一、Flink并行度

1. 并行度的概念

在Flink中，并行度（Parallelism）是指在Flink作業(yè)中并行執(zhí)行任務(wù)的程度，它決定了作業(yè)中任務(wù)的數(shù)量以及任務(wù)之間的數(shù)據(jù)劃分和分配方式，是實(shí)現(xiàn)高吞吐量和低延遲流處理的關(guān)鍵概念。一個特定算子的子任務(wù)（subtask）的個數(shù)被稱之為其并行度。包含并行子任務(wù)的數(shù)據(jù)流，就是并行數(shù)據(jù)流，它需要多個分區(qū)（stream partition）來分配并行任務(wù)。一般情況下，一個流程序的并行度，可以認(rèn)為就是其所有算子中最大的并行度。一個程序中，不同的算子可能具有不同的并行度。

例如，在一個Flink程序中，Source算子的并行度設(shè)置為2，Map算子的并行度設(shè)置為4，Sink算子的并行度設(shè)置為1，那么這個程序的并行度就是4。

Flink程序本質(zhì)上是并行的和分布式的，在執(zhí)行過程中，一個流（stream）包含一個或多個流分區(qū)，而每一個operator包含一個或多個operator子任務(wù)。操作子任務(wù)間彼此獨(dú)立，在不同的線程中執(zhí)行，甚至是在不同的機(jī)器或不同的容器上。operator子任務(wù)的數(shù)量是這一特定operator的并行度。相同程序中的不同operator有不同級別的并行度。

2. 并行度的設(shè)置

Flink可以在不同的級別設(shè)置并行度，包括算子層次、執(zhí)行環(huán)境層次、客戶端層次和系統(tǒng)層次，且優(yōu)先級為：算子層次 > 執(zhí)行環(huán)境層次 > 客戶端層次 > 系統(tǒng)層次。

(1) 算子層次

單個算子、數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)接收器的并行度可以通過調(diào)用 setParallelism() 方法來指定。這種方式設(shè)置的并行度，只針對當(dāng)前算子有效。

finalStreamExecutionEnvironment env =StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
DataStream<String> text =[...];
DataStream<Tuple2<String,Integer>> wordCounts = text
.flatMap(newLineSplitter())
.keyBy(value -> value.f0)
.window(TumblingEventTimeWindows.of(Time.seconds(5)))
.sum(1).setParallelism(5);

wordCounts.print();
env.execute("Word Count Example");

在上述代碼中，sum(1) 算子的并行度被設(shè)置為5，這意味著該算子會啟動5個并發(fā)任務(wù)來處理數(shù)據(jù)。

(2) 執(zhí)行環(huán)境層次

Flink程序運(yùn)行在執(zhí)行環(huán)境的上下文中，執(zhí)行環(huán)境為所有執(zhí)行的算子、數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)接收器（sink）定義了一個默認(rèn)的并行度。可以顯式配置算子層次的并行度去覆蓋執(zhí)行環(huán)境的并行度?？梢酝ㄟ^調(diào)用 setParallelism() 方法指定執(zhí)行環(huán)境的默認(rèn)并行度。

finalStreamExecutionEnvironment env =StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
env.setParallelism(3);

DataStream<String> text =[...];
DataStream<Tuple2<String,Integer>> wordCounts =[...];
wordCounts.print();
env.execute("Word Count Example");

在上述代碼中，執(zhí)行環(huán)境的并行度被設(shè)置為3，這意味著如果沒有在算子層次顯式設(shè)置并行度，所有算子的并行度都將為3。

(3) 客戶端層次

將作業(yè)提交到Flink時可在客戶端設(shè)定其并行度。對于CLI客戶端，可以通過 -p 參數(shù)指定并行度。

./bin/flink run -p 10 WordCount-java.jar

在上述命令中，作業(yè)的并行度被設(shè)置為10。

(4) 系統(tǒng)層次

可以通過設(shè)置 ./conf/flink-conf.yaml 文件中的 parallelism.default 參數(shù)，在系統(tǒng)層次來指定所有執(zhí)行環(huán)境的默認(rèn)并行度。

