實戰資料流架構:用Apache Flink建立永續高性能服務

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龍中華
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  • Apache Flink
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具体描述

  Big Data + 機器學習,同時滿足儲存及運算,用Flink+Alink打造全智慧大數據平台
 
  ▌業界唯一
  Flink是一個開放原始碼的分散式巨量資料處理引擎與計算框架。專門針對無界資料流程和有界資料流程進行統一處理,是業界唯一開放原始碼的分散式巨量資料處理引擎與計算框架。
 
  ▌最大特色
  Flink最大的特色,就是能進行有狀態或無狀態的計算,對無界資料流程和有界資料流程進行統一處理,並且是一個開放原始碼的分散式巨量資料處理引擎與計算框架。
 
  ▌功能強大
  Flink功能強大,可進行的資料處理包括即時資料處理、特徵工程、歷史資料(有界資料)處理、連續資料管道應用、機器學習、圖表分析、圖型計算、容錯的資料流程處理等。
 
  市面上幾乎沒有介紹Flink的中文書籍,更別說Flink的最佳幫手機器學習Alink了。Alink號稱中文社區三大機器學習平台,擁有完整的生態系,本書最後兩章使用了Alink實作了一個推薦系統的實戰,這種只運用在巨型商業網站上的服務,現在也走入你我生活,讓我們也可以一窺高手養成的全貌,讓自己也邁向大師之列。
 
