阿龙学堂-Flink简介
1. Flink的引入
这几年大数据的飞速发展，出现了很多热门的开源社区，其中著名的有 Hadoop、Storm，以及后来的 Spark，他们都有着各自专注的应用场景。Spark 掀开了内存计算的先河，也以内存为赌注，赢得了内存计算的飞速发展。Spark 的火热或多或少的掩盖了其他分布式计算的系统身影。就像 Flink，也就在这个时候默默的发展着。
在国外一些社区，有很多人将大数据的计算引擎分成了 4 代，当然，也有很多人不会认同。我们先姑且这么认为和讨论。
首先第一代的计算引擎，无疑就是 Hadoop 承载的 MapReduce。这里大家应该都不会对 MapReduce 陌生，它将计算分为两个阶段，分别为 Map 和 Reduce。对于上层应用来说，就不得不想方设法去拆分算法，甚至于不得不在上层应用实现多个 Job 的串联，以完成一个完整的算法，例如迭代计算。
由于这样的弊端，催生了支持 DAG 框架的产生。因此，支持 DAG 的框架被划分为第二代计算引擎。如 Tez 以及更上层的 Oozie。这里我们不去细究各种 DAG 实现之间的区别，不过对于当时的 Tez 和 Oozie 来说，大多还是批处理的任务。
接下来就是以 Spark 为代表的第三代的计算引擎。第三代计算引擎的特点主要是 Job 内部的 DAG 支持（不跨越Job），以及强调的实时计算。在这里，很多人也会认为第三代计算引擎也能够很好的运行批处理的 Job。
随着第三代计算引擎的出现，促进了上层应用快速发展，例如各种迭代计算的性能以及对流计算和 SQL 等的支持。Flink 的诞生就被归在了第四代。这应该主要表现在 Flink 对流计算的支持，以及更一步的实时性上面。当然Flink 也可以支持 Batch 的任务，以及 DAG 的运算。
首先，我们可以通过下面的性能测试初步了解两个框架的性能区别，它们都可以基于内存计算框架进行实时计算，所以都拥有非常好的计算性能。经过测试，Flink计算性能上略好。
测试环境：
1.CPU：7000个；
2.内存：单机128GB；
3.版本：Hadoop 2.3.0，Spark 1.4，Flink 0.9
4.数据：800MB，8GB，8TB；
5.算法：K-means：以空间中K个点为中心进行聚类，对最靠近它们的对象归类。通过迭代的方法，逐次更新各聚类中心的值，直至得到最好的聚类结果。
6.迭代：K=10，3组数据
迭代次数（纵坐标是秒，横坐标是次数）
Spark和Flink全部都运行在Hadoop YARN上，性能为Flink > Spark > Hadoop(MR)，迭代次数越多越明显，性能上，Flink优于Spark和Hadoop最主要的原因是Flink支持增量迭代，具有对迭代自动优化的功能。
2. Flink简介
很多人可能都是在 2015 年才听到 Flink 这个词，其实早在 2008 年，Flink 的前身已经是柏林理工大学一个研究性项目， 在 2014 被 Apache 孵化器所接受，然后迅速地成为了 ASF（Apache Software Foundation）的顶级项目之一。Flink 的最新版本目前已经更新到了 0.10.0 了，在很多人感慨 Spark 的快速发展的同时，或许我们也该为 Flink的发展速度点个赞。
Flink 是一个针对流数据和批数据的分布式处理引擎。它主要是由 Java 代码实现。目前主要还是依靠开源社区的贡献而发展。对 Flink 而言，其所要处理的主要场景就是流数据，批数据只是流数据的一个极限特例而已。再换句话说，Flink 会把所有任务当成流来处理，这也是其最大的特点。
Flink 可以支持本地的快速迭代，以及一些环形的迭代任务。并且 Flink 可以定制化内存管理。在这点，如果要对比 Flink 和 Spark 的话，Flink 并没有将内存完全交给应用层。这也是为什么 Spark 相对于 Flink，更容易出现 OOM的原因（out of memory）。就框架本身与应用场景来说，Flink 更相似与 Storm。如果之前了解过 Storm 或者Flume 的读者，可能会更容易理解 Flink 的架构和很多概念。下面让我们先来看下 Flink 的架构图。
我们可以了解到 Flink 几个最基础的概念，Client、JobManager 和 TaskManager。Client 用来提交任务给JobManager，JobManager 分发任务给 TaskManager 去执行，然后 TaskManager 会心跳的汇报任务状态。看到这里，有的人应该已经有种回到 Hadoop 一代的错觉。确实，从架构图去看，JobManager 很像当年的 JobTracker，TaskManager 也很像当年的 TaskTracker。然而有一个最重要的区别就是 TaskManager 之间是是流（Stream）。其次，Hadoop 一代中，只有 Map 和 Reduce 之间的 Shuffle，而对 Flink 而言，可能是很多级，并且在 TaskManager内部和 TaskManager 之间都会有数据传递，而不像 Hadoop，是固定的 Map 到 Reduce。