parallelism.default:2

在上述配置中，系統(tǒng)默認(rèn)的并行度被設(shè)置為2。

3. 如何合理規(guī)劃并行度

(1) 理解任務(wù)特性和需求

• 任務(wù)類型：CPU密集型任務(wù)可能需要較高的并行度來充分利用計(jì)算資源，而I/O密集型任務(wù)可能需要較低的并行度以減少資源競爭和網(wǎng)絡(luò)開銷。例如，對于一個復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析任務(wù)，可能是CPU密集型的，此時可以適當(dāng)提高并行度；而對于一個從數(shù)據(jù)庫讀取數(shù)據(jù)的任務(wù)，可能是I/O密集型的，過高的并行度可能會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞。
• 數(shù)據(jù)分布：如果數(shù)據(jù)分布不均勻，可能會導(dǎo)致某些任務(wù)負(fù)載過重，影響整體性能。此時，調(diào)整并行度可以使數(shù)據(jù)分布更均勻。比如，在處理用戶行為數(shù)據(jù)時，可能某些熱門用戶的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他用戶，這時候可以通過調(diào)整并行度來避免數(shù)據(jù)傾斜。

(2) 考慮集群資源限制

• 資源可用性：集群的資源（如CPU核心數(shù)、內(nèi)存大小、網(wǎng)絡(luò)帶寬等）會限制可以設(shè)置的并行度。需要根據(jù)集群的實(shí)際情況來合理設(shè)置。例如，如果集群的CPU核心數(shù)有限，設(shè)置過高的并行度會導(dǎo)致任務(wù)競爭CPU資源，反而降低性能。
• 資源競爭：過高的并行度可能導(dǎo)致資源競爭加劇，反而降低整體性能。比如，多個任務(wù)同時競爭內(nèi)存資源，可能會導(dǎo)致頻繁的內(nèi)存交換，影響任務(wù)的執(zhí)行效率。

(3) 分析作業(yè)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)流動

• 算子依賴關(guān)系：作業(yè)中不同算子之間的依賴關(guān)系會影響數(shù)據(jù)流動和并行度的設(shè)置。需要確保數(shù)據(jù)能夠高效地在算子之間傳遞。例如，如果一個算子依賴于另一個算子的輸出結(jié)果，那么它們的并行度設(shè)置需要相互匹配，以避免數(shù)據(jù)阻塞。
• 數(shù)據(jù)傾斜：某些算子可能處理的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)大于其他算子，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傾斜。通過調(diào)整并行度可以減少數(shù)據(jù)傾斜的影響。比如，對于一個聚合算子，如果某些分組的數(shù)據(jù)量過大，可以適當(dāng)提高該算子的并行度，將數(shù)據(jù)分散到更多的任務(wù)中處理。

(4) 實(shí)際應(yīng)用中的設(shè)置方法

• 算子級并行度：通過調(diào)用 setParallelism() 方法可以在算子操作后設(shè)置其并行度。這種方法允許對特定算子進(jìn)行精細(xì)控制。例如：

DataStream<String> stream =...;
stream.map(newMyMapFunction()).setParallelism(2);

• 作業(yè)級并行度：在創(chuàng)建執(zhí)行環(huán)境后，可以通過調(diào)用 setParallelism() 方法設(shè)置全局的默認(rèn)并行度。這種方法適用于對整個作業(yè)進(jìn)行統(tǒng)一配置。例如：

StreamExecutionEnvironment env =StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
env.setParallelism(4);

• 客戶端設(shè)置：在提交任務(wù)時，可以通過命令行接口（CLI）的 -p 參數(shù)或Java程序中的相應(yīng)設(shè)置來指定并行度。例如：

./bin/flink run -p 10 your-job.jar

• 集群默認(rèn)設(shè)置：在集群的配置文件（如 flink-conf.yaml）中設(shè)置默認(rèn)并行度，這將影響集群上提交的所有作業(yè)。例如：

parallelism.default:2

(5) 監(jiān)控和調(diào)整

• 監(jiān)控執(zhí)行情況：通過Flink的Web UI或其他監(jiān)控工具監(jiān)控作業(yè)的執(zhí)行情況和集群資源利用率。例如，觀察任務(wù)的處理延遲、資源使用情況等指標(biāo)。
• 動態(tài)調(diào)整：根據(jù)實(shí)際情況動態(tài)調(diào)整并行度，以適應(yīng)不同的工作負(fù)載和數(shù)據(jù)流量。例如，如果發(fā)現(xiàn)某個算子的處理延遲過高，可以適當(dāng)提高其并行度。