  適合讀者
  閱讀本書的讀者不需要具備巨量資料理論知識,也不需要懂得Hadoop、Spark、Storm 等巨量資料領域的知識,但是需要具備一定的Java 語言開發基礎(或至少使用過一種開發語言)。
深度解析:下一代企业级数据平台构建与实践 本书面向的读者群体: 渴望掌握企业级实时数据处理核心技术的架构师与高级工程师。 致力于构建高吞吐、低延迟、强一致性数据管道的开发人员。 负责数据基础设施选型、规划与运维的CTO及技术负责人。 希望深入理解流式计算框架底层原理,并将其应用于复杂业务场景的专业人士。 --- 第一章:现代数据架构的范式转移——从批处理到流批一体的必然 本章将系统性地探讨当前企业数据架构所面临的挑战,并深入分析技术栈的演进历程。我们首先剖析传统批处理架构的局限性,特别是在应对物联网(IoT)、金融交易、用户行为追踪等场景时所暴露出的时效性瓶颈。接着,本书将聚焦于“流批一体”这一核心理念的兴起,阐述为何实时性已成为现代数据基础设施的刚需。我们将详细拆解两种主流数据处理模型——Lambda与Kappa架构的优缺点及适用场景。通过对比分析,读者将清晰认识到,只有基于统一的流处理引擎,才能有效规避批处理和实时处理双重维护的复杂性与数据不一致风险。本章内容将为后续所有技术选型奠定坚实的理论基础,强调在资源受限和业务快速迭代的环境下,构建具备弹性伸缩能力的数据层的重要性。 第二章:分布式数据流处理引擎的基石:核心概念与理论模型 本章是理解高性能数据流系统的理论基石。我们将不再停留在工具的使用层面,而是深入探讨流处理背后的数学和工程原理。首先,系统讲解时间语义的复杂性,包括事件时间(Event Time)、摄入时间(Ingestion Time)和处理时间(Processing Time)的精确定义、相互转换的机制,以及如何处理乱序数据和数据延迟问题。其次,重点解析窗口(Windowing)机制的精髓,详细区分滚动窗口、滑动窗口、会话窗口的内部实现差异,并探讨如何根据业务需求定制复杂的窗口逻辑。更关键的是,我们将剖析状态管理(State Management)在流处理中的核心地位。这包括本地状态、远程状态的对比,状态后端(如RocksDB)的工作原理,以及如何保证状态的一致性与容错能力。此外,还将介绍分布式快照算法(如Chandy-Lamport的变体)在流处理中的应用,确保系统在故障发生时能够精确恢复到上次一致性检查点。 第三章:构建高可用、可扩展的实时数据管道:基础设施选型与部署策略 一个稳定可靠的数据流平台,其性能表现高度依赖于底层基础设施的协同工作。本章聚焦于构建数据管道的存储、消息队列和计算资源的集成策略。我们将深入分析主流分布式消息队列(如Kafka、Pulsar)在高吞吐场景下的分区策略、副本机制和持久化机制。探讨如何根据数据量和延迟要求合理配置队列的保留策略和消费者组的并行度。在计算资源层面,本书将详述资源调度器(如YARN、Kubernetes)在流式作业管理中的角色,如何实现资源的动态隔离与弹性伸缩。针对数据同步场景,我们将对比不同数据源(数据库CDC、日志采集)的接入技术,并重点分析如何设计健壮的“源到目标”数据流,确保数据在传输过程中的可靠性与顺序性。本章提供的部署蓝图,旨在帮助读者避免常见的运维陷阱,确保系统在高负载下的稳定性。 第四章:高级数据转换与聚合:复杂业务逻辑的实现 数据流处理的价值在于将原始数据转化为有洞察力的信息。本章将专注于讲解如何在流式环境中高效实现复杂的数据转换(Transformation)和聚合(Aggregation)操作。内容将覆盖多流的连接(Join)操作,特别是如何在低延迟下实现时间窗口连接(Window Join)和基于状态的流流连接(Stateful Stream-Stream Join)。我们将深入讲解如何高效处理去重(Deduplication)问题,这是实时系统中避免重复计算的关键。在聚合方面,本书将超越简单的计数和求和,详细阐述如何利用Incremental Aggregation(增量聚合)技术,显著降低计算资源消耗,并实现更低延迟的实时报表生成。此外,本章还将探讨如何利用布隆过滤器(Bloom Filters)等概率数据结构来优化内存使用,同时平衡精度要求。 第五章:容错、监控与运维:确保生产环境的韧性与可观测性 一个高性能的系统必须是可观测和可维护的。本章是关于生产级系统运维的关键指导。我们将详细阐述故障恢复机制的核心设计,包括检查点(Checkpointing)的触发时机、存储策略(本地与远程存储的优劣),以及如何精确地进行故障转移(Failover)。在监控与告警方面,本书将指导读者如何定义和采集关键性能指标(KPIs),例如处理延迟、背压(Backpressure)信号、状态大小增长率等,并建立一套有效的预警系统。对于数据质量问题,我们将介绍“死亡信封(Dead Letter Queue, DLQ)”的设计模式,用于捕获和隔离无法处理的异常数据,防止其阻塞整个数据流。本章旨在为读者提供一套完整的生产环境自愈和主动运维的策略。 第六章:面向未来的演进:流处理与机器学习、图计算的融合 数据处理的未来必然是与上层应用深度融合的。本章将展望和实践流处理与其他前沿技术的结合。我们将探讨如何将流式计算引擎无缝集成到实时机器学习(Real-time ML)流程中,实现特征工程的实时化和模型的在线预测。这包括如何实时维护特征集(Feature Store)以及如何将模型部署为流处理作业的一部分。此外,本书还将探索图数据处理在流式环境下的实现挑战与解决方案,例如实时社交网络分析、反欺诈系统的构建,重点解析如何利用流式计算的特性来高效更新和查询动态图结构。通过本章的学习,读者将能够构建出不仅能处理数据,还能赋能高级智能决策的下一代数据平台。

著者信息

作者簡介
 
龍中華
 
  擁有10多年一線企業開發經驗。對多種技術有深入瞭解和研究,致力於用技術為公司業務創造利潤。
  曾在多家公司擔任主程式設計師和系統架構師,現就職於某大數據研究機構,擔任技術顧問。

图书目录

第 1 篇 入門篇 ●
01 進入巨量資料和人工智慧世界
1.1 認識巨量資料和人工智慧 
1.2 認識Flink
1.3 認識Alink 
1.4 如何使用本書的原始程式 
 
02 實例1:使用Flink 的4種API 處理無界資料流程和有界資料流程
2.1 創建Flink 應用程式
2.2 使用DataSet API 處理有界資料流程
2.3 使用DataStream API 處理無界資料流程 
2.4 使用Table API 處理無界資料流程和有界資料流程
2.5 使用SQL 處理無界資料流程和有界資料流程 
2.6 生成執行計畫圖 
 
