分布式事件处理引擎（复杂事件处理引擎）

本文目录一览：

• 1、Apache Flink是什么？

• 2、Flink——Exactly-Once

• 3、flink组件擅长什么

• 4、请问大数据开发工具有哪些？

• 5、为什么Flink会成为下一代大数据处理框架的标准

Apache Flink是什么？

Flink其实就是Apache Flink，是一款业内非常火的大数据产品，由Apache软件基金会开发，核心是用Java和Scala编写的分布式流数据流引擎。Apache Flink是个旨在提供‘一站式’ 的分布式开源数据处理框架。

Flink以数据并行和流水线方式执行任意流数据程序，Flink的流水线运行时系统可以执行批处理和流处理程序。

此外，Flink的运行时本身也支持迭代算法的执行。

虽然，spark和storm的计算框架非常成熟，但是Flink仍然占据了一席之地。

主要在于flink在设计event time处理模型上比较优秀：watermark的计算实时性高，输出延迟低，而且接受迟到数据没有spark那么受限。

另外，Flink提供的window programming模型非常的灵活，不但支持spark、storm没有的session window，而且只要实现其提供的WindowAssigner、Trigger、Evictor就能创造出符合自身业务逻辑的window，flink可谓功能非常强大。

Flink——Exactly-Once

Apache Flink是目前市场最受关注的流计算处理引擎，相较于Spark Streaming的依托Spark Core实现的微批处理模型，Flink是一个纯粹的流处理引擎，其基于操作符的连续流模型，可以达到微秒级别的延迟。

Flink实现了流批一体化模式，实现按照事件处理和无序处理两种形式，基于内存计算。强大高效的反压机制和内存管理，基于轻量级分布式快照checkpoint机制，从而自动实现了Exactly-Once一致性语义。

1. 数据源端

支持可靠的数据源(如kafka), 数据可重读

Apache Flink内置FlinkKafkaConsumer010类，不依赖于 kafka 内置的消费组offset管理，在内部自行记录和维护 consumer 的offset。

2. Flink消费端

轻量级快照机制: 一致性checkpoint检查点

Flink采用了一种轻量级快照机制(检查点checkpoint)来保障Exactly-Once的一致性语义。所谓的一致检查点，即在某个时间点上所有任务状态的一份拷贝(快照)。该时间点是所有任务刚好处理完一个相同数据的时间。

间隔时间自动执行分布式一致性检查点(Checkpoints)程序，异步插入barrier检查点分界线，内存状态自动存储为cp进程文件。保证数据Exactly Oncey精确一次处理。

(1) 从source(Input)端开始，JobManager会向每个source(Input)发送检查点barrier消息，启动检查点。在保证所有的source(Input)数据都处理完成后，Flink开始保存具体的一致性检查点checkpoints，并在过程中启用barrier检查点分界线。

(2) 接收数据和barrier消息，两个过程异步进行。在所有的source(Input)数据都处理完成后，开始将自己的检查点(checkpoints)保存到状态后(StateBackend)中，并通知JobManager将Barrier分发到下游

(3) barrier向下游传递时，会进行barrier对齐确认。待barrier都到齐后才进行checkpoints检查点保存。

(4) 重复以上操作，直到整个流程完成。

3. 输出端

与上文Spark的输出端Exactly-Once一致性上实现类似，除了目标源需要满足一定条件以外，Flink内置的二阶段提交机制也变相实现了事务一致性。**支持幂等写入、事务写入机制(二阶段提交) **

这一块和上文Spark的幂写入特性内容一致，即相同Key/ID 更新写入，数据不变。借助支持主键唯一性约束的存储系统，实现幂等性写入数据，此处将不再继续赘述。

Flink在处理完source端数据接收和operator算子计算过程，待过程中所有的checkpoint都完成后，准备发送数据到sink端，此时启动事务。其中存在两种方式： (1) WAL预写日志: 将计算结果先写入到日志缓存(状态后端/WAL)中，等checkpoint确认完成后一次性写入到sink。(2) 二阶段提交: 对于每个checkpoint创建事务，先预提交数据到sink中，然后等所有的checkpoint全部完成后再真正提交请求到sink, 并把状态改为已确认。