(6) 注意事項(xiàng)

• 并行度與性能的關(guān)系：并行度并非越高越好，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行權(quán)衡。過高的并行度可能導(dǎo)致資源競爭和開銷增加，反而降低性能。
• 考慮未來擴(kuò)展性：在設(shè)置并行度時，還需要考慮作業(yè)的擴(kuò)展性和未來可能的需求變化。例如，隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)量可能會增加，此時需要預(yù)留一定的并行度擴(kuò)展空間。

4. 不同組件的并行度設(shè)置建議

(1) 數(shù)據(jù)源（Source）

• Kafka數(shù)據(jù)源：如果數(shù)據(jù)源是Kafka，Source的并行度通常設(shè)置為Kafka對應(yīng)Topic的分區(qū)數(shù)。這樣可以確保每個分區(qū)的數(shù)據(jù)由一個獨(dú)立的并行任務(wù)來處理，充分利用資源。例如，如果Kafka的某個Topic有10個分區(qū)，那么Source的并行度可以設(shè)置為10。如果消費(fèi)速度仍跟不上數(shù)據(jù)生產(chǎn)速度，可以考慮擴(kuò)大Kafka的分區(qū)數(shù)，并相應(yīng)地調(diào)大并行度。但要注意，如果并行度多于Kafka的分區(qū)數(shù)，會造成有的并行度空閑，浪費(fèi)資源。
• 其他數(shù)據(jù)源：對于其他數(shù)據(jù)源，需要根據(jù)數(shù)據(jù)源的特性和數(shù)據(jù)量來設(shè)置并行度。如果數(shù)據(jù)源支持并行讀取，可以適當(dāng)提高并行度；如果數(shù)據(jù)源的讀取性能有限，過高的并行度可能會導(dǎo)致資源競爭和性能下降。

(2) 轉(zhuǎn)換算子（Transform）

• Keyby之前的算子：如map、filter、flatmap等，這些算子一般不會做太重的操作，并行度可以和Source保持一致，使得算子之間可以做到forward傳輸數(shù)據(jù)，不經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸，提高處理效率。
• Keyby之后的算子：如果并發(fā)較大，建議設(shè)置并行度為2的整數(shù)次冪，例如128、256、512等。這是因?yàn)镕link內(nèi)部的一些機(jī)制（如狀態(tài)管理）在并行度為2的整數(shù)次冪時能更好地工作，使數(shù)據(jù)相對均勻地shuffle到下游算子。對于小并發(fā)任務(wù)，并行度不一定需要設(shè)置成2的整數(shù)次冪。如果大并發(fā)任務(wù)沒有KeyBy操作，并行度也無需設(shè)置為2的整數(shù)次冪。

(3) 數(shù)據(jù)接收器（Sink）

Sink是數(shù)據(jù)流向下游的地方，可以根據(jù)Sink的數(shù)據(jù)量及下游的服務(wù)抗壓能力進(jìn)行評估。如果Sink是Kafka，可以設(shè)為Kafka對應(yīng)Topic的分區(qū)數(shù)，并且Sink并行度最好和Kafka partition成倍數(shù)關(guān)系，否則可能會出現(xiàn)到Kafka partition數(shù)據(jù)不均勻的情況。但大多數(shù)情況下，Sink算子并行度不需要特別設(shè)置，只需要和整個任務(wù)的并行度相同就行。如果下游服務(wù)的抗壓能力有限，需要適當(dāng)降低并行度；如果下游服務(wù)能夠處理大量數(shù)據(jù)，可以提高并行度以提高吞吐量。

二、Flink Slot

1. Slot的概念

在Apache Flink中，Task Slot（任務(wù)槽）是TaskManager的一個關(guān)鍵概念，它用于資源管理和并行任務(wù)的調(diào)度。每個TaskManager可以擁有多個Task Slot，每個Task Slot能夠獨(dú)立地運(yùn)行一個或多個子任務(wù)（subtask）。Slot是計(jì)算資源的隔離單元，一個Slot可以運(yùn)行多個SubTask，但是這些SubTask必須是來自同一個application的不同階段的subTask。

