Flink核心是一个流式的数据流执行引擎,其针对数据流的分布式计算提供了数据分布、数据通信以及容错机制等功能
Flink提供了诸多更高抽象层的API以便用户编写分布式任务:
DataSet API, 对静态数据进行批处理操作,将静态数据抽象成分布式的数据集,用户可以方便地使用Flink提供的各种操作符对分布式数据集进行处理,支持Java、Scala和Python。 DataStream API,对数据流进行流处理操作,将流式的数据抽象成分布式的数据流,用户可以方便地对分布式数据流进行各种操作,支持Java和Scala。
Table API,对结构化数据进行查询操作,将结构化数据抽象成关系表,并通过类SQL的DSL对关系表进行各种查询操作,支持Java和Scala。
对于一个流处理系统,其节点间数据传输的标准模型是:当一条数据被处理完成后,序列化到缓存中,然后立刻通过网络传输到下一个节点,由下一个节点继续处理
而对于一个批处理系统,其节点间数据传输的标准模型是:当一条数据被处理完成后,序列化到缓存中,并不会立刻通过网络传输到下一个节点,当缓存写满,就持久化到本地硬盘上,当所有数据都被处理完成后,才开始将处理后的数据通过网络传输到下一个节点。
这两种数据传输模式是两个极端,对应的是流处理系统对低延迟的要求和批处理系统对高吞吐量的要求
Flink的执行引擎同时支持了这两种数据传输模型,Flink以固定的缓存块为单位进行网络数据传输,用户可以通过缓存块超时值指定缓存块的传输时机,超时值为0,则是流处理系统的标准模型，此时可以获得最低的处理延迟，缓存块的超时值为无限大，则Flink的数据传输方式类似上文所提到批处理系统的标准模型。
缓存块的超时阈值越小，则流处理数据的延迟越低，但吞吐量也会变低。根据超时阈值来灵活权衡系统延迟和吞吐量。Flink基于分布式快照与可部分重发的数据源实现了容错。
用户可自定义对整个Job进行快照的时间间隔,当任务失败时,Flink会将整个Job恢复到最近一次快照,并从数据源重发快照之后的数据。
按照用户自定义的快照间隔时间，flink会定时在数据源中插入快照标记的消息，快照消息和普通消息都在DAG中流动，但不会被用户定义的逻辑所处理，每一个快照消息都将其所在的数据流分成2部分：本次快照数据和下次快照数据。当操作符处理到快照标记消息，对自己的状态进行快照标记并缓存。操作符对自己的快照和状态可以是异步，增量操作，并不阻塞消息处理。当所有的终点操作符都收到快照标记信息并对自己的状态快照和存储后，整个分布式快照就完成了。同时通知数据源释放该快照标记消息之前的所有消息。若之后的节点崩溃等异常，就可以恢复分布式快照状态。并从数据源重发该快照以后的消息。
flink基于分布式快照实现了一次性。
目前大部分流处理系统来说,时间窗口一般是根据Task所在节点的本地时钟进行切分,
是可能无法满足某些应用需求,比如:
消息本身带有时间戳,用户希望按照消息本身的时间特性进行分段处理。
由于不同节点的时钟可能不同,以及消息在流经各个节点的延迟不同,在某个节点属于同一个时间窗口处理的消息,流到下一个节点时可能被切分到不同的时间窗口中,从而产生不符合预期的结果
Flink支持3种类型的时间窗口：
1.Operator Time。根据Task所在节点的本地时钟来切分的时间窗口
2.Event Time。消息自带时间戳,根据消息的时间戳进行处理,确保时间戳在同一个时间窗口的所有消息一定会被正确处理。由于消息可能乱序流入Task,所以Task需要缓存当前时间窗口消息处理的状态,直到确认属于该时间窗口的所有消息都被处理,才可以释放,如果乱序的消息延迟很高会影响分布式系统的吞吐量和延迟。
3.ingress Time。有时消息本身并不带有时间戳信息,但用户依然希望按照消息而不是节点时钟划分时间窗口,例如避免上面提到的第二个问题,此时可以在消息源流入Flink流处理系统时自动生成增量的时间戳赋予消息,之后处理的流程与Event Time相同。Ingress Time可以看成是Event Time的一个特例,由于其在消息源处时间戳一定是有序的,所以在流处理系统中,相对于Event Time,其乱序的消息延迟不会很高,因此对Flink分布式系统的吞吐量和延迟的影响也会更小。
当操作符通过基于Event Time的时间窗口来处理数据时,它必须在确定所有属于该时间窗口的消息全部流入此操作符后才能开始数据处理。但是由于消息可能是乱序的,所以操作符无法直接确认何时所有属于该时间窗口的消息全部流入此操作符。WaterMark包含一个时间戳,Flink使用WaterMark标记所有小于该时间戳的消息都已流入