整体思想: 为checkpoint创建事务，等到所有的checkpoint全部真正的完成后，才把计算结果写入到sink中。

flink组件擅长什么

Flink是一个框架和分布式处理引擎，用于对无限制和有限制的数据进行有状态的计算。Flink被设计为可在所有常见的集群环境中运行，以内存速度和任何规模执行计算。

Flink擅长处理无边界和有界的数据集。对事件和状态的精确控制使Flink的运行时能够在无限制的流上运行任何类型的应用程序。有界流由专门为固定大小的数据集设计的算法和数据结构在内部进行处理，从而产生出色的性能。

部署Flink应用程序时，Flink会根据应用程序配置的并行性自动识别所需的资源，并向资源管理器请求它们。如果发生故障，Flink会通过请求新资源来替换发生故障的容器。提交或控制应用程序的所有通信均通过REST调用进行。简化了Flink在许多环境中的集成。

Flink旨在运行任何规模的有状态流应用程序。将应用程序并行化可能在集群中分布并同时执行的数千个任务。因此，应用程序几乎可以利用无限数量的CPU，主内存，磁盘和网络IO。并且，Flink易于维护非常大的应用程序状态。它的异步和增量检查点算法可确保对处理延迟的影响降至最低，同时保证一次状态一致性。

请问大数据开发工具有哪些？

你好，目前大数据常用的工具有Apache Hadoop、Apache Spark、Apache Storm、Apache Cassandra、Apache Kafka等等。下面分别介绍一下这几种工具：

Hadoop用于存储过程和分析大数据。Hadoop 是用 Java 编写的。Apache Hadoop 支持并行处理数据，因为它同时在多台机器上工作。它使用集群架构。集群是一组通过 LAN 连接的系统。Apache Hadoop 是大数据行业中最常用的工具之一

Apache Spark可以被认为是 Hadoop 的继承者，因为它克服了它的缺点。Spark 与 Hadoop 不同，它同时支持实时和批处理。它是一个通用的集群系统。它还支持内存计算，比 Hadoop 快 100 倍。这可以通过减少对磁盘的读/写操作次数来实现

Apache Storm 是一个开源的大数据工具，分布式实时和容错处理系统。它有效地处理无限的数据流。通过无界流，我们指的是不断增长的数据，并且有一个开始但没有定义的结束

Apache Cassandra是一个分布式数据库，可提供高可用性和可扩展性，而不会影响性能效率。它是最好的大数据工具之一，可以容纳所有类型的数据集，即结构化、半结构化和非结构化

MongoDB 是一个开源数据分析工具，提供跨平台能力的NoSQL数据库。对于需要快速移动和实时数据来做出决策的企业来说，它堪称典范

Apache Kafka 是一个分布式事件处理或流式处理平台，可为系统提供高吞吐量。它的效率足以每天处理数万亿个事件。它是一个高度可扩展的流媒体平台，还提供了出色的容错能力

当然，除了这些之外，还有一些其他跨平台的工具可供大数据使用。

希望我的回答能帮到你！

为什么Flink会成为下一代大数据处理框架的标准

在当前数据量激增传统的时代，不同的业务场景都有大量的业务数据产生， 对于这些不断产生的数据应该如何进行有效地处理，成为当下大多数公司所面临的问题。

随着雅虎对Hadoop的开源，越来越多的大数据处理技术开始涌入人们的视线，例如目前比较流行大数据处理引擎Apache Spark，基本上已经取代了MapReduce成为当前大数据处理的标准。

但随着数据的不断增长，新技术的不断发展，人们逐渐意识到对实时数据处理的重要性，企业需要能够同时支持高吞吐、低延迟、高性能的流处理技术来处理日益增长的数据。

相对于传统的数据处理模式，流式数据处理则有着更高的处理效率和成本控制。 Apache Flink就是近年来在开源社区发展不断发展的能够支持同时支持高吞吐、低延迟、高性能分布式处理框架。