3. 技术的特点（可选）
关于Flink所支持的特性，我这里只是通过分类的方式简单做一下梳理，涉及到具体的一些概念及其原理会在后面的部分做详细说明。
3.1. 流处理特性
支持高吞吐、低延迟、高性能的流处理
支持带有事件时间的窗口（Window）操作
支持有状态计算的Exactly-once语义
支持高度灵活的窗口（Window）操作，支持基于time、count、session，以及data-driven的窗口操作
支持具有Backpressure功能的持续流模型
支持基于轻量级分布式快照（Snapshot）实现的容错
一个运行时同时支持Batch on Streaming处理和Streaming处理
Flink在JVM内部实现了自己的内存管理
支持迭代计算
支持程序自动优化：避免特定情况下Shuffle、排序等昂贵操作，中间结果有必要进行缓存
3.2. API支持
对Streaming数据类应用，提供DataStream API
对批处理类应用，提供DataSet API（支持Java/Scala）
3.3. Libraries支持
支持机器学习（FlinkML）
支持图分析（Gelly）
支持关系数据处理（Table）
支持复杂事件处理（CEP）
3.4. 整合支持
支持Flink on YARN
支持HDFS
支持来自Kafka的输入数据
支持Apache HBase
支持Hadoop程序
支持Tachyon
支持ElasticSearch
支持RabbitMQ
支持Apache Storm
支持S3
支持XtreemFS
3.5. Flink生态圈
一个计算框架要有长远的发展，必须打造一个完整的 Stack。不然就跟纸上谈兵一样，没有任何意义。只有上层有了具体的应用，并能很好的发挥计算框架本身的优势，那么这个计算框架才能吸引更多的资源，才会更快的进步。所以 Flink 也在努力构建自己的 Stack。
Flink 首先支持了 Scala 和 Java 的 API，Python 也正在测试中。Flink 通过 Gelly 支持了图操作，还有机器学习的FlinkML。Table 是一种接口化的 SQL 支持，也就是 API 支持，而不是文本化的 SQL 解析和执行。对于完整的 Stack我们可以参考下图。
Flink 为了更广泛的支持大数据的生态圈，其下也实现了很多 Connector 的子项目。最熟悉的，当然就是与Hadoop HDFS 集成。其次，Flink 也宣布支持了 Tachyon、S3 以及 MapRFS。不过对于 Tachyon 以及 S3 的支持，都是通过 Hadoop HDFS 这层包装实现的，也就是说要使用 Tachyon 和 S3，就必须有 Hadoop，而且要更改 Hadoop的配置（core-site.xml）。如果浏览 Flink 的代码目录，我们就会看到更多 Connector 项目，例如 Flume 和 Kafka。
4. 安装
Flink 有三种部署模式，分别是 Local、Standalone Cluster 和 Yarn Cluster。
4.1. Local模式
对于 Local 模式来说，JobManager 和 TaskManager 会公用一个 JVM 来完成 Workload。如果要验证一个简单的应用，Local 模式是最方便的。实际应用中大多使用 Standalone 或者 Yarn Cluster，而local模式只是将安装包解压启动（./bin/start-local.sh）即可，在这里不在演示。
4.2. Standalone 模式
4.2.1. 下载
安装包下载地址：http://flink.apache.org/downloads.html
快速入门教程地址：
https://ci.apache.org/projects/flink/flink-docs-release-1.3/quickstart/setup_quickstart.html
4.2.2. 上传安装包到linux系统
使用rz命令
4.2.3. 解压
tar –zxvf flink-1.3.2-bin-hadoop26-scala_2.10.tgz4.2.4. 重命名
mv flink-1.3.2 flink4.2.5. 修改环境变量
切换到root用户配置
export FLINK_HOME=/home/hadoop/flink
export PATH=$PATH:$FLINK_HOME/bin配置结束后切换会普通用户
source /etc/profile4.2.6. 修改配置文件
修改flink/conf/masters
master1:8081修改flink/conf/slaves
master1ha
master2
master2ha修改flink/conf/flink-conf.yaml
