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算子链(Operator Chain)
1)算子间的数据传输
一个数据流在算子之间传输数据的形式可以是一对一(one-to-one)的直通(forwarding)模式,也可以是打乱的重分区(redistributing)模式,具体是哪一种形式,取决于算子的种类。
( 1 )一对一(One-to-one,forwarding)
这种模式下,数据流维护着分区以及元素的顺序。比如图中的source和map算子,source算子读取数据之后,可以直接发送给map算子做处理,它们之间不需要重新分区,也不需要调整数据的顺序。这就意味着map 算子的子任务,看到的元素个数和顺序跟source 算子的子任务产生的完全一样,保证着"一对一"的关系。map、filter、flatMap等算子都是这种one-to-one的对应关系。这种关系类似于Spark中的窄依赖。
( 2 )重分区(Redistributing)
在这种模式下,数据流的分区会发生改变。比如图中的map和后面的keyBy/window算子之间,以及keyBy/window算子和Sink算子之间,都是这样的关系。
每一个算子的子任务,会根据数据传输的策略,把数据发送到不同的下游目标任务。这些传输方式都会引起重分区的过程,这一过程类似于Spark中的shuffle。
2)合并算子链
在Flink中,并行度相同的一对一(one to one)算子操作,可以直接链接在一起形成一个"大"的任务(task),这样原来的算子就成为了真正任务里的一部分,如下图所示。每个task会被一个线程执行。这样的技术被称为"算子链"(Operator Chain)。
上图中Source和map之间满足了算子链的要求,所以可以直接合并在一起,形成了一个任务;因为并行度为2,所以合并后的任务也有两个并行子任务。这样,这个数据流图所表示的作业最终会有5个任务,由5个线程并行执行。
将算子链接成task是非常有效的优化:可以减少线程之间的切换和基于缓存区的数据交换,在减少时延的同时提升吞吐量。
Flink默认会按照算子链的原则进行链接合并,如果我们想要禁止合并或者自行定义,也可以在代码中对算子做一些特定的设置:
// 禁用算子链
.map(word -> Tuple2.of(word, 1L)).disableChaining();
// 从当前算子开始新链
.map(word -> Tuple2.of(word, 1L)).startNewChain()
4. 2.3 任务槽(Task Slots)
1)任务槽(Task Slots)
Flink中每一个TaskManager都是一个JVM进程,它可以启动多个独立的线程,来并行执行多个子任务(subtask)。
很显然,TaskManager的计算资源是有限的,并行的任务越多,每个线程的资源就会越少。那一个TaskManager到底能并行处理多少个任务呢?为了控制并发量,我们需要在TaskManager上对每个任务运行所占用的资源做出明确的划分,这就是所谓的任务槽(task slots)。
每个任务槽(task slot)其实表示了TaskManager拥有计算资源的一个固定大小的子集。这些资源就是用来独立执行一个子任务的。
2)任务槽数量的设置
在Flink的/opt/module/flink-1.17.0/conf/flink-conf.yaml配置文件中,可以设置TaskManager的slot数量,默认是1个slot。
taskmanager.numberOfTaskSlots: 8
需要注意的是,slot目前仅仅用来隔离内存,不会涉及CPU的隔离。在具体应用时,可以将slot数量配置为机器的CPU核心数,尽量避免不同任务之间对CPU的竞争。这也是开发环境默认并行度设为机器CPU数量的原因。
3)任务对任务槽的共享
默认情况下,Flink是允许子任务共享slot的。如果我们保持sink任务并行度为1不变,而作业提交时设置全局并行度为6,那么前两个任务节点就会各自有6个并行子任务,整个流处理程序则有13个子任务。如上图所示,只要属于同一个作业,那么对于不同任务节点(算子)的并行子任务,就可以放到同一个slot上执行。所以对于第一个任务节点source→map,它的6个并行子任务必须分到不同的slot上,而第二个任务节点keyBy/window/apply的并行子任务却可以和第一个任务节点共享slot。
当我们将资源密集型和非密集型的任务同时放到一个slot中,它们就可以自行分配对资源占用的比例,从而保证最重的活平均分配给所有的TaskManager。
slot共享另一个好处就是允许我们保存完整的作业管道。这样一来,即使某个TaskManager出现故障宕机,其他节点也可以完全不受影响,作业的任务可以继续执行。
当然,Flink默认是允许slot共享的,如果希望某个算子对应的任务完全独占一个slot,或者只有某一部分算子共享slot,我们也可以通过设置"slot共享组"手动指定:
.map(word -> Tuple2.of(word, 1L)).slotSharingGroup("1");
这样,只有属于同一个slot共享组的子任务,才会开启slot共享;不同组之间的任务是完全隔离的,必须分配到不同的slot上。在这种场景下,总共需要的slot数量,就是各个slot共享组最大并行度的总和。