● 第 2 篇 基礎篇 ●
03 概覽Flink
3.1 了解流處理和批次處理 
3.2 Flink 的整體架構 
3.3 Flink 的程式設計介面 
3.4 Flink 的專案依賴
3.5 了解分散式執行引擎的環境
 
04 Flink 開發基礎
4.1 開發Flink 應用程式的流程 
4.2 處理參數 
4.3 自訂函數
4.4 資料類型和序列化
 
05 Flink 的轉換運算元
5.1 定義鍵 
5.2 Flink 的通用轉換運算元
5.3 Flink 的DataSet API 專用轉換運算元 
5.4 Flink 的DataStream API 專用轉換運算元 
5.5 認識低階流處理運算元 
5.6 疊代運算
 
● 第 3 篇 進階篇 ●
06 使用DataSet API 實現批次處理
6.1 DataSet API 的資料來源 
6.2 操作函數中的資料物件
6.3 語義註釋 
6.4 認識分散式快取和廣播變數
 
07 使用DataStream API 實現流處理
7.1 認識DataStream API 
7.2 視窗 
7.3 認識時間和水位線生成器
7.4 狀態 
7.5 狀態持久化 
7.6 旁路輸出
7.7 資料處理語義
7.8 實例33:自訂事件時間和水位線 
 
08 使用狀態處理器API—State Processor API
8.1 認識狀態處理器API
8.2 將應用程式狀態映射到DataSet 
8.3 讀取狀態
8.4 編寫新的保存點 
8.5 修改保存點 
8.6 實例34:使用狀態處理器API 寫入和讀取保存點
 
09 複雜事件處理函數庫
9.1 認識複雜事件處理函數庫 
9.2 實例35:實現3 種模式的CEP 應用程式 
9.3 認識模式API
9.4 檢測模式
9.5 複雜事件處理函數庫中的時間 
 
10 使用Table API 實現流/批統一處理
10.1 Table API 和SQL
10.2 Table API 和SQL 的「流」的概念 
10.3 Catalog 
10.4 Table API、SQL 與DataStream和DataSet API 的結合 
 
11 使用SQL 實現流/ 批統一處理
11.1 SQL 用戶端 
11.2 SQL 敘述 
11.3 變更資料獲取 
11.4 認識流式聚合 
11.5 實例43:使用DDL 創建表,並進行流式視窗聚合
 
12 整合外部系統
12.1 認識Flink 的連接器 
12.2 非同步存取外部資料 
12.3 外部系統拉取Flink 資料 
12.4 認識Flink 的Kafka 連接器 
12.5 實例44:在Flink 中生產和消費Kafka 訊息
 
第 4 篇 機器學習篇 ●
13 進入機器學習世界
13.1 學習人工智慧的經驗
13.2 認識機器學習 
13.3 機器學習的主要任務 
13.4 開發機器學習應用程式的基礎 
13.5 機器學習的分類 
13.6 了解機器學習演算法 
13.7 機器學習的評估模型 
 
14 流/ 批統一的機器學習框架(平台)Alink
14.1 認識Alink 的概念和演算法函數庫 
14.2 實例45:以流/批方式讀取、取樣和輸出資料集 
14.3 實例46:使用分類演算法實現資料的情感分析 
14.4 實例47:實現協作過濾式的推薦系統 
 
第 5 篇 專案實戰篇 ●
15 實例48:使用巨量資料和機器學習技術實現一個廣告推薦系統
15.1 了解實例架構 
15.2 了解推薦系統 
15.3 認識線上學習演算法 
15.4 實現機器學習 
15.5 實現連線服務層
15.6 日誌打點和監測 
 
A 附錄
A-1 難懂概念介紹
A-2 Flink 常見問題整理 
A-3 Alink 常見問題整理

图书序言

  • ISBN:9789860776423
  • 規格:平裝 / 512頁 / 17 x 23 x 2.6 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣

