檢查點(diǎn)是 Apache Flink 的主要容錯(cuò)機(jī)制。它的工作原理是定期創(chuàng)建所有分布式應(yīng)用程序狀態(tài)的一致快照，允許 Flink 通過(guò)將應(yīng)用程序狀態(tài)恢復(fù)到最新的檢查點(diǎn)來(lái)從故障中恢復(fù)。

一、Core Components  核心組件

checkpointing 系統(tǒng)由幾個(gè)關(guān)鍵組件組成，這些組件協(xié)同工作以實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)：

1. CheckpointCoordinator（檢查點(diǎn)協(xié)調(diào)器）

CheckpointCoordinator 是 Flink 檢查點(diǎn)機(jī)制的核心組件。它作為 JobManager 的一部分運(yùn)行，并負(fù)責(zé)：

• 定期觸發(fā) checkpoint 創(chuàng)建
• 向源發(fā)送檢查點(diǎn)屏障
• 從任務(wù)中收集確認(rèn)
• 管理待處理和已完成的 checkpoint
• 處理檢查點(diǎn)失敗
• 在恢復(fù)期間協(xié)調(diào)檢查點(diǎn)恢復(fù)

2. PendingCheckpoint  待處理檢查點(diǎn)

PendingCheckpoint 表示已啟動(dòng)但尚未被所有任務(wù)確認(rèn)的 checkpoint。它保存已確認(rèn)任務(wù)的部分狀態(tài)，并跟蹤哪些任務(wù)仍需要確認(rèn)。

主要特點(diǎn)：

• 觸發(fā) checkpoint 時(shí)創(chuàng)建
• 收集任務(wù)狀態(tài)確認(rèn)
• 當(dāng)所有任務(wù)都確認(rèn)時(shí)，變?yōu)?CompletedCheckpoint
• 如果任務(wù)失敗或超時(shí)，可以中止

3. CompletedCheckpoint  已完成檢查點(diǎn)

CompletedCheckpoint 表示可用于恢復(fù)的完全確認(rèn)的檢查點(diǎn)。它包含還原應(yīng)用程序狀態(tài)所需的所有狀態(tài)句柄。

主要特點(diǎn)：

• 當(dāng)所有任務(wù)都已確認(rèn) PendingCheckpoint 時(shí)創(chuàng)建
• 存儲(chǔ)在 CompletedCheckpointStore 中
• 在恢復(fù)期間用于恢復(fù)應(yīng)用程序狀態(tài)
• 元數(shù)據(jù)持久化到外部存儲(chǔ)

4. CompletedCheckpointStore  已完成檢查點(diǎn)存儲(chǔ)

CompletedCheckpointStore 維護(hù)已完成檢查點(diǎn)的歷史記錄。它負(fù)責(zé)：

• 存儲(chǔ)已完成的 checkpoint
• 管理保留的 checkpoint 數(shù)量
• 提供用于恢復(fù)的檢查點(diǎn)
• 在達(dá)到最大限制時(shí)丟棄舊的 checkpoint

二、檢查點(diǎn)流程

下圖說(shuō)明了 Flink 中的完整 checkpoint 過(guò)程：

1. 觸發(fā) Checkpoint

可以通過(guò)三種方式觸發(fā) Checkpoint：

• Periodically：最常用的方法，以固定間隔自動(dòng)觸發(fā)。
• Manually手動(dòng) ：通過(guò)臨時(shí)檢查點(diǎn)的 REST API。Savepoints
• Savepoints：用戶請(qǐng)求的持久性檢查點(diǎn)，通常用于版本升級(jí)或維護(hù)。

觸發(fā) checkpoint 時(shí)，(CheckpointCoordinator)協(xié)調(diào)器進(jìn)行如下操作：

• 從計(jì)數(shù)器獲取新的檢查點(diǎn) ID
• 創(chuàng)建 PendingCheckpoint 以跟蹤進(jìn)度
• 向所有源任務(wù)發(fā)送觸發(fā)器消息
• 設(shè)置 checkpoint 完成的超時(shí)

2. 確認(rèn) Checkpoint

當(dāng)每個(gè)任務(wù)處理一個(gè)檢查點(diǎn)屏障時(shí)，它會(huì)：

• 拍攝其狀態(tài)的快照
• 通過(guò)配置的 state backend 存儲(chǔ) state
• 向 CheckpointCoordinator 發(fā)送確認(rèn)

確認(rèn)內(nèi)容包括：

• 檢查點(diǎn) ID
• 任務(wù)的狀態(tài)快照引用
• 有關(guān)檢查點(diǎn)的性能指標(biāo)

3. 完成檢查點(diǎn)

當(dāng)所有任務(wù)都確認(rèn)了一個(gè) checkpoint 時(shí)，PendingCheckpoint 將通過(guò)以下方式轉(zhuǎn)換為 CompletedCheckpoint：

• 完成檢查點(diǎn)元數(shù)據(jù)
• 將其存儲(chǔ)在 CompletedCheckpointStore 中
• 如果超過(guò)最大計(jì)數(shù)，則丟棄最早的 checkpoint
• 通知協(xié)調(diào)器檢查點(diǎn)已完成