taskmanager.numberOfTaskSlots: 2
jobmanager.rpc.address: master14.2.7. 启动flink
/home/Hadoop/flink/bin/start-cluster.sh 
4.2.8. Flink 的 Rest API
Flink 和其他大多开源的框架一样，提供了很多有用的 Rest API。不过 Flink 的 RestAPI，目前还不是很强大，只能支持一些 Monitor 的功能。Flink Dashboard 本身也是通过其 Rest 来查询各项的结果数据。在 Flink RestAPI 基础上，可以比较容易的将 Flink 的 Monitor 功能和其他第三方工具相集成，这也是其设计的初衷。
在 Flink 的进程中，是由 JobManager 来提供 Rest API 的服务。因此在调用 Rest 之前，要确定 JobManager 是否处于正常的状态。正常情况下，在发送一个 Rest 请求给 JobManager 之后，Client 就会收到一个 JSON 格式的返回结果。由于目前 Rest 提供的功能还不多，需要增强这块功能的读者可以在子项目 flink-runtime-web 中找到对应的代码。其中最关键一个类 WebRuntimeMonitor，就是用来对所有的 Rest 请求做分流的，如果需要添加一个新类型的请求，就需要在这里增加对应的处理代码。下面我例举几个常用 Rest API。
1.查询 Flink 集群的基本信息: /overview。示例命令行格式以及返回结果如下：
$ curl http://localhost:8081/overview
{"taskmanagers":1,"slots-total":16,
"slots-available":16,"jobs-running":0,"jobs-finished":0,"jobs-cancelled":0,"jobs-failed":0}2.查询当前 Flink 集群中的 Job 信息：/jobs。示例命令行格式以及返回结果如下：
$ curl http://localhost:8081/jobs
{"jobs-running":[],"jobs-finished":
["f91d4dd4fdf99313d849c9c4d29f8977"],"jobs-cancelled":[],"jobs-failed":[]}3.查询一个指定的 Job 信息: /jobs/jobid。这个查询的结果会返回特别多的详细的内容，这是我在浏览器中进行的测试，如下图：
想要了解更多 Rest 请求内容的读者，可以去 Apache Flink 的页面中查找。
4.2.9. 运行测试任务
./bin/flink run -m master1:8082 ./examples/batch/WordCount.jar --input hdfs://master1:9000/words.txt --output hdfs://master1:9000/clinkout 
4.3. Flink 的 HA
首先，我们需要知道 Flink 有两种部署的模式，分别是 Standalone 以及 Yarn Cluster 模式。对于 Standalone 来说，Flink 必须依赖于 Zookeeper 来实现 JobManager 的 HA（Zookeeper 已经成为了大部分开源框架 HA 必不可少的模块）。在 Zookeeper 的帮助下，一个 Standalone 的 Flink 集群会同时有多个活着的 JobManager，其中只有一个处于工作状态，其他处于 Standby 状态。当工作中的 JobManager 失去连接后（如宕机或 Crash），Zookeeper 会从Standby 中选举新的 JobManager 来接管 Flink 集群。
对于 Yarn Cluaster 模式来说，Flink 就要依靠 Yarn 本身来对 JobManager 做 HA 了。其实这里完全是 Yarn 的机制。对于 Yarn Cluster 模式来说，JobManager 和 TaskManager 都是被 Yarn 启动在 Yarn 的 Container 中。此时的JobManager，其实应该称之为 Flink Application Master。也就说它的故障恢复，就完全依靠着 Yarn 中的ResourceManager（和 MapReduce 的 AppMaster 一样）。由于完全依赖了 Yarn，因此不同版本的 Yarn 可能会有细微的差异。这里不再做深究。
4.3.1. 修改配置文件
修改flink-conf.yaml
state.backend: filesystem
state.backend.fs.checkpointdir: hdfs://master1:9000/flink-checkpoints
high-availability: zookeeper
