大数据-127 - Flink State 04篇 状态原理和原理剖析:状态存储 Part2

本文涉及的产品
实时计算 Flink 版,5000CU*H 3个月
云原生大数据计算服务 MaxCompute,5000CU*H 100GB 3个月
云原生大数据计算服务MaxCompute,500CU*H 100GB 3个月
简介: 大数据-127 - Flink State 04篇 状态原理和原理剖析:状态存储 Part2

点一下关注吧!!!非常感谢!!持续更新!!!

目前已经更新到了:

Hadoop(已更完)

HDFS(已更完)

MapReduce(已更完)

Hive(已更完)

Flume(已更完)

Sqoop(已更完)

Zookeeper(已更完)

HBase(已更完)

Redis (已更完)

Kafka(已更完)

Spark(已更完)

Flink(正在更新!)

章节内容

上节我们完成了如下的内容:


Flink 状态存储

MemoryStateBackend

FsStateBackend

RocksDBStateBackend

KeyedState

Operator State

上节进度

上节我们到了:

使用ManageOperatorState

(这里以及后续放到下一篇:大数据-127 Flink)


接下来我们继续上节的内容


使用ManageOperatorState

我们可以通过实现CheckpointedFunction或ListCheckpointed接口来使用 ManagedOperatorState。

CheckpointFunction

CheckpointFunction接口提供了访问 non-keyed state的方法,需要实现如下两个方法:


void snapshotState(FunctionSnapshotContext context) throws Exception;
void initializeState(FunctionInitializationContext context) throws Exception;

进行Checkpoint时会调用snapshotState(),用户自定义函数化时会调用 initializeState(),初始化包括第一次自定义函数初始化和从之前的Checkpoint恢复。因此 initializeState(),不仅是定义不同的状态类型初始化的地方,也需要包括状态恢复的逻辑。

当前,ManagedOperatorState以list的形式存在,这些状态是一个可序列化对象的集合List,彼此独立,方便在改变后进行状态的重新分派,换句话说,这些对象是重新分配non-keyed state的最新粒度,根据状态不同访问方式,有如下几种重新分配的模式:


Event-split redistribution:每个算子都保存一个列表形式的状态集合,整个状态由所有的列表拼接而成,当作业恢复或重新分配的时候,整个状态会按照算子的并发度进行均匀分配。比如说,算子A的并发读为1,包含两个元素element1和element2,当并发增加为2时,element1会被分发到并发0上,element2会被分发到并发1上。

Union redistribution:每个算子保存一个列表形式的状态集合,整个状态由所有列表拼接而成,当作业恢复或重新分配时,每个算子都将获得所有的状态数据。

ListCheckpointed

ListCheckpointed 接口是 CheckpointedFunction的精简版,仅支持 even-split redistribution 的list state,同样需要实现下面两个方法:


List<T> snapshotState(long checkpointId, long timestamp) throws Exception;
void restoreState(List<T> state) throws Exception;


snapshotState()需要返回一个将写入到checkpoint的对象列表,restoreState则需要处理恢复回来的对象列表,如果状态不可切分,则可以在snapshotState()中返回,Collections.singletonList(MY_STATE)。


StateBackend 如何保存

上面我们介绍了三种 StateBackend:


MemoryStateBackend

FsStateBackend

RocksDBStateBackend

在Flink的实际实现中,对于同一种StateBackend,不同的State在运行时会有细分的StateBackend托管,例如:MemoryStateBackend,就有DefaultOperatorStateBackend管理OperatorState,HeapKeyedStateBackend管理KeyedState。


我们看到MemoryStateBackend和FsStateBackend对于KeyedState和OperatorState的存储都符合我们之前的理解,运行时State数据保存于内存,checkpoint的保存位置需要注意下,并不是在RocksDB中,而是通过DefaultOperatorStateBackend保存于TaskManager内存。创建的源码如下:

// RocksDBStateBackend.java
// 创建 keyed statebackend
public <K> AbstractKeyedStateBackend<K> createKeyedStateBackend(...){
    ...
    return new RocksDBKeyedStateBackend<>(
    ...);
}
// 创建 Operator statebackend
public OperatorStateBackend createOperatorStateBackend(
    Environment env, String operatorIdentifier) throws Exception {
        //the default for RocksDB; eventually there can be a operator state
        backend based on RocksDB, too.
        final boolean asyncSnapshots = true;
        return new DefaultOperatorStateBackend(
    ...);
}

