Flink入门（二）——Flink架构介绍

1、基本组件栈

了解Spark的朋友会发现Flink的架构和Spark是非常类似的，在整个软件架构体系中，同样遵循着分层的架构设计理念，在降低系统耦合度的同时，也为上层用户构建Flink应用提供了丰富且友好的接口。

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Flink分为架构分为三层，由上往下依次是API&Libraries层、Runtime核心层以及物理部署层

API&Libraries层

作为分布式数据处理框架，Flink同时提供了支撑计算和批计算的接口，同时在此基础上抽象出不同的应用类型的组件库，如基于流处理的CEP(复杂事件处理库)、SQL&Table库和基于批处理的FlinkML(机器学习库)等、Gelly(图处理库)等。API层包括构建流计算应用的DataStream API和批计算应用的DataSet API，两者都提供给用户丰富的数据处理高级API，例如Map、FlatMap操作等，同时也提供比较低级的Process Function API，用户可以直接操作状态和时间等底层数据。

　　Runtime核心层

　　该层主要负责对上层不同接口提供基础服务，也是Flink分布式计算框架的核心实现层，支持分布式Stream作业的执行、JobGraph到ExecutionGraph的映射转换、任务调度等。将DataSteam和DataSet转成统一的可执行的Task Operator，达到在流式引擎下同时处理批量计算和流式计算的目的。

　　物理部署层

　　该层主要涉及Flink的部署模式，目前Flink支持多种部署模式：本地、集群(Standalone、YARN)、云(GCE/EC2)、Kubenetes。Flink能够通过该层能够支持不同平台的部署，用户可以根据需要选择使用对应的部署模式。

2、基本架构图

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Flink基本架构图

Flink系统主要由两个组件组成，分别为JobManager和TaskManager，Flink架构也遵循Master-Slave架构设计原则，JobManager为Master节点，TaskManager为Worker(Slave)节点。所有组件之间的通信都是借助于Akka Framework，包括任务的状态以及Checkpoint触发等信息。

1.Client客户端

　　　客户端负责将任务提交到集群，与JobManager构建Akka连接，然后将任务提交到JobManager，通过和JobManager之间进行交互获取任务执行状态。客户端提交任务可以采用CLI方式或者通过使用Flink WebUI提交，也可以在应用程序中指定JobManager的RPC网络端口构建ExecutionEnvironment提交Flink应用。

2.JobManager

　　　JobManager负责整个Flink集群任务的调度以及资源的管理，从客户端中获取提交的应用，然后根据集群中TaskManager上TaskSlot的使用情况，为提交的应用分配相应的TaskSlots资源并命令TaskManager启动从客户端中获取的应用。JobManager相当于整个集群的Master节点，且整个集群中有且仅有一个活跃的JobManager，负责整个集群的任务管理和资源管理。JobManager和TaskManager之间通过Actor System进行通信，获取任务执行的情况并通过Actor System将应用的任务执行情况发送给客户端。同时在任务执行过程中，Flink JobManager会触发Checkpoints操作，每个TaskManager节点收到Checkpoint触发指令后，完成Checkpoint操作，所有的Checkpoint协调过程都是在Flink JobManager中完成。当任务完成后，Flink会将任务执行的信息反馈给客户端，并且释放掉TaskManager中的资源以供下一次提交任务使用。

3.TaskManager

　　　TaskManager相当于整个集群的Slave节点，负责具体的任务执行和对应任务在每个节点上的资源申请与管理。客户端通过将编写好的Flink应用编译打包，提交到JobManager，然后JobManager会根据已经注册在JobManager中TaskManager的资源情况，将任务分配给有资源的TaskManager节点，然后启动并运行任务。TaskManager从JobManager接收需要部署的任务，然后使用Slot资源启动Task，建立数据接入的网络连接，接收数据并开始数据处理。同时TaskManager之间的数据交互都是通过数据流的方式进行的。

　　可以看出，Flink的任务运行其实是采用多线程的方式，这和MapReduce多JVM进程的方式有很大的区别Flink能够极大提高CPU使用效率，在多个任务和Task之间通过TaskSlot方式共享系统资源，每个TaskManager中管理多个TaskSlot资源池进行对资源进行有效管理。

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