high-availability.storageDir: hdfs://master1:9000/flink/ha/
high-availability.zookeeper.quorum: master1ha:2181,master2:2181,master2ha:2181
high-availability.zookeeper.client.acl: open修改conf
server.1=master1ha:2888:3888
server.2=master2:2888:3888
server.3=master2ha:2888:3888修改masters
master1:8082
master1ha:8082修改slaves
master1ha
master2
master2ha4.3.2. 启动
/home/Hadoop/flink/bin/start-cluster.sh 
4.4. Yarn Cluster 模式
4.4.1. 引入
在一个企业中，为了最大化的利用集群资源，一般都会在一个集群中同时运行多种类型的 Workload。因此 Flink也支持在 Yarn 上面运行。首先，让我们通过下图了解下 Yarn 和 Flink 的关系。
在图中可以看出，Flink 与 Yarn 的关系与 MapReduce 和 Yarn 的关系是一样的。Flink 通过 Yarn 的接口实现了自己的 App Master。当在 Yarn 中部署了 Flink，Yarn 就会用自己的 Container 来启动 Flink 的 JobManager（也就是App Master）和 TaskManager。
4.4.2. 修改环境变量
export HADOOP_CONF_DIR= /home/hadoop/hadoop/etc/hadoop4.4.3. 部署启动
yarn-session.sh -d -s 2 -tm 800 -n 2上面的命令的意思是，同时向Yarn申请3个container，其中 2 个 Container 启动 TaskManager（-n 2），每个TaskManager 拥有两个 Task Slot（-s 2），并且向每个 TaskManager 的 Container 申请 800M 的内存，以及一个ApplicationMaster（Job Manager）。
Flink部署到Yarn Cluster后，会显示Job Manager的连接细节信息。
Flink on Yarn会覆盖下面几个参数，如果不希望改变配置文件中的参数，可以动态的通过-D选项指定，如
-Dfs.overwrite-files=true -Dtaskmanager.network.numberOfBuffers=16368jobmanager.rpc.address：因为JobManager会经常分配到不同的机器上
taskmanager.tmp.dirs：使用Yarn提供的tmp目录
parallelism.default：如果有指定slot个数的情况下
yarn-session.sh会挂起进程，所以可以通过在终端使用CTRL+C或输入stop停止yarn-session。如果不希望Flink Yarn client长期运行，Flink提供了一种detached YARN session，启动时候加上参数-d或—detached
在上面的命令成功后，我们就可以在 Yarn Application 页面看到 Flink 的纪录。如下图。
如果在虚拟机中测试，可能会遇到错误。这里需要注意内存的大小，Flink 向 Yarn 会申请多个 Container，但是Yarn 的配置可能限制了 Container 所能申请的内存大小，甚至 Yarn 本身所管理的内存就很小。这样很可能无法正常启动 TaskManager，尤其当指定多个 TaskManager 的时候。因此，在启动 Flink 之后，需要去 Flink 的页面中检查下 Flink 的状态。这里可以从 RM 的页面中，直接跳转（点击 Tracking UI）。这时候 Flink 的页面如图
yarn-session.sh启动命令参数如下：
Usage:
Required
-n,--container Number of YARN container to allocate (=Number of Task Managers)
Optional
-D Dynamic properties
-d,--detached Start detached
-jm,--jobManagerMemory Memory for JobManager Container [in MB]
-nm,--name Set a custom name for the application on YARN
-q,--query Display available YARN resources (memory, cores)
-qu,--queue Specify YARN queue.