Slot數(shù)量通常與每個TaskManager節(jié)點(diǎn)的可用CPU內(nèi)核數(shù)成比例，一般Slot數(shù)量是每個節(jié)點(diǎn)的CPU內(nèi)核數(shù)。Slot的數(shù)量由集群中 flink-conf.yml 配置文件中 taskmanager.numberOfTaskSlots 設(shè)置。例如，在 flink-conf.yml 中設(shè)置 taskmanager.numberOfTaskSlots: 4，表示每個TaskManager有4個Slot。

2. Slot的特性

(1) 并行度與Task Slot數(shù)量的關(guān)系

每個Task Slot可以執(zhí)行一個并行任務(wù)實(shí)例（即一個subtask）。因此，Job的最大并行度受限于所有TaskManager上可用Task Slot的總數(shù)。如果Job的并行度大于總Task Slot數(shù)，則部分任務(wù)將排隊(duì)等待空閑的Task Slot；反之，如果Task Slot數(shù)量過多而實(shí)際并行度較低，則會造成資源浪費(fèi)。

(2) 資源共享與隔離

在同一個TaskManager內(nèi)的不同Task Slot之間，網(wǎng)絡(luò)連接、文件句柄等非內(nèi)存資源是共享的，但每個Task Slot有自己獨(dú)立的內(nèi)存空間。這種設(shè)計(jì)既保證了一定程度上的資源隔離（如避免內(nèi)存溢出），又允許一定程度的資源共享（如減少網(wǎng)絡(luò)開銷），從而提高了整體效率。

(3) 鏈?zhǔn)秸{(diào)度（Chaining）

當(dāng)多個連續(xù)的任務(wù)屬于同一算子并且具有相同的并行度時，F(xiàn)link可以將它們合并到同一個Task Slot中執(zhí)行，稱為“鏈?zhǔn)秸{(diào)度”。這樣做的好處是可以減少線程切換和序列化/反序列化的開銷。鏈?zhǔn)秸{(diào)度的前提條件是這些任務(wù)之間沒有其他類型的任務(wù)插入，且它們的操作不會導(dǎo)致阻塞。

(4) 動態(tài)調(diào)整

用戶可以在配置文件中設(shè)置默認(rèn)的Task Slot數(shù)量，也可以在啟動集群時通過命令行參數(shù)指定。此外，還可以根據(jù)具體作業(yè)的需求動態(tài)調(diào)整每個TaskManager的Task Slot數(shù)量。動態(tài)調(diào)整Task Slot數(shù)量的能力有助于更好地適應(yīng)不同類型的負(fù)載變化，例如高峰期增加Task Slot來提升吞吐量，在低谷期減少Task Slot以節(jié)省資源。

3. Slot的配置方式

(1) 全局配置

在 flink-conf.yaml 文件中設(shè)置 taskmanager.numberOfTaskSlots 參數(shù)，為整個集群設(shè)定默認(rèn)的Task Slot數(shù)量。

taskmanager.numberOfTaskSlots:4

(2) 命令行參數(shù)

在啟動Flink集群時，使用 -D taskmanager.numberOfTaskSlots=4 參數(shù)覆蓋默認(rèn)值。

./bin/start-cluster.sh -D taskmanager.numberOfTaskSlots=4

(3) 動態(tài)配置

對于某些特定的應(yīng)用場景，可能需要更靈活地控制每個TaskManager的Task Slot數(shù)量。這時可以利用Flink提供的REST API或者YARN/Kubernetes等平臺提供的機(jī)制來進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。

4. Slot的最佳實(shí)踐

(1) 合理規(guī)劃并行度

確保Job的并行度與集群中的Task Slot總數(shù)相匹配，既能充分利用現(xiàn)有資源，又不會造成不必要的等待。例如，如果集群中有10個TaskManager，每個TaskManager有4個Slot，那么集群總共有40個Slot，Job的并行度可以設(shè)置為40以內(nèi)。

(2) 考慮任務(wù)特性

對于計(jì)算密集型任務(wù)，可以適當(dāng)增加Task Slot的數(shù)量以提高并發(fā)處理能力；而對于I/O密集型任務(wù)，則應(yīng)關(guān)注網(wǎng)絡(luò)帶寬和磁盤I/O性能。例如，對于一個計(jì)算密集型的數(shù)據(jù)分析任務(wù)，可以增加Task Slot的數(shù)量，讓更多的子任務(wù)并行執(zhí)行。