图书试读

 
  為了滿足企業巨量資料和人工智慧團隊的教育訓練需求,作者編寫了大量相關的教育訓練文件,但是這些文件主要是針對臨時需求製作的,內容較多,整體上較為零散,不利於企業新同事的系統化學習。另外,官方文件雖然編寫得很好,但基礎知識的遞進關係並不理想,並且晦澀難懂。因此,作者整理了這些教育訓練文件,並且反覆推敲章節的遞進關係,以及基礎知識的串聯方式、基礎知識與實例的實用性,最終完成了本書的編寫。
 
  本書特色
  ■ 版本較新:針對 Flink 1.11 版本和 Alink 1.2 版本。
  ■ 實例科學:採用“基礎知識 + 實例"的形式編寫。
  ■ 實例豐富:47 個基礎實例 + 1 個專案實例。
  ■ 跨界整合:①講解了 4 種開發 Flink 應用程式的 API,即 DataSet API、
DataStream API、Table API 和SQL 相關知識;②講解了狀態處理器API、複雜事件處理庫,以及常用的訊息中介軟體Kafka;③講解了巨量資料和人工智慧的結合,以及機器學習框架Alink。
  ■ 編排講究:本書涉及的術語儘量做到有跡可循,每一個術語都盡可能在前面的章節中有所描述。章節遞進關係清楚,內容順序合理,從頭到尾邏輯連貫。
 
  適合讀者
  本書是否適合你,取決於你之前的知識、經驗儲備和學習目標。作者建議讀者根據本書目錄來進行判斷,閱讀本書的讀者不需要具備巨量資料理論知識,也不需要懂得Hadoop、Spark、Storm 等巨量資料領域的知識,但是需要具備一定的Java 語言開發基礎(或至少使用過一種開發語言)。
 
  本書編寫環境
  ■ Flink 版本:1.11。
  ■ Alink 版本:1.2(基於 Flink 1.11)。
  ■ 開發工具:IntelliJ IDEA 付費版,以及社區版。
  ■ JDK 版本:8u211。
  ■ Maven 版本:3.6.1。
  ■ Zookeeper 版本:3.6.1。
  ■ Kafka 版本:2.6.0(基於 Scala 2.12)。
  ■ MySQL:8.0.21.0(需要支援 Binlog)。
  
  致謝
  感謝Flink 社區、Flink 中文社區開放原始碼貢獻者,以及Alink 開發團隊和開放原始碼貢獻者的奉獻。Flink 和Alink 的官方網站提供了豐富的文件和註釋詳盡的開原始程式碼,作者在編寫本書的過程中參考了很多相關的文件。巨量資料領域、Flink 和Alink 技術博大精深,由於本書篇幅有限,作者的精力和技術也有限,因此書中難免存在不足之處,敬請讀者們批評指正。聯絡作者請發電子郵件至363694485@qq.com。
 
龍中華

用户评价

评分

這本書的書名給了我一種踏實的感覺,它沒有用太多華而不實的詞彙,而是直指核心——「資料流架構」與「永續高性能」。這代表它可能在探討的議題是如何在不斷變化的業務需求下,設計出具有彈性(Elasticity)的系統。我猜測內容會涵蓋如何利用 Kubernetes 或其他容器化技術來編排 Flink 應用,實現資源的彈性伸縮。畢竟,在淡旺季數據量波動大的服務中,如何優化資源使用率,是每個架構師的頭痛問題。此外,我個人非常關注跨資料中心或異地備援的設計。如果能看到作者分享如何利用 Flink 的特性,在多活或災難備援架構中維持資料的一致性,那絕對是物超所值。這種規模的系統設計,不僅考驗技術能力,更考驗對業務場景的理解深度。如果書中能提供一些關於資料治理和資料品質控管在串流架構中的實施方案,那這本書就真正地串聯起了技術與業務,成為一本真正具備指導意義的工具書,而非僅僅是技術手冊。

