Flink如何管理Kafka 消费位点(译文)

Checkpointing 是 Flink 故障恢复的内部机制。一个 checkpoint 就是 Flink应用程序产生的状态的一个副本。如果 Flink 任务发生故障，它会从 checkpoint 中载入之前的状态来恢复任务，就好像故障没有发生一样。

Checkpoints 是 Flink 容错的基础，并且确保了 Flink 流式应用在失败时的完整性。Checkpoints 可以通过 Flink 设置定时触发。

Flink Kafka consumer 使用 Flink 的 checkpoint 机制来存储 Kafka 每个分区的位点到 state。当 Flink 执行 checkpoint 时，Kafka 的每个分区的位点都被存储到 checkpoint 指定的 filesystem 中。Flink 的 checkpoint 机制确保了所有任务算子的状态是一致的，也就是说这些状态具有相同的数据输入。当所有的任务算子成功存储他们自己的状态后，代表一次 checkpoint 的完成。因此，当任务从故障中恢复时，Flink 保证了exactly-once。

下面将一步一步的演示 Flink 是如何通过 checkpoint 来管理 Kafka 的 offset 的。

Step 1:

下面的例子从两个分区的 Kafka topic 中读取数据，每个分区的数据是 “A”, “B”, “C”, ”D”, “E”。假设每个分区都是从 0 开始读取。

Step 2:

假设 Flink Kafka consumer 从分区 0 开始读取数据 “A”，那么此时第一个 consumer 的位点从 0 变成 1。如下图所示。

Step 3:

此时数据 “A” 到达 Flink Job 中的 Map Task。两个 consumer 继续读取数据 (从分区 0 读取数据 “B” ，从分区 1 读取数据 “A”)。 offsets 分别被更新成 2 和 1。与此同时，假设 Flink 从 source 端开始执行 checkpoint。

Step 4:

到这里，Flink Kafka consumer tasks 已经执行了一次快照，offsets也保存到了 state 中(“offset = 2, 1”) 。此时 source tasks 在 数据 “B” 和 “A” 后面，向下游发送一个 checkpoint barrier。checkpoint barriers 是 Flink 用来对齐每个任务算子的 checkpoint，以确保整个 checkpoint 的一致性。分区 1 的数据 “A” 到达 Flink Map Task， 与此同时分区 0 的 consumer 继续读取下一个消息(message “C”)。

Step 5:

Flink Map Task 收到上游两个 source 的 checkpoint barriers 然后开始执行 checkpoint ，把 state 保存到 filesystem。同时，消费者继续从Kafka分区读取更多事件。

Step 6:

假设 Flink Map Task 是 Flink Job 的最末端，那么当它完成 checkpoint 后，就会立马通知 Flink Job Master。当 job 的所有 task 都确认其 state 已经 “checkpointed”，Job Master将完成这次的整个 checkpoint。 之后，checkpoint 可以用于故障恢复。

故障恢复

如果发生故障（例如，worker 挂掉），则所有任务将重启，并且它们的状态将被重置为最近一次的 checkpoint 的状态。 如下图所示。

source 任务将分别从 offset 2 和 1 开始消费。当任务重启完成， 将会正常运行，就像之前没发生故障一样。

PS: 文中提到的 checkpoint 对齐，我说下我的理解，假设一个 Flink Job 有 Source -> Map -> Sink，其中Sink有多个输入。那么当一次checkpoint的 barrier从source发出时，到sink这里，多个输入需要等待其它的输入的barrier已经到达，经过对齐后，sink才会继续处理消息。这里就是exactly-once和at-least-once的区别。

The End
原文链接: How Apache Flink manages Kafka consumer offsets

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