(3) 監(jiān)控資源使用情況

定期檢查Task Slot的使用率、內(nèi)存消耗等指標(biāo)，及時發(fā)現(xiàn)并解決潛在的問題。例如，可以使用Flink的監(jiān)控工具，查看每個TaskManager的Slot使用率和內(nèi)存使用情況。

(4) 測試與調(diào)優(yōu)

在生產(chǎn)環(huán)境中部署之前，先在小規(guī)模集群上進(jìn)行充分測試，找到最適合當(dāng)前工作負(fù)載的Task Slot配置。例如，可以在測試環(huán)境中調(diào)整Task Slot的數(shù)量，觀察作業(yè)的性能變化，找到一個最優(yōu)的配置。

5. 算子和Slot的關(guān)系

(1) 算子的子任務(wù)與Slot的分配

在Flink中，每個算子會根據(jù)其并行度被拆分成多個子任務(wù)（subtask），這些子任務(wù)需要被分配到不同的Slot中執(zhí)行。例如，一個算子的并行度為3，那么它會有3個子任務(wù)，這3個子任務(wù)需要被分配到3個不同的Slot中。默認(rèn)情況下，F(xiàn)link允許子任務(wù)共享Slot，只要這些子任務(wù)屬于同一作業(yè)。這樣可以提高資源利用率，例如將資源密集型和非密集型的任務(wù)同時放到一個Slot中，它們可以自行分配對資源占用的比例。

(2) 算子鏈對Slot使用的影響

算子鏈（Operator Chain）是Flink中的一種優(yōu)化技術(shù)，它將多個算子連接在一起形成一個鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，以減少數(shù)據(jù)序列化和網(wǎng)絡(luò)傳輸開銷。當(dāng)算子形成算子鏈后，它們會被合并成一個任務(wù)，這個任務(wù)只需要一個Slot來執(zhí)行。例如，Source算子和Map算子形成了算子鏈，它們的并行度都為2，那么合并后的任務(wù)也有2個子任務(wù)，只需要2個Slot來執(zhí)行。

(3) Slot共享組對算子和Slot關(guān)系的影響

通過 slotSharingGroup 方法可以將算子分配到指定的共享組中，同一共享組的算子會盡可能共享Slot。例如，將多個算子都設(shè)置為同一個共享組，那么這些算子的子任務(wù)可以共享同一個Slot，從而提高資源利用率。但如果不同的算子設(shè)置了不同的共享組，它們的子任務(wù)就不能共享Slot，需要分別分配Slot。

三、Flink算子鏈

1. 算子鏈的概念

算子鏈（Operator Chain）是Flink中的一種優(yōu)化技術(shù)，用于將多個算子連接在一起形成一個鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，以減少數(shù)據(jù)序列化和網(wǎng)絡(luò)傳輸開銷，提高整體的處理性能。在Flink中，并行度相同的一對一（one to one）算子操作，可以直接鏈接在一起形成一個 “大” 的任務(wù)（task），每個task會被一個線程執(zhí)行。

例如，在一個WordCount程序中，Source算子和Map算子之間滿足算子鏈的要求，可以直接合并在一起，形成一個任務(wù)；因?yàn)椴⑿卸葹?，所以合并后的任務(wù)也有兩個并行子任務(wù)。這樣，這個數(shù)據(jù)流圖所表示的作業(yè)最終會有5個任務(wù)，由5個線程并行執(zhí)行。

2. 算子間的數(shù)據(jù)傳輸模式

(1) 一對一（One-to-one，forwarding）

這種模式下，數(shù)據(jù)流維護(hù)著分區(qū)以及元素的順序。比如source和map算子，source算子讀取數(shù)據(jù)之后，可以直接發(fā)送給map算子做處理，它們之間不需要重新分區(qū)，也不需要調(diào)整數(shù)據(jù)的順序。這就意味著map算子的子任務(wù)，看到的元素個數(shù)和順序跟source算子的子任務(wù)產(chǎn)生的完全一樣，保證著“一對一”的關(guān)系。map、filter、flatMap 等算子都是這種one-to-one的對應(yīng)關(guān)系。這種關(guān)系類似于Spark中的窄依賴。

