前往小程序,Get更优阅读体验!
立即前往
首页
学习
活动
专区
工具
TVP
发布
社区首页 >专栏 >2021年大数据Flink(二十七):Flink 容错机制 Checkpoint

2021年大数据Flink(二十七):Flink 容错机制 Checkpoint

作者头像
Lansonli
发布2021-10-09 17:58:00
9120
发布2021-10-09 17:58:00
举报
文章被收录于专栏:Lansonli技术博客Lansonli技术博客

Flink 容错机制 Checkpoint

State Vs Checkpoint

  • State:

维护/存储的是某一个Operator的运行的状态/历史值,是维护在内存中!

一般指一个具体的Operator的状态(operator的状态表示一些算子在运行的过程中会产生的一些历史结果,如前面的maxBy底层会维护当前的最大值,也就是会维护一个keyedOperator,这个State里面存放就是maxBy这个Operator中的最大值)

State数据默认保存在Java的堆内存中/TaskManage节点的内存中

State可以被记录,在失败的情况下数据还可以恢复

  • Checkpoint:

某一时刻,Flink中所有的Operator的当前State的全局快照,一般存在磁盘上

表示了一个Flink Job在一个特定时刻的一份全局状态快照,即包含了所有Operator的状态

可以理解为Checkpoint是把State数据定时持久化存储了

比如KafkaConsumer算子中维护的Offset状态,当任务重新恢复的时候可以从Checkpoint中获取

  • 注意:

Flink中的Checkpoint底层使用了Chandy-Lamport algorithm分布式快照算法可以保证数据的在分布式环境下的一致性!

分布式快照算法: Chandy-Lamport 算法 - 知乎

Chandy-Lamport algorithm算法的作者也是ZK中Paxos 一致性算法的作者

zookeeper学习系列:四、Paxos算法和zookeeper的关系 - 坚毅的刀刀 - 博客园

Flink中使用Chandy-Lamport algorithm分布式快照算法取得了成功,后续Spark的StructuredStreaming也借鉴了该算法

Checkpoint执行流程

简单流程

  1. Flink的JobManager创建CheckpointCoordinator
  2. Coordinator向所有的SourceOperator发送Barrier栅栏(理解为执行Checkpoint的信号)
  3. SourceOperator接收到Barrier之后,暂停当前的操作(暂停的时间很短,因为后续的写快照是异步的),并制作State快照, 然后将自己的快照保存到指定的介质中(如HDFS), 一切 ok之后向Coordinator汇报并将Barrier发送给下游的其他Operator
  4. 其他的如TransformationOperator接收到Barrier,重复第2步,最后将Barrier发送给Sink
  5. Sink接收到Barrier之后重复第2步
  6. Coordinator接收到所有的Operator的执行ok的汇报结果,认为本次快照执行成功

注意:

1.在往介质(如HDFS)中写入快照数据的时候是异步的(为了提高效率)

2.分布式快照执行时的数据一致性由Chandy-Lamport algorithm分布式快照算法保证!

复杂流程

下图左侧是 Checkpoint Coordinator,是整个 Checkpoint 的发起者,中间是由两个 source,一个 sink 组成的 Flink 作业,最右侧的是持久化存储,在大部分用户场景中对应 HDFS。

1.Checkpoint Coordinator 向所有 source 节点 trigger Checkpoint。

2.source 节点向下游广播 barrier,这个 barrier 就是实现 Chandy-Lamport 分布式快照算法的核心,下游的 task 只有收到所有 input 的 barrier 才会执行相应的 Checkpoint。

3.当 task 完成 state 备份后,会将备份数据的地址(state handle)通知给 Checkpoint coordinator。

4.下游的 sink 节点收集齐上游两个 input 的 barrier 之后,会执行本地快照,(栅栏对齐)

这里还展示了 RocksDB incremental Checkpoint (增量Checkpoint)的流程,首先 RocksDB 会全量刷数据到磁盘上(红色大三角表示),然后 Flink 框架会从中选择没有上传的文件进行持久化备份(紫色小三角)。

5.同样的,sink 节点在完成自己的 Checkpoint 之后,会将 state handle 返回通知 Coordinator。

6.最后,当 Checkpoint coordinator 收集齐所有 task 的 state handle,就认为这一次的 Checkpoint 全局完成了,向持久化存储中再备份一个 Checkpoint meta 文件。

​​​​​​​State状态后端/State存储介质

注意:

前面学习了Checkpoint其实就是Flink中某一时刻,所有的Operator的全局快照,

那么快照应该要有一个地方进行存储,而这个存储的地方叫做状态后端

Flink中的State状态后端有很多种:

MemStateBackend[了解]

第一种是内存存储,即 MemoryStateBackend,构造方法是设置最大的StateSize,选择是否做异步快照,

对于State状态存储在 TaskManager 节点也就是执行节点内存中的,因为内存有容量限制,所以单个 State maxStateSize 默认 5 M,且需要注意 maxStateSize <= akka.framesize 默认 10 M。