在2010至2014年间，由柏林工业大学，柏林洪堡大学和哈索普拉特纳研究所联合发起名为“Stratosphere: Information Management on the Cloud”研究项目，该项目在当时的社区逐渐具有一定社区知名度，2014年4月，Stratosphere代码被贡献给Apache 软件基金会，成为Apache基金会孵化器项目。

期初参与该项目的核心成员均来自Stratosphere原来的核心成员，之后团队的大部分创始成员离开学校，共同创办了一家名叫Data Artisans的公司，其主要业务便是将Stratosphere，也就是之后的Flink实现商业化。在项目孵化期间，项目Stratosphere改名为Flink。

Flink在德语中是快速和灵敏的意思，用来体现流式数据处理器的速度快和灵活性强等特点，同时使用棕红色松鼠图案作为Flink项目的Logo，也是主要借助于松鼠灵活快速的特点，由此Flink开始正式地进入社区开发者的视线。

在2014年12月，该项目成为Apache 软件基金会顶级项目，从2015年09月发布第一个稳定版本0.9，到2019年4月已经发布到1.8的版本，更多的社区开发成员也逐步地加入，现在Flink在全球范围内拥有350多位的开发人员， 不断有新的特性被发布。

同时在全球范围内，越来越多的公司开始使用Flink，在国内比较出名的互联网公司如Alibaba，美团，滴滴等，都在大规模的使用Flink作为企业的分布式大数据处理引擎。

Flink在近年来逐步被人们所熟知和使用，其主要原因不仅因为提供同时支持高吞吐、低延迟和exactly-once语义的实时计算能力，同时Flink还提供了基于流式计算引擎处理批量数据的计算能力，真正意义实现了批流统一，同时随着Alibaba对Blink的开源，极大地增强了Flink对批计算领域的支持。

众多优秀的特性，使得Flink成为开源大数据数据处理框架中的一颗新星，随着国内社区不断推动， 越来越多的国内公司开始选择使用Flink作为实时数据处理的技术 ，在将来不久的时间内，Flink也将会成为企业内部主流的数据处理框架，最终成为下一代大数据数据处理框架的标准。

有状态流计算将会随着技术的发展，逐步成为企业作为构建数据平台的架构模式，而这种技术实现的开源方案目前从社区来看，能够满足的就是Apache Flink。 Flink通过实现Google Dataflow流式计算模型实现了高吞吐，低延迟，高性能兼具实时流式计算框架。

同时Flink支持高效容错的状态管理，Flink能够将其状态维护在内存或RockDB数据库中，为了防止状态在计算过程中因为系统异常而出现丢失，Flink周期性的通过分布式快照技术CheckPoints实现状态的持久化维护，使得在系统即使在停机或者异常的情况下都能正确的进行状态恢复，从而保证在任何时间都能计算出正确的结果。

数据架构的演变过程，伴随着技术的不断迭代更新，Flink具有先进的架构理念，以及诸多的优秀特性，以及完善的编程接口，而Flink也在每一次的Release版本中，不断推出新的特性。

例如Queryable State功能的提出，将直接容许用户通过远程的方式直接获取流式计算任务的状态信息，也就是说数据不需要落地数据库就能直接从流式应用中直接查询出，对于实时交互式的查询业务可以直接从Flink的状态中查询最新的结果，当然这个功能目前还属于Beta版本，但是相信在不久的未来，会变得越来越完善，那时Flink将不仅作为实时流式处理的框架，更多的可能会成为一套实时的存储引擎， 会让更多的用户从有状态计算的技术中获取收益。

Flink是一套集高吞吐，低延迟，高性能三者于一身的分布式流式数据处理框架。

非常成熟的计算框架Apache Spark也只能兼顾高吞吐和高性能特性，在Spark Streaming流式计算中无法做到低延迟保障；而Apache Storm只能支持低延迟和高性能特性，但是无法满足高吞吐的要求。而对于满足高吞吐，低延迟，高性能这三个目标对分布式流式计算框架是非常重要的。