评分

從一個資深工程師的角度來看,一本好的架構書,其深度必須超越官方文件。官方文件教你「怎麼做」(How),但架構書要教你「為什麼這樣做」(Why)以及「在什麼情況下不該這麼做」。我判斷這本書在討論 Flink 時,必然會深入到 JVM 層級的優化,甚至是網路傳輸協議的選擇對延遲的影響。或許會有關於網路拓撲設計、資源分配策略的討論,這些都是在雲端環境中部署大規模 Flink 集群時,決定成本效益和穩定性的關鍵因素。我非常好奇作者對於狀態備援(Checkpointing/Savepointing)的策略是如何拿捏的。不同的備援間隔、不同的儲存媒介(HDFS, S3, RocksDB),都會對系統的即時處理能力產生巨大影響。如果書中能提供一個決策樹或流程圖,引導讀者根據自身的業務需求,選擇最佳的容錯機制,那這本書的實用性就會直線上升,遠勝於單純的技術介紹。總之,我期望這是一本能讓人從使用者思維,躍升到架構設計者的層次。

评分

讀完書名,我腦中立刻浮現出許多業界的痛點場景。現在的資料處理已經不再是單純的 ETL,而是需要即時的決策能力。這本書如果真的能做到「實戰」,那它應該會涵蓋很多面向,例如:如何利用 Flink 的特性來實現複雜的事件序列分析(CEP),或者是在金融科技領域中,如何利用它來做即時的反欺詐偵測。我特別想知道的是,作者是如何組織這些實戰案例的,是從垂直領域切入,還是從技術挑戰來分類?如果是後者,那對技術棧的提升會更有幫助。另外,提到「永續」,這就牽涉到可觀察性(Observability)。一個高性能的系統如果黑箱作業,那出了問題根本無從下手。我期待書中能分享如何整合監控、日誌和追蹤系統(Tracing),讓 Flink Job 的運行狀態一目了然,方便 DevOps 團隊進行日常維護和故障排除。這類型的工具書,如果能提供一套完整的 CI/CD 流程建議,將會大大加分,讓開發、測試、部署的環節都能無縫銜接,真正體現「實戰」的價值。

评分

坦白說,現在市面上講開源工具的書很多,但真正能深入骨髓、讓人讀完有「豁然開朗」感覺的卻少之又少。我對這本《實戰資料流架構》的期待,很大一部分是基於對「永續高性能」這幾個關鍵詞的共鳴。在我們這個產業,系統上線只是開始,如何確保它能在未來兩三年內,面對十倍、百倍的數據增長,依然能穩定運行,才是真功夫。高性能不只是看跑分數據,更要看在極端負載下的表現,以及系統維護的難易度。我預期書中會花大量篇幅探討狀態管理(State Management)的優化,這塊通常是 Flink 應用中最容易出錯的地方。如果作者能提供一些關於快照機制、狀態後端選擇的深入分析,並且輔以實際的效能調校案例,那這本書的含金量就會非常高。此外,「架構」這個詞暗示著不只是 API 的使用,更重要的是整體系統設計的哲學。希望作者能分享如何在高併發場景下,權衡即時性與準確性的取捨藝術,這對許多想從批次轉型到串流的團隊來說,是極為重要的思維轉變。

评分

這本書光是書名就讓人眼睛為之一亮,「實戰資料流架構」聽起來就非常接地氣,絕對不是那種空泛的理論教科書。從書名來看,作者應該是下了不少苦功,把複雜的即時數據處理過程,用非常實用的角度切入,讓人可以馬上聯想到在實際工作場景中會遇到的痛點。我猜測內容肯定會涵蓋許多企業級應用中會遇到的挑戰,像是資料一致性、延遲控制,還有如何設計出一個能夠應付高併發、高吞吐量的系統架構。這種「實戰」二字的分量很重,代表作者一定會分享很多從失敗中學到的寶貴經驗,而不是只講成功的案例。我特別期待看到作者如何剖析那些經典的架構模式,並且針對 Flink 這個強大的工具,提出一套完整的實施藍圖。畢竟,要從零開始建構一個永續的高性能服務,中間的眉角非常多,如果能有一本像這樣有組織、有深度的指南,絕對是省下我們團隊摸索時間的關鍵。這本書的價值,我想主要就在於它提供了一條清晰的道路,從理論到實踐,讓我們在面對海量數據洪流時,不再手足無措,而是能胸有成竹地打造出堅固的基礎設施。

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