对于Checkpoint 存储在 JobManager 内存中,因此总大小不超过 JobManager 的内存。

推荐使用的场景为:本地测试、几乎无状态的作业,比如 ETL、JobManager 不容易挂,或挂掉影响不大的情况。

不推荐在生产场景使用。

FsStateBackend

另一种就是在文件系统上的 FsStateBackend 构建方法是需要传一个文件路径和是否异步快照。

State 依然在 TaskManager 内存中,但不会像 MemoryStateBackend 是 5 M 的设置上限

Checkpoint 存储在外部文件系统(本地或 HDFS),打破了总大小 Jobmanager 内存的限制。

推荐使用的场景为:常规使用状态的作业、例如分钟级窗口聚合或 join、需要开启HA的作业。

如果使用HDFS,则初始化FsStateBackend时,需要传入以 “hdfs://”开头的路径(即: new FsStateBackend("hdfs:///hacluster/checkpoint")),

如果使用本地文件,则需要传入以“file://”开头的路径(即:new FsStateBackend("file:///Data"))。

在分布式情况下,不推荐使用本地文件。因为如果某个算子在节点A上失败,在节点B上恢复,使用本地文件时,在B上无法读取节点 A上的数据,导致状态恢复失败。

RocksDBStateBackend

还有一种存储为 RocksDBStateBackend ,

RocksDB 是一个 key/value 的内存存储系统,和其他的 key/value 一样,先将状态放到内存中,如果内存快满时,则写入到磁盘中,

但需要注意 RocksDB 不支持同步的 Checkpoint,构造方法中没有同步快照这个选项。

不过 RocksDB 支持增量的 Checkpoint,意味着并不需要把所有 sst 文件上传到 Checkpoint 目录,仅需要上传新生成的 sst 文件即可。它的 Checkpoint 存储在外部文件系统(本地或HDFS),

其容量限制只要单个 TaskManager 上 State 总量不超过它的内存+磁盘,单 Key最大 2G,总大小不超过配置的文件系统容量即可。

推荐使用的场景为:超大状态的作业,例如天级窗口聚合、需要开启 HA 的作业、最好是对状态读写性能要求不高的作业。

Checkpoint配置方式

全局配置

修改flink-conf.yaml

#这里可以配置

#jobmanager(即MemoryStateBackend),

#filesystem(即FsStateBackend),

#rocksdb(即RocksDBStateBackend)

state.backend: filesystem

state.checkpoints.dir: hdfs://namenode:8020/flink/checkpoints

​​​​​​​在代码中配置

//1.MemoryStateBackend--开发中不用

    env.setStateBackend(new MemoryStateBackend)

//2.FsStateBackend--开发中可以使用--适合一般状态--秒级/分钟级窗口...

    env.setStateBackend(new FsStateBackend("hdfs路径或测试时的本地路径"))

//3.RocksDBStateBackend--开发中可以使用--适合超大状态--天级窗口...

env.setStateBackend(new RocksDBStateBackend(filebackend, true))

注意:RocksDBStateBackend还需要引入依赖

代码语言:javascript
复制
    <dependency>

       <groupId>org.apache.flink</groupId>

       <artifactId>flink-statebackend-rocksdb_2.11</artifactId>

       <version>1.7.2</version>

    </dependency>

​​​​​​​代码演示

代码语言:javascript
复制
package cn.it.checkpoint;

import org.apache.commons.lang3.SystemUtils;
import org.apache.flink.api.common.functions.FlatMapFunction;
import org.apache.flink.api.common.functions.RichMapFunction;
import org.apache.flink.api.common.serialization.SimpleStringSchema;
import org.apache.flink.api.java.tuple.Tuple2;
import org.apache.flink.runtime.state.filesystem.FsStateBackend;
import org.apache.flink.streaming.api.CheckpointingMode;
import org.apache.flink.streaming.api.datastream.DataStream;
import org.apache.flink.streaming.api.datastream.KeyedStream;
import org.apache.flink.streaming.api.datastream.SingleOutputStreamOperator;
import org.apache.flink.streaming.api.environment.CheckpointConfig;
import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;
import org.apache.flink.streaming.connectors.kafka.FlinkKafkaProducer;
import org.apache.flink.util.Collector;

import java.util.Properties;

