本页面解释了使用Flink的API与外部数据存储进行异步I/O。对于不熟悉异步或事件驱动编程的用户,一篇关于Futures和事件驱动编程的文章可能是有用的准备。
注意:关于异步I/O实用程序的设计和实现的详细信息可以在建议和设计文档FLIP-12:异步I/O设计和实现中找到。
当与外部系统交互时(例如,当使用存储在数据库中的数据丰富流事件时),需要注意与外部系统的通信延迟不会主导流应用程序的全部工作。
单纯地访问外部数据库中的数据,例如在MapFunction中,通常意味着同步交互:一个请求被发送到数据库,MapFunction等待直到接收到响应。在许多情况下,这种等待占据了函数的绝大多数时间。
与数据库的异步交互意味着单个并行函数实例可以并发地处理许多请求并并发地接收响应。这样,等待时间可以与发送其他请求和接收响应重叠。至少,等待时间可以分摊给多个请求。这在大多数情况下导致更高的流吞吐量。
注意:通过将MapFunction扩展到一个非常高的并行度来提高吞吐量在某些情况下也是可能的,但通常会以非常高的资源成本:拥有更多的并行MapFunction实例意味着更多的任务、线程、flink -内部网络连接、到数据库的网络连接、缓冲区和一般的内部簿记开销。
如上一节所述,对数据库(或键/值存储)实现适当的异步I/O需要支持异步请求的数据库的客户端。许多流行的数据库都提供这样的客户机。
在没有这种客户机的情况下,可以通过创建多个客户机并使用线程池处理同步调用来尝试将同步客户机转换为有限并发客户机。但是,这种方法的效率通常低于适当的异步客户机。
Flink的异步I/O API允许用户对数据流使用异步请求客户端。该API处理与数据流的集成,以及处理顺序、事件时间、容错等。
假设目标数据库有一个异步客户端,使用异步I/O对数据库实现流转换需要三个部分:
下面的代码示例演示了基本模式:
// This example implements the asynchronous request and callback with Futures that have the
// interface of Java 8's futures (which is the same one followed by Flink's Future)
/**
* An implementation of the 'AsyncFunction' that sends requests and sets the callback.
*/
class AsyncDatabaseRequest extends RichAsyncFunction<String, Tuple2<String, String>> {
/** The database specific client that can issue concurrent requests with callbacks */
private transient DatabaseClient client;
@Override
public void open(Configuration parameters) throws Exception {
client = new DatabaseClient(host, post, credentials);
}
@Override
public void close() throws Exception {
client.close();
}
@Override
public void asyncInvoke(String key, final ResultFuture<Tuple2<String, String>> resultFuture) throws Exception {
// issue the asynchronous request, receive a future for result
final Future<String> result = client.query(key);
// set the callback to be executed once the request by the client is complete
// the callback simply forwards the result to the result future
CompletableFuture.supplyAsync(new Supplier<String>() {
@Override
public String get() {
try {
return result.get();
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
// Normally handled explicitly.
return null;
}
}
}).thenAccept( (String dbResult) -> {
resultFuture.complete(Collections.singleton(new Tuple2<>(key, dbResult)));
});
}
}
// create the original stream
DataStream<String> stream = ...;
// apply the async I/O transformation
DataStream<Tuple2<String, String>> resultStream =
AsyncDataStream.unorderedWait(stream, new AsyncDatabaseRequest(), 1000, TimeUnit.MILLISECONDS, 100);
重要提示:ResultFuture是通过第一次调用ResultFuture.complete完成的。所有随后完成的调用将被忽略。
下面两个参数控制异步操作:
当异步I/O请求超时时,默认情况下会抛出异常并重新启动作业。如果你想处理超时,你可以重写asyncfunction# timeout方法。确保在重写时调用ResultFuture.complete()或Resultfuture.completeExceptionally(),以便向Flink表明对该输入记录的处理已经完成。如果您不想在超时发生时发出任何记录,可以调用ResultFuture.complete(Collections.emptyList())。
由AsyncFunction发出的并发请求通常以某种未定义的顺序完成,这取决于哪个请求先完成。为了控制结果记录发出的顺序,Flink提供了两种模式:
当流应用程序处理事件时间时,异步I/O操作符将正确处理水印。这对两阶模态的具体含义如下:
请记住,摄取时间是事件时间的一种特殊情况,自动生成的水印基于源处理时间。
异步I/O operator提供完全恰好一次的容错保证。它在检查点中存储正在进行的异步请求的记录,并在从故障中恢复时恢复/重新触发请求。
对于有一个Executor(或者Scala中的ExecutionContext)用于回调的Futures实现,我们建议使用一个DirectExecutor,因为回调通常只做很少的工作,而且DirectExecutor可以避免额外的线程到线程切换开销。回调通常只将结果传递给ResultFuture, ResultFuture将结果添加到输出缓冲区。从那时起,包括记录发射和与检查点簿记的交互在内的繁重逻辑无论如何都发生在专用的线程池中。
一个DirectExecutor可以通过org.apache.flink.util.concurrent. executor . DirectExecutor()或com.google.common.util.concurrent. moreexecutor . DirectExecutor()获得。
AsyncFunction不是多线程的
我们在这里要明确指出的一个常见的困惑是,AsyncFunction不是以多线程的方式调用的。AsyncFunction只存在一个实例,它会对流各自分区中的每条记录顺序调用。除非asyncInvoke(…)方法快速返回并依赖于回调(由客户端),否则它不会导致正确的异步I/O。
例如,以下模式会导致一个阻塞的asyncInvoke(…)函数,从而使异步行为无效:
AsyncFunction(AsyncWaitOperator)可以在作业图的任何地方使用,除非它不能链接到SourceFunction/SourceStreamTask。