(2) 重分區(qū)（Redistributing）

在這種模式下，數(shù)據(jù)流的分區(qū)會發(fā)生改變。比如 map 和后面的 keyBy/window 算子之間，以及 keyBy/window 算子和 Sink 算子之間，都是這樣的關(guān)系。每一個算子的子任務(wù)，會根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟呗裕褦?shù)據(jù)發(fā)送到不同的下游目標(biāo)任務(wù)。這些傳輸方式都會引起重分區(qū)的過程，這一過程類似于Spark中的shuffle。

3. 算子鏈的創(chuàng)建條件

(1) 上下游的并行度一致

上下游算子的并行度必須相同，才能形成算子鏈。例如，如果Source算子的并行度為2，Map算子的并行度為4，那么它們之間就不能形成算子鏈。

(2) 下游節(jié)點(diǎn)的入度為1

下游節(jié)點(diǎn)的入度為1，即下游節(jié)點(diǎn)沒有來自其他節(jié)點(diǎn)的輸入。例如，如果一個算子有兩個輸入流，那么它就不能與上游算子形成算子鏈。

(3) 上下游節(jié)點(diǎn)都在同一個slot group中

上下游節(jié)點(diǎn)都必須在同一個slot group中，才能形成算子鏈。關(guān)于slot group的概念，將在后面的共享組部分詳細(xì)介紹。

(4) 下游節(jié)點(diǎn)的chain策略為ALWAYS

下游節(jié)點(diǎn)的chain策略為ALWAYS，表示可以與上下游鏈接，map、flatmap、filter 等默認(rèn)是ALWAYS。

(5) 上游節(jié)點(diǎn)的chain策略為ALWAYS或HEAD

上游節(jié)點(diǎn)的chain策略為ALWAYS或HEAD，HEAD表示只能與下游鏈接，不能與上游鏈接，Source默認(rèn)是HEAD。

(6) 兩個節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)分區(qū)方式是forward

兩個節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)分區(qū)方式必須是forward，即數(shù)據(jù)不需要重新分區(qū)。

(7) 用戶沒有禁用chain

用戶沒有通過編程API禁用算子鏈。例如，沒有調(diào)用 disableChaining() 方法。

4. 算子鏈的控制方法

(1) 全局禁用算子鏈

可以通過調(diào)用 StreamExecutionEnvironment.disableOperatorChaining() 來全局禁用算子鏈。示例代碼如下：

StreamExecutionEnvironment env =StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
env.disableOperatorChaining();

(2) 從當(dāng)前算子開始新鏈

可以通過在DataStream的operator后面調(diào)用 startNewChain() 來指示從該operator開始一個新的chain（與前面截?cái)?，不會被chain到前面）。示例代碼如下：

DataStream<String> stream = env.fromElements("a","b","c");
stream.map(value -> value.toUpperCase())
.startNewChain()
.filter(value -> value.startsWith("A"));

(3) 禁用算子鏈

可以通過調(diào)用 disableChaining() 來指示該operator不參與chaining（不會與前后的operator chain一起）。示例代碼如下：

DataStream<String> stream = env.fromElements("a","b","c");
stream.map(value -> value.toUpperCase())
.disableChaining()
.filter(value -> value.startsWith("A"));

5. 算子鏈與并行度、Slot的最優(yōu)搭配

(1) 并行度相同時的搭配

當(dāng)上下游算子的并行度相同時，更容易形成算子鏈，從而減少線程切換和數(shù)據(jù)傳輸開銷。此時，應(yīng)該盡量讓這些算子在同一個Slot中執(zhí)行，以提高資源利用率。例如，如果Source算子和Map算子的并行度都為4，且滿足算子鏈的其他條件，那么它們可以形成算子鏈，只需要4個Slot來執(zhí)行這兩個算子的任務(wù)。

(2) 并行度不同時的處理

如果上下游算子的并行度不同，無法形成算子鏈。這時需要根據(jù)具體情況調(diào)整并行度或分配Slot。例如，如果Source算子的并行度為2，而Map算子的并行度為4，可以考慮將Source算子的并行度提高到4，或者將Map算子的并行度降低到2，以嘗試形成算子鏈。如果無法調(diào)整并行度，就需要為每個算子的子任務(wù)分別分配Slot。

