7、Flink中的状态

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（一般放在本地内存，本地内存读取修改什么的都比较快），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。

像map、filter、flatMap这些算子，来一个输出一个，不依赖于其它的数据，也不依赖于之前的结果，所以它们是无状态的算子。
像window、reduce、聚合等一些操作，需要依赖于之前计算的结果，所以这些算子都属于有状态的算子。

在Flink中，状态始终与特定算子相关联（其实，在map、filter里面可以定义状态），跟特定的任务绑定在一起的，后面发生的任务不能访问到前面任务的状态，因为后面任务可能跟前面任务不在一个taskManager或者slot，如果要访问状态，需要做网络传输，而状态是在内存中的，不可能做网络传输。
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
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

上图中两个Task1属于一个算子的两个并行子任务，它们不在一个slot上，甚至不在一个TaskManager上，所以不能访问别人的状态。
1）算子状态的作用范围限定为算子任务，由同一并行任务（上图上面的一个Task1属于一个并行子任务，下面那个也是一个并行子任务，所以有两个并行子任务）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（一个Task1里所有数据都共享这个状态）。
3）算子状态不能由相同或不同算子的另一个子任务访问（即使上图中的两个Task1是一个算子的两个子任务，也不能互相访问）。
4）只要在同一个分区，不管key相不相同，访问的都是一个状态。

1.1 算子状态数据结构

1）列表状态（List state）
将列表表示为一组数据的列表（在故障恢复之后，可能会发生并行度的调整，如果要进行聚合还好说，如果要拆分就不容易去拆分）
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。

例如有两个并行子任务，每个并行子任务有三个状态，经过故障恢复后要并行度变为3，如果是列表状态，会把第一个子任务的前两个状态分给分区后的1，会把第二个子任务的前两个状态分给分区后的2，会把剩下的状态分给分区后的3；如果是联合列表状态，会把这六个状态给下游全部分发一份，让它们自己挑选状态。
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。

1.2 算子状态案例

需求：定义一个有状态的map操作，统计当前分区数据个数
代码如下：
下面代码可以实现一个有状态的map操作，可以统计当前分区内数据个数，但是如果不做特殊说明，容错的时候不会进行相应的处理，本地变量在内存中，没办法进行恢复，只能重新从0开始count。

    //定义一个有状态的map操作，统计当前分区的数据个数
    mapResult.map(new MapFunction<SensorReading, Integer>() {
   
        //定义一个本地变量作为算子状态
        private Integer count=0;

        @Override
        public Integer map(SensorReading sensorReading) throws Exception {
   
            count++;
            return count;
        }
    })

进行了容错配置的代码（还需要额外实现ListCheckpointed接口）：

    mapResult.map(new MyCountMapper());

	public static class MyCountMapper implements MapFunction<SensorReading,Integer>, ListCheckpointed<Integer>{
   

        //定义一个本地变量作为算子状态
        private Integer count=0;

        @Override
        public Integer map(SensorReading sensorReading) throws Exception {
   
            count++;
            return count;
        }

        //Checkpoint触发时会调用这个方法，我们要实现具体的snapshot逻辑，比如将哪些本地状态持久化
        //对状态做快照，返回一个Integer的List
        @Override
        public List<Integer> snapshotState(long l, long l1) throws Exception {
   
            return Collections.singletonList