源码中也标注了,未来会提供基于RocksDB存储的OperatorState,所以当前即使使用RocksDBStateBackend,OperatorState也会超过内存限制。


Operator State 在内存中对应两种数据结构:

数据结构1:ListState 对应的实际实现类为 PartitionableListState,创建并注册的代码如下:

// DefaultOperatorStateBackend.java
private <S> ListState<S> getListState(...){
    partitionableListState = new PartitionableListState<>(
        new RegisteredOperatorStateBackendMetaInfo<>(
            name,
            partitionStateSerializer,
            mode));
    registeredOperatorStates.put(name, partitionableListState);
}

PartitionableListState中通过ArrayList来保存State数据:

// PartitionableListState.java
/**
* The internal list the holds the elements of the state
*/
private final ArrayList<S> internalList;

数据结构2:BroadcastState 对应的实际实现类为 HeapBroadcastState

创建并注册的代码如下:

public <K, V> BroadcastState<K, V> getBroadcastState(...) {
    broadcastState = new HeapBroadcastState<>(
        new RegisteredBroadcastStateBackendMetaInfo<>(
            name,
            OperatorStateHandle.Mode.BROADCAST,
            broadcastStateKeySerializer,
            broadcastStateValueSerializer));
    registeredBroadcastStates.put(name, broadcastState);
}

HeapBroadcastState中通过HashMap来保存State数据:

/**
* The internal map the holds the elements of the state.
*/
private final Map<K, V> backingMap;
HeapBroadcastState(RegisteredBroadcastStateBackendMetaInfo<K, V> stateMetaInfo) {
    this(stateMetaInfo, new HashMap<>());
}

配置StateBackend

我们知道Flink提供了三个StateBackend,那么如何配置使用某个StateBackend呢?默认的配置在conf/flink-conf.yaml文件中 state.backend 指定,如果没有配置该值,就会使用 MemoryStateBackend,默认的是StateBackend可以被代码中的配置覆盖。


Per-job设置

我们可以通过StreamExecutionEnvironment设置:


StreamExecutionEnvironment env =
StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
env.setStateBackend(new
FsStateBackend("hdfs://namenode:40010/flink/checkpoints"));

如果想使用RocksDBStateBackend,你需要将相关依赖加入你的Flink中:

<dependency>
  <groupId>org.apache.flink</groupId>
  <artifactId>flink-statebackend-rocksdb_2.11</artifactId>
  <version>${flink.version}</version>
  <scope>provided</scope>
</dependency>

默认设置

如果没有在程序中指定,Flink将使用 conf/flink-conf.yaml文件中的 state.backend 指定的 StateBackend,这个值有三种配置:


JobManager(代表 MemoryStateBackend)

FileSystem(代表FsStateBackend)

RocksDB(代表RocksDBStateBackend)

开启Checkpoint

开启CheckPoint后,StateBackend管理的TaskManager上的状态数据才会被定期备份到JobManager或外部存储,这些状态数据在作业失败恢复时会用到。我们可以通过以下代码开启和配置CheckPoint:

StreamExecutionEnvironment env =
StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
//env.getConfig().disableSysoutLogging();
//每 30 秒触发一次 checkpoint,checkpoint 时间应该远小于(该值 + MinPauseBetweenCheckpoints),否则程序会一直做checkpoint,影响数据处理速度
env.enableCheckpointing(30000); // create a checkpoint every 30 seconds
// set mode to exactly-once (this is the default)
// flink 框架内保证 EXACTLY_ONCE
env.getCheckpointConfig().setCheckpointingMode(CheckpointingMode.EXACTLY_ONCE);
// make sure 30 s of progress happen between checkpoints
// 两个 checkpoints之间最少有 30s 间隔(上一个checkpoint完成到下一个checkpoint开始,默认 为0,这里建议设置为非0值)
env.getCheckpointConfig().setMinPauseBetweenCheckpoints(30000);
// checkpoints have to complete within one minute, or are discarded
// checkpoint 超时时间(默认 600 s)
env.getCheckpointConfig().setCheckpointTimeout(600000);
// allow only one checkpoint to be in progress at the same time
// 同时只有一个checkpoint运行(默认)
env.getCheckpointConfig().setMaxConcurrentCheckpoints(1);
// enable externalized checkpoints which are retained after job cancellation
// 取消作业时是否保留 checkpoint (默认不保留)
env.getCheckpointConfig().enableExternalizedCheckpoints(CheckpointConfig.ExternalizedCheckpointCleanup.RETAIN_ON_CANCELLATION);
// checkpoint失败时 task 是否失败( 默认 true, checkpoint失败时,task会失败)
env.getCheckpointConfig().setFailOnCheckpointingErrors(true);
// 对 FsStateBackend 刷出去的文件进行文件压缩,减小 checkpoint 体积
env.getConfig().setUseSnapshotCompression(true);

FsStateBackend 和 RocksDBStateBackend CheckPoint完成后最终保存到下面的目录:

hdfs:///your/checkpoint/path/{JOB_ID}/chk-{CHECKPOINT_ID}/

JOB_ID是应用的唯一ID,CHECK_POINT_ID 是每次 CheckPoint时自增的数字ID,我们可以从备份的CheckPoint数据恢复当时的作业状态。

flink-1x.x/bin/flink run -s hdfs:///your/checkpoint/path/{JOB_ID}/chk-{CHECKPOINT_ID}/ path/to//your/jar

我们可以实现 CheckpointedFunction 方法,在程序初始化的时候修改状态:

public class StatefulProcess extends KeyedProcessFunction<String, KeyValue, KeyValue> implements CheckpointedFunction {
    ValueState<Integer> processedInt;
    @Override
    public void open(Configuration parameters) throws Exception {
        super.open(parameters);
    }
    @Override
    public void processElement(KeyValue keyValue, Context context,
        Collector<KeyValue> collector) throws Exception {
        try{
            Integer a = Integer.parseInt(keyValue.getValue());
            processedInt.update(a);
            collector.collect(keyValue);
        }catch(Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
    @Override
    public void initializeState(FunctionInitializationContext
        functionInitializationContext) throws Exception {
        processedInt = functionInitializationContext.getKeyedStateStore().getState(new ValueStateDescriptor<>("processedInt", Integer.class));
        if(functionInitializationContext.isRestored()){
            //Apply logic to restore the data
        }
    }
    @Override
    public void snapshotState(FunctionSnapshotContext functionSnapshotContext) throws Exception {
        processedInt.clear();
    }
}
```


相关实践学习
基于MaxCompute的热门话题分析
本实验围绕社交用户发布的文章做了详尽的分析,通过分析能得到用户群体年龄分布,性别分布,地理位置分布,以及热门话题的热度。
SaaS 模式云数据仓库必修课
本课程由阿里云开发者社区和阿里云大数据团队共同出品,是SaaS模式云原生数据仓库领导者MaxCompute核心课程。本课程由阿里云资深产品和技术专家们从概念到方法,从场景到实践,体系化的将阿里巴巴飞天大数据平台10多年的经过验证的方法与实践深入浅出的讲给开发者们。帮助大数据开发者快速了解并掌握SaaS模式的云原生的数据仓库,助力开发者学习了解先进的技术栈,并能在实际业务中敏捷的进行大数据分析,赋能企业业务。 通过本课程可以了解SaaS模式云原生数据仓库领导者MaxCompute核心功能及典型适用场景,可应用MaxCompute实现数仓搭建,快速进行大数据分析。适合大数据工程师、大数据分析师 大量数据需要处理、存储和管理,需要搭建数据仓库?学它! 没有足够人员和经验来运维大数据平台,不想自建IDC买机器,需要免运维的大数据平台?会SQL就等于会大数据?学它! 想知道大数据用得对不对,想用更少的钱得到持续演进的数仓能力?获得极致弹性的计算资源和更好的性能,以及持续保护数据安全的生产环境?学它! 想要获得灵活的分析能力,快速洞察数据规律特征?想要兼得数据湖的灵活性与数据仓库的成长性?学它! 出品人:阿里云大数据产品及研发团队专家 产品 MaxCompute 官网 https://www.aliyun.com/product/odps&nbsp;
目录
相关文章
|
7天前
|
分布式计算 大数据 Apache
ClickHouse与大数据生态集成:Spark & Flink 实战
【10月更文挑战第26天】在当今这个数据爆炸的时代,能够高效地处理和分析海量数据成为了企业和组织提升竞争力的关键。作为一款高性能的列式数据库系统,ClickHouse 在大数据分析领域展现出了卓越的能力。然而,为了充分利用ClickHouse的优势,将其与现有的大数据处理框架(如Apache Spark和Apache Flink)进行集成变得尤为重要。本文将从我个人的角度出发,探讨如何通过这些技术的结合,实现对大规模数据的实时处理和分析。
31 2
ClickHouse与大数据生态集成:Spark & Flink 实战
|
29天前
|
分布式计算 监控 大数据
大数据-131 - Flink CEP 案例:检测交易活跃用户、超时未交付
大数据-131 - Flink CEP 案例:检测交易活跃用户、超时未交付
63 0
|
8天前
|
分布式计算 大数据 OLAP
AnalyticDB与大数据生态集成:Spark & Flink
【10月更文挑战第25天】在大数据时代,实时数据处理和分析变得越来越重要。AnalyticDB(ADB)是阿里云推出的一款完全托管的实时数据仓库服务,支持PB级数据的实时分析。为了充分发挥AnalyticDB的潜力,将其与大数据处理工具如Apache Spark和Apache Flink集成是非常必要的。本文将从我个人的角度出发,分享如何将AnalyticDB与Spark和Flink集成,构建端到端的大数据处理流水线,实现数据的实时分析和处理。
37 1
|
29天前
|
分布式计算 监控 大数据
大数据-148 Apache Kudu 从 Flink 下沉数据到 Kudu
大数据-148 Apache Kudu 从 Flink 下沉数据到 Kudu
52 1
|
27天前
|
消息中间件 分布式计算 Kafka
大数据平台的毕业设计02:Spark与实时计算
大数据平台的毕业设计02:Spark与实时计算
|
28天前
|
SQL 运维 大数据
大数据实时计算产品的对比测评
在使用多种Flink实时计算产品后,我发现Flink凭借其流批一体的优势,在实时数据处理领域表现出色。它不仅支持复杂的窗口机制与事件时间处理,还具备高效的数据吞吐能力和精准的状态管理,确保数据处理既快又准。此外,Flink提供了多样化的编程接口和运维工具,简化了开发流程,但在界面友好度上还有提升空间。针对企业级应用,Flink展现了高可用性和安全性,不过价格因素可能影响小型企业的采纳决策。未来可进一步优化文档和自动化调优工具,以提升用户体验。
109 0
|
29天前
|
存储 算法 NoSQL
大数据-138 - ClickHouse 集群 表引擎详解3 - MergeTree 存储结构 数据标记 分区 索引 标记 压缩协同
大数据-138 - ClickHouse 集群 表引擎详解3 - MergeTree 存储结构 数据标记 分区 索引 标记 压缩协同
31 0
|
29天前
|
存储 消息中间件 分布式计算
大数据-137 - ClickHouse 集群 表引擎详解2 - MergeTree 存储结构 一级索引 跳数索引
大数据-137 - ClickHouse 集群 表引擎详解2 - MergeTree 存储结构 一级索引 跳数索引
29 0
|
29天前
|
SQL 大数据 API
大数据-132 - Flink SQL 基本介绍 与 HelloWorld案例
大数据-132 - Flink SQL 基本介绍 与 HelloWorld案例
41 0
|
2月前
|
运维 数据处理 数据安全/隐私保护
阿里云实时计算Flink版测评报告
该测评报告详细介绍了阿里云实时计算Flink版在用户行为分析与标签画像中的应用实践,展示了其毫秒级的数据处理能力和高效的开发流程。报告还全面评测了该服务在稳定性、性能、开发运维及安全性方面的卓越表现,并对比自建Flink集群的优势。最后,报告评估了其成本效益,强调了其灵活扩展性和高投资回报率,适合各类实时数据处理需求。