(3) 考慮算子的資源需求

對于資源密集型的算子，如aggregate、reduce、sum、window等，即使并行度相同，也可以考慮不與其他算子形成算子鏈，而是單獨(dú)分配Slot，以確保其有足夠的資源執(zhí)行。例如，對于一個復(fù)雜的窗口操作，可以使用 startNewChain() 或 disableChaining() 方法將其與其他算子分開，使其獨(dú)享一個Slot的資源。而對于非資源密集型的算子，如source、map、sink等，可以盡量與其他算子形成算子鏈，共享Slot資源。

四、Flink共享組

1. 共享組的概念

在Apache Flink中，slotSharingGroup() 是一個用于控制算子（operator）之間資源共享的機(jī)制。它允許多個算子共享相同的slot（即資源容器）。Slot是Flink中的資源單位，slot共享可以提高資源利用率，但在某些情況下，我們希望更精細(xì)地控制不同算子的資源分配，slotSharingGroup 就提供了這種能力。

2. 共享組的作用

(1) 控制資源分配

將算子分配到不同的slot sharing group，可以將某些關(guān)鍵算子隔離出來，確保它們不會與其他算子爭用資源。例如，對于一些重要的窗口操作或聚合操作，可以為其分配獨(dú)立的slot sharing group，避免受到其他輕量級算子的干擾。

(2) 提高性能和穩(wěn)定性

通過分組隔離，防止某些算子占用過多資源，從而影響其他算子的執(zhí)行性能。例如，如果某個算子由于處理復(fù)雜度高或其他原因產(chǎn)生背壓，可能會影響同一slot sharing group中的其他算子。通過 slotSharingGroup() 隔離算子，可以減少背壓的擴(kuò)散。

(3) 解決背壓問題

對于某些復(fù)雜的算子，可能會導(dǎo)致算子鏈中的其他算子受到背壓影響。通過將其分配到不同的slot sharing group，可以減少此類問題。例如，對于一個計(jì)算密集型的算子，可以將其分配到一個獨(dú)立的slot sharing group，避免對其他算子產(chǎn)生背壓。

3. 共享組的使用場景

(1) 算子資源隔離

當(dāng)某些算子需要較高的資源或執(zhí)行較復(fù)雜的邏輯時，可能希望將它們與其他輕量級算子隔離開來，避免干擾。比如某些窗口操作、聚合操作可能消耗大量內(nèi)存和計(jì)算資源，此時可以為其分配獨(dú)立的slot sharing group。

(2) 優(yōu)化并行度與資源利用率

在具有不同并行度的算子間，可以通過不同的slot sharing group來優(yōu)化資源利用，避免算子在同一slot中因?yàn)椴⑿卸炔町惗霈F(xiàn)負(fù)載不均的問題。例如，對于并行度較高的算子和并行度較低的算子，可以將它們分配到不同的slot sharing group，提高資源利用率。

(3) 避免背壓擴(kuò)散

如果某個算子由于處理復(fù)雜度高或其他原因產(chǎn)生背壓，可能會影響同一slot sharing group中的其他算子。通過 slotSharingGroup() 隔離算子，可以減少背壓的擴(kuò)散。例如，對于一個容易產(chǎn)生背壓的算子，可以將其分配到一個獨(dú)立的slot sharing group，避免影響其他算子的執(zhí)行。

4. 共享組的代碼示例

// 定義兩個數(shù)據(jù)流
DataStream<String> stream1 = env.fromElements("a","b","c");
DataStream<String> stream2 = env.fromElements("1","2","3");
// 給第一個算子鏈設(shè)置 slotSharingGroup
stream1.map(value -> value.toUpperCase())
.slotSharingGroup("group1")
.filter(value -> value.startsWith("A"))
.slotSharingGroup("group1");
// 給第二個算子鏈設(shè)置不同的 slotSharingGroup
stream2.map(value -> value +"X")
.slotSharingGroup("group2")
.filter(value -> value.endsWith("X"))
.slotSharingGroup("group2");
// 匯聚兩個流并繼續(xù)處理
stream1.union(stream2)
.map(value ->"Processed: "+ value)
.slotSharingGroup("group3");
env.execute();