在流式计算领域中，窗口计算的地位举足轻重，但目前大多数计算框架窗口计算所采用的都是系统时间（Process Time），也是事件传输到计算框架处理时，系统主机的当前时间，Flink能够支持基于 事件时间 （Event Time）语义的进行窗口计算，就是使用事件产生的时间，这种时间机制使得事件即使无序到达甚至延迟到达，数据流都能够计算出精确的结果，同时保持了事件原本产生时的在时间维度的特点，而不受网络传输或者计算框架的影响。

Flink在1.4版本中实现了状态管理，所谓状态就是在流式计算过程中将算子的中间结果数据的保存在内存或者DB中，等下一个事件进入接着从状态中获取中间结果进行计算，从而无需基于全部的原始数据统计结果，这种做法极大地提升了系统的性能，同时也降低了计算过程的耗时。

对于数据量非常大且逻辑运算非常复杂的流式运算，基于状态的流式计算则显得非常使用。

在流处理应用中，数据是连续不断的，需要通过窗口的方式对流数据进行一定范围的聚合计算，例如统计在过去的1分钟内有多少用户点击了某一网页，在这种情况下，我们必须定义一个窗口，用来收集最近一分钟内的数据，并对这个窗口内的数据再进行计算。

Flink将窗口划分为基于Time、Count、Session，以及Data-driven等类型的窗口操作，窗口能够用灵活的触发条件定制化从而达到对复杂的流传输模式的支持，不同的窗口操作应用能够反馈出真实事件产生的情况，用户可以定义不同的窗口触发机制来满足不同的需求。

Flink能够分布式运行在上千个节点之上，将一个大型计算的流程拆解成小的计算过程，然后将计算过程分布到单台并行节点上进行处理。

在任务执行过程中，能够自动的发现事件处理过程中的错误而导致数据不一致的问题，常见的错误类型例如：节点宕机，或者网路传输问题，或是由于用户因为升级或修复问题而导致计算服务重启等。

在这些情况下，通过基于分布式快照技术的 Checkpoints ，将执行过程中的任务信息进行持久化存储，一旦任务出现异常宕机，Flink能够进行任务的自动恢复，从而确保数据在处理过程中的一致性。

内存管理是每套计算框架需要重点考虑的领域，尤其对于计算量比较大的计算场景，数据在内存中该如何进行管理，针对内存管理这块，Flink实现了自身管理内存的机制，尽可能减少Full GC对系统的影响。

另外通过自定义序列化/反序列化方法将所有的对象转换成二进制在内存中存储，降低数据存储的大小，更加有效的对内存空间进行利用，降低GC所带来的性能下降或者任务停止的风险，同时提升了分布式处理过数据传输的性能。

因此Flink较其他分布式处理的框架则会显得更加稳定，不会因为JVM GC等问题而导致整个应用宕机的问题。

对于7*24小时运行的流式应用，数据源源不断的接入，在一段时间内应用的终止都有可能导致数据的丢失或者计算结果的不准确性，例如进行版本的升级，停机运维操作等，都能导致这种情况发生。

然而值得一提的是Flink通过其Save Points技术能够将任务执行的快照（Snapshot）保存在存储介质上，等待任务重启的时候可以直接从实现保存的Save Points恢复原有的计算状态，使得任务继续按照停机之前的状态继续运行，Save Points技术可以让用户更好的管理和运维实时流式应用。

同时Flink除了上述的特性之外也具有其他非常优秀的特性，可以让用户有更多选择。 Flink具备非常多的优秀特性，这不仅让Flink在社区的知名度越来越高，也吸引了众多的企业参与研发和使用Flink这项技术。

关于作者：张利兵，资深架构师，流式计算领域专家，第四范式华东区AI项目架构师，原明略数据华东区大数据架构师。有多年大数据、流式计算方面的开发经验，对Hadoop、Spark、Flink等大数据计算引擎有着非常深入的理解，积累了丰富的项目实践经验。

推荐语： 从功能、原理、实战和调优4个维度循序渐进讲解利用Flink进行分布式流式应用开发，指导读者从零基础入门到进阶。适读人群：流计算开发工程师、大数据架构工程师、大数据开发工程师、数据挖掘工程师、高校研究生以及高年级本科生。