性能损耗[^5]。 - **资源分配**:建议为 TaskManager 提供足够的磁盘空间和带宽,尤其是在高吞吐量的应用场景下。 - **多目录支持**:利用 `state.backend.rocksdb.localdir` 参数指定多个本地目录可以帮助分散 I/O 负载,从而改善整体性能[^4]。 ---
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