-s,--slots Number of slots per TaskManager
-st,--streaming Start Flink in streaming mode
-tm,--taskManagerMemory Memory per TaskManager Container [in MB] 4.4.4. 提交任务
之后，我们可以通过这种方式提交我们的任务
./bin/flink run -m yarn-cluster -yn 2 ./examples/batch/WordCount.jar以上命令在参数前加上y前缀，-yn表示TaskManager个数。
在这个模式下，同样可以使用-m yarn-cluster提交一个"运行后即焚"的detached yarn（-yd）作业到yarn cluster。
4.4.5. 停止yarn cluster
yarn application -kill application_1507603745315_00015. 技术的使用
5.1. Flink开发标准流程
- 获取execution environment,
final StreamExecutionEnvironment env =StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();- 加载/创建初始化数据
DataStream text = env.readTextFile("file:///path/to/file"); - 指定 transformations 作用在数据上
val mapped = input.map { x => x.toInt }- 存储结果集
writeAsText(String path)
print()- 触发程序执行
在local模式下执行程序
execute()将程序达成jar运行在线上
./bin/flink run \
-m master1:8082 \
./examples/batch/WordCount.jar \
--input hdfs://master1:9000/words.txt \
--output hdfs://master1:9000/clinkout \5.2. Wordcount
5.2.1. Scala代码
object SocketWindowWordCount {
def main(args: Array[String]) : Unit = {
// the port to connect to
val port: Int = try {
ParameterTool.fromArgs(args).getInt("port")
} catch {
case e: Exception => {
System.err.println("No port specified. Please run 'SocketWindowWordCount --port '")
return
}
}
// get the execution environment
val env: StreamExecutionEnvironment = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
// get input data by connecting to the socket
val text = env.socketTextStream("localhost", port, '\n')
// parse the data, group it, window it, and aggregate the counts
val windowCounts = text
.flatMap { w => w.split("\\s") }
.map { w => WordWithCount(w, 1) }
.keyBy("word")
.timeWindow(Time.seconds(5), Time.seconds(1))
.sum("count")
// print the results with a single thread, rather than in parallel
windowCounts.print().setParallelism(1)
env.execute("Socket Window WordCount")
}
// Data type for words with count
case class WordWithCount(word: String, count: Long)
} 5.2.2. Java代码
public class SocketWindowWordCount {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// the port to connect to
final int port;
try {
final ParameterTool params = ParameterTool.fromArgs(args);
port = params.getInt("port");
} catch (Exception e) {
System.err.println("No port specified. Please run 'SocketWindowWordCount --port '");
return;
}
// get the execution environment
final StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
// get input data by connecting to the socket
DataStream text = env.socketTextStream("localhost", port, "\n");
// parse the data, group it, window it, and aggregate the counts
DataStream windowCounts = text
.flatMap(new FlatMapFunction() {
@Override
public void flatMap(String value, Collector out) {
for (String word : value.split("\\s")) {
out.collect(new WordWithCount(word, 1L));
}
}
})
.keyBy("word")
.timeWindow(Time.seconds(5), Time.seconds(1))
.reduce(new ReduceFunction() {
@Override
public WordWithCount reduce(WordWithCount a, WordWithCount b) {
return new WordWithCount(a.word, a.count + b.count);
}
});
// print the results with a single thread, rather than in parallel
windowCounts.print().setParallelism(1);
env.execute("Socket Window WordCount");
}
// Data type for words with count
public static class WordWithCount {
public String word;
public long count;
public WordWithCount() {}
public WordWithCount(String word, long count) {