/**
 * Author lanson
 * Desc 演示Checkpoint参数设置(也就是Checkpoint执行流程中的步骤0相关的参数设置)
 */
public class CheckpointDemo01 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1.env
        StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
        //===========Checkpoint参数设置====
        //===========类型1:必须参数=============
        //设置Checkpoint的时间间隔为1000ms做一次Checkpoint/其实就是每隔1000ms发一次Barrier!
        env.enableCheckpointing(1000);
        //设置State状态存储介质
        /*if(args.length > 0){
            env.setStateBackend(new FsStateBackend(args[0]));
        }else {
            env.setStateBackend(new FsStateBackend("file:///D:\\data\\ckp"));
        }*/
        if (SystemUtils.IS_OS_WINDOWS) {
            env.setStateBackend(new FsStateBackend("file:///D:\\data\\ckp"));
        } else {
            env.setStateBackend(new FsStateBackend("hdfs://node1:8020/flink-checkpoint/checkpoint"));
        }
        //===========类型2:建议参数===========
        //设置两个Checkpoint 之间最少等待时间,如设置Checkpoint之间最少是要等 500ms(为了避免每隔1000ms做一次Checkpoint的时候,前一次太慢和后一次重叠到一起去了)
        //如:高速公路上,每隔1s关口放行一辆车,但是规定了两车之前的最小车距为500m
        env.getCheckpointConfig().setMinPauseBetweenCheckpoints(500);//默认是0
        //设置如果在做Checkpoint过程中出现错误,是否让整体任务失败:true是  false不是
        //env.getCheckpointConfig().setFailOnCheckpointingErrors(false);//默认是true
        env.getCheckpointConfig().setTolerableCheckpointFailureNumber(10);//默认值为0,表示不容忍任何检查点失败
        //设置是否清理检查点,表示 Cancel 时是否需要保留当前的 Checkpoint,默认 Checkpoint会在作业被Cancel时被删除
        //ExternalizedCheckpointCleanup.DELETE_ON_CANCELLATION:true,当作业被取消时,删除外部的checkpoint(默认值)
        //ExternalizedCheckpointCleanup.RETAIN_ON_CANCELLATION:false,当作业被取消时,保留外部的checkpoint
        env.getCheckpointConfig().enableExternalizedCheckpoints(CheckpointConfig.ExternalizedCheckpointCleanup.RETAIN_ON_CANCELLATION);

        //===========类型3:直接使用默认的即可===============
        //设置checkpoint的执行模式为EXACTLY_ONCE(默认)
        env.getCheckpointConfig().setCheckpointingMode(CheckpointingMode.EXACTLY_ONCE);
        //设置checkpoint的超时时间,如果 Checkpoint在 60s内尚未完成说明该次Checkpoint失败,则丢弃。
        env.getCheckpointConfig().setCheckpointTimeout(60000);//默认10分钟
        //设置同一时间有多少个checkpoint可以同时执行
        env.getCheckpointConfig().setMaxConcurrentCheckpoints(1);//默认为1

        //2.Source
        DataStream<String> linesDS = env.socketTextStream("node1", 9999);

        //3.Transformation
        //3.1切割出每个单词并直接记为1
        DataStream<Tuple2<String, Integer>> wordAndOneDS = linesDS.flatMap(new FlatMapFunction<String, Tuple2<String, Integer>>() {
            @Override
            public void flatMap(String value, Collector<Tuple2<String, Integer>> out) throws Exception {
                //value就是每一行
                String[] words = value.split(" ");
                for (String word : words) {
                    out.collect(Tuple2.of(word, 1));
                }
            }
        });
        //3.2分组
        //注意:批处理的分组是groupBy,流处理的分组是keyBy
        KeyedStream<Tuple2<String, Integer>, String> groupedDS = wordAndOneDS.keyBy(t -> t.f0);
        //3.3聚合
        DataStream<Tuple2<String, Integer>> aggResult = groupedDS.sum(1);

        DataStream<String> result = (SingleOutputStreamOperator<String>) aggResult.map(new RichMapFunction<Tuple2<String, Integer>, String>() {
            @Override
            public String map(Tuple2<String, Integer> value) throws Exception {
                return value.f0 + ":::" + value.f1;
            }
        });

        //4.sink
        result.print();

        Properties props = new Properties();
        props.setProperty("bootstrap.servers", "node1:9092");
        FlinkKafkaProducer<String> kafkaSink = new FlinkKafkaProducer<>("flink_kafka", new SimpleStringSchema(), props);
        result.addSink(kafkaSink);

        //5.execute
        env.execute();

        // /export/server/kafka/bin/kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server node1:9092 --topic flink_kafka
    }
}
本文参与 腾讯云自媒体分享计划,分享自作者个人站点/博客。
原始发表:2021-04-30 ,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

本文分享自 作者个人站点/博客 前往查看

如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

本文参与 腾讯云自媒体分享计划  ,欢迎热爱写作的你一起参与!

评论
登录后参与评论
0 条评论
热度
最新
推荐阅读
目录
  • Flink 容错机制 Checkpoint
    • State Vs Checkpoint
      • Checkpoint执行流程
        • 简单流程
        • 复杂流程
      • ​​​​​​​State状态后端/State存储介质
        • MemStateBackend[了解]
        • FsStateBackend
        • RocksDBStateBackend
      • Checkpoint配置方式
        • 全局配置
        • ​​​​​​​在代码中配置
      • ​​​​​​​代码演示
      相关产品与服务
      对象存储
      对象存储(Cloud Object Storage,COS)是由腾讯云推出的无目录层次结构、无数据格式限制,可容纳海量数据且支持 HTTP/HTTPS 协议访问的分布式存储服务。腾讯云 COS 的存储桶空间无容量上限,无需分区管理,适用于 CDN 数据分发、数据万象处理或大数据计算与分析的数据湖等多种场景。
      领券
      问题归档专栏文章快讯文章归档关键词归档开发者手册归档开发者手册 Section 归档