在上述代碼中，stream1 的算子被分配到了 "group1"，stream2 的算子被分配到了 "group2"，兩者之間的算子不會共享相同的slot，從而實(shí)現(xiàn)了資源隔離。最后，通過 union() 操作將兩個流合并并設(shè)置為 "group3"，合并后的流將使用一個新的共享組。

5. 共享組的效果

(1) 資源隔離

在上面的示例中，不同的算子鏈被分配到了不同的slot sharing group，實(shí)現(xiàn)了資源隔離。這可以確保關(guān)鍵算子不會受到其他算子的干擾，提高了作業(yè)的穩(wěn)定性和性能。

(2) 優(yōu)化資源分配

通過給不同的算子鏈分配不同的slot sharing group，F(xiàn)link在作業(yè)執(zhí)行時會為每個共享組分配不同的slot，避免了在同一個slot中同時運(yùn)行可能會競爭資源的算子。這可以提高資源利用率，避免資源浪費(fèi)。

(3) 減少資源爭用和背壓傳播

當(dāng)某些復(fù)雜算子引發(fā)的背壓或資源消耗比較高時，其他不相關(guān)的算子不會受到其影響，從而提高了作業(yè)的穩(wěn)定性和性能。例如，如果某個算子產(chǎn)生了背壓，由于它被分配到了一個獨(dú)立的slot sharing group，不會影響其他共享組中的算子。

6. 共享組的注意事項(xiàng)

(1) 默認(rèn)設(shè)置

默認(rèn)情況下，F(xiàn)link的所有算子都屬于同一個默認(rèn)的slot sharing group。如果不顯式設(shè)置 slotSharingGroup()，所有算子都會共享同一個slot。

(2) 資源不足問題

分配給一個slot sharing group的所有算子會被Flink盡可能分配到同一個slot中運(yùn)行。如果算子的并行度較高，而集群資源不足，可能會導(dǎo)致部分算子不能有效共享slot，這時可以通過調(diào)整集群資源或者優(yōu)化slot分配策略來解決。

(3) 鏈?zhǔn)讲僮饔绊?/p>

為可鏈?zhǔn)讲僮鞯乃阕釉O(shè)置不同的slot sharing group可能會導(dǎo)致鏈?zhǔn)讲僮?nbsp;operator chains 產(chǎn)生割裂，從而改變性能。因此，在設(shè)置slot sharing group時，需要考慮算子之間的鏈?zhǔn)疥P(guān)系。

(4) 算子調(diào)度

slot 共享組僅僅意味著調(diào)度器可以使被分組的算子被部署到同一個slot中，但無法保證將被分組的算子部署在一起。如果被分組算子被部署到單獨(dú)的slot中，slot資源將從特定的資源組需求中派生而來。

7. 共享組與并行度、Slot、算子鏈的最優(yōu)搭配

(1) 相同共享組內(nèi)的搭配

將資源需求相似的算子分配到同一個共享組中，可以提高資源利用率。例如，將所有的非資源密集型算子（如source、map、sink）分配到一個共享組，將資源密集型算子（如aggregate、reduce、sum、window）分配到另一個共享組。在同一個共享組內(nèi)，盡量讓并行度相同的算子形成算子鏈，在同一個Slot中執(zhí)行。例如，在一個共享組內(nèi)，Source算子和Map算子的并行度都為3，且滿足算子鏈的條件，它們可以形成算子鏈，只需要3個Slot。

(2) 不同共享組的隔離

對于資源需求差異較大或容易產(chǎn)生背壓的算子，分配到不同的共享組中，以避免資源競爭和背壓傳播。例如，將容易產(chǎn)生背壓的窗口操作算子分配到一個獨(dú)立的共享組，與其他算子隔離開來。這樣即使窗口操作算子產(chǎn)生背壓，也不會影響其他共享組中的算子。

(3) 綜合考慮并行度和Slot數(shù)量

在設(shè)置共享組時，需要綜合考慮整個作業(yè)的并行度和集群中可用的Slot數(shù)量。如果共享組內(nèi)的算子并行度之和超過了可用的Slot數(shù)量，可能會導(dǎo)致部分任務(wù)等待或資源不足。因此，需要合理調(diào)整算子的并行度和共享組的分配，以確保作業(yè)能夠高效執(zhí)行。