this.word = word;
this.count = count;
}
@Override
public String toString() {
return word + " : " + count;
}
}
} 5.2.3. 运行
l 启动nc发送消息
$ nc -l 9000l 启动flink程序
$ ./bin/flink run examples/streaming/SocketWindowWordCount.jar --port 9000 
5.2.4. 测试
l 输入
$ nc -l 9000
lorem ipsum
ipsum ipsum ipsum
byel 输出
$ tail -f log/flink-*-jobmanager-*.out
lorem : 1
bye : 1
ipsum : 45.3. 使用IDEA开发离线程序
Dataset是flink的常用程序，数据集通过source进行初始化，例如读取文件或者序列化集合，然后通过transformation（filtering、mapping、joining、grouping）将数据集转成，然后通过sink进行存储，既可以写入hdfs这种分布式文件系统，也可以打印控制台，flink可以有很多种运行方式，如local、flink集群、yarn等
5.3.1. Pom
1.7
1.7
UTF-8
2.10.2
2.10
2.6.2
1.3.2
org.scala-lang
scala-library
${scala.version}
org.apache.flink
flink-streaming-java_2.10
${flink.version}
org.apache.flink
flink-table_2.10
${flink.version}
org.apache.flink
flink-java_2.10
${flink.version}
org.apache.flink
flink-clients_2.10
${flink.version}
org.apache.hadoop
hadoop-client
${hadoop.version}
mysql
mysql-connector-java
5.1.38
com.alibaba
fastjson
1.2.22
src/main/scala
src/test/scala
net.alchim31.maven
scala-maven-plugin
3.2.0
compile
testCompile
-make:transitive
-dependencyfile
${project.build.directory}/.scala_dependencies
org.apache.maven.plugins
maven-surefire-plugin
2.18.1
false
true
**/*Test.*
**/*Suite.*
org.apache.maven.plugins
maven-shade-plugin
2.3
package
shade
*:*
META-INF/*.SF
META-INF/*.DSA
META-INF/*.RSA
org.apache.spark.WordCount
1.7
1.7
UTF-8
2.10.2
2.10
2.6.2
1.3.2
org.scala-lang
scala-library
${scala.version}
org.apache.flink
flink-streaming-scala_2.10
${flink.version}
org.apache.flink
flink-scala_2.10
${flink.version}
org.apache.flink
flink-clients_2.10
${flink.version}
org.apache.hadoop
hadoop-client
${hadoop.version}
mysql
mysql-connector-java
5.1.38
com.alibaba
fastjson
1.2.22
src/main/scala
src/test/scala
net.alchim31.maven
scala-maven-plugin
3.2.0
compile
testCompile
-make:transitive
-dependencyfile
${project.build.directory}/.scala_dependencies
org.apache.maven.plugins
maven-surefire-plugin
2.18.1
false
true
**/*Test.*
**/*Suite.*
org.apache.maven.plugins
maven-shade-plugin
2.3
package
shade
*:*
META-INF/*.SF
META-INF/*.DSA
META-INF/*.RSA
org.apache.spark.WordCount
5.3.2. 程序
Java
public class WordCountExample {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//构建环境
final ExecutionEnvironment env =
ExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
//通过字符串构建数据集
DataSet text = env.fromElements(
"Who's there?",
"I think I hear them. Stand, ho! Who's there?");
//分割字符串、按照key进行分组、统计相同的key个数
DataSet> wordCounts = text
.flatMap(new LineSplitter())
.groupBy(0)
.sum(1);
//打印
wordCounts.print();
}
//分割符串的方法
public static class LineSplitter implements FlatMapFunction> {
@Override
public void flatMap(String line, Collector> out) {
for (String word : line.split(" ")) {
out.collect(new Tuple2(word, 1));
}
}
}
} Scala
import org.apache.flink.api.scala._
object WordCount {
def main(args: Array[String]) {
//初始化环
val env = ExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
//从字符串中加载数据
val text = env.fromElements(
"Who's there?",
"I think I hear them. Stand, ho! Who's there?")
//分割字符串、汇总tuple、按照key进行分组、统计分组后word个数
val counts = text.flatMap { _.toLowerCase.split("\\W+") filter { _.nonEmpty } }
.map { (_, 1) }
.groupBy(0)
.sum(1)
//打印
counts.print()
}
}
5.3.3. 运行
本地
直接runas即可线上
1、 打包
2、 上传
3、 执行命令：flink run -m master1:8082 -c org.apache.flink.WordCount original-Flink-1.0-SNAPSHOT.jar