Exactly Once 语义在 Flink 中的实现笔记（二）｜ 青训营笔记
这是我参与「第四届青训营 -大数据场」笔记创作活动的第5天
三、端到端 Exactly-Once 实现
1. 端到端 Exactly-Once 语义
- Checkpoint能保证每条数据都对各个有状态的算子更新一次，sink 输出算子仍然可能下发重复的数据;
- 严格意义的端到端的Exactly-once语义需要特殊的sink算子实现。
2. 两阶段提交协议 two-phase commit
在多个节点参与执行的分布式系统中，为了协调每个节点都能同时执行或者回滚某个事物性（保证原子性）操作，引入了一个中心节点来统一处理所有节点的执行逻辑，这个中心节点叫做协作者coordinator，被中心节点调度的其他业务节点叫做参与者participant。
- coordinator向participants发送query to commit
- participant prepare/abort 投票yes or no
- coordinator commit/abort 发送commit/rollback
- participant acknowledgement
2.1 预提交阶段
- 协作者向所有参与者发送一个commit信息 prepare
- 每个参与者收到消息后执行事务但不真正提交
- 若事物成功执行完成，发送成功的消息；若失败则发送一个失败的消息 （认同/不允许）
2.2 提交阶段
-
若协作者成功接收到所有参与者vote yes的消息
- 协作者向每个参与者发送commit消息
- 每个收到commit消息的参与者释放执行事务所需的资源，并结束这次事物的执行；
- 完成后参与者发送一个ack给协作者
- 协作者收到所有参与者ack后，标示该事物成功执行
-
若协作者收到vote no或超时
- 协作者向每个参与者发送rollback消息
- 每个收到rollback消息的参与者回滚事务的执行操作，并且释放执行事务所需的资源；
- 完成后参与者发送一个ack给协作者
- 协作者收到所有参与者ack后，标示该事物成功回滚
3. Flink中的2PC Sink
- 协作者：JobManager
- 参与者：Source，Window，DataSink
- 第一阶段：JobManager给Source发送一个checkpoint barrier；Source生成状态快照存储到远端，向JM发送状态（vote yes/no），并向下游发送checkpoint barrier；下游所有算子也做类似步骤；
- 第二阶段：JM收到所有下游算子的状态，通知所有下游算子checkpoint completed；Sink此时才会向下游Kafka提交数据；
4. 总结
- 事务开启：在sink task向下游写数据之前，均会开启一个事务，后续所有写数据的操作均在这个事务中执行，事务未提交前写入的数据下游不可读；
- 预提交阶段：JM开始下发barrier，当各个处理逻辑接收到barrier后停止处理后续数据，对当前状态制作快照，此时sink也不再当前事务下继续处理数据（处理后续需要打开下一个事务）。状态制作成功则向JM发送成功消息，失败则发送失败的消息。
- 提交阶段：若JM收到所有预提交成功的消息，则向所有处理逻辑（包括Sink）发送可以提交此次事务的消息，Sink接收到此消息后则完成此次事务的提交，此时下游可以读到这次事务写入的数据；若JM有收到预提交失败的消息，则通知所有处理逻辑回滚这次事务的操作，此时Sink则丢弃这次事务提交的数据。
四、实践练习例 - 账单计算服务
从Kafka中读取账单信息，进行去重和聚合处理后写入MySQL中。
-
执行步骤
- 在上次记录的位点后从Kafka中读取固定大小的数据
- 对该批数据进行去重和聚合计算
- 处理完成后写入MySQL中，若全部写入成功则记录下当前读取到的消息的终止位置；若处理或写入失败则不记录位点；
- 跳回步骤 1
-
存在的问题
- 非严格意义上的端到端Exactly-Once语义：若该批数据处理完成后在写入MySQL中发生异常，则存在部分数据写入的情况，下次作业启动后这部分数据仍然会重复写入
- 去重能力有限：只能在当前处理的一批数据内进行去重，无法在批与批之间进行去重
-
Flink解决方案优势
- 严格意义上端到端的Exactly-once语义：下游读到的数据不丢不重
- 增强的去重能力：可以在更长的时间维度对数据进行去重 （但不保证唯一性，去重算子保留的状态太多，查找消耗太大）
课程总结
- 数据流可以转换成动态表，动态表也能重新转换成数据流
- 处理无限数据流的算子可以是有状态的
- Flink通过Checkpoint机制实现故障前后的状态快照制作和恢复
- 支持两阶段提交协议的下游存储可以结合Flink Checkpoint机制实现严格意义上端到端的Exactly-Once语义实现
