状态一致性
当在分布式系统中引入状态时，自然也引入了一致性问题。一致性实际上是"正确性级别"的另一种说法，也就是说在成功处理故障并恢复之后得到的结果，与没有发生任何故障时得到的结果相比，前者到底有多正确？举例来说，假设要对最近一小时登录的用户计数。在系统经历故障之后，计数结果是多少？如果有偏差，是有漏掉的计数还是重复计数？
什么是状态一致性
- 有状态的流处理，内部每个算子任务都可以有自己的状态
- 对于流处理器内部来说，所谓的状态一致性，其实就是我们所说的计算结果要保证准确。
- 一条数据不应该丢失，也不应该重复计算
- 在遇到故障时可以恢复状态，恢复以后的重新计算，结果应该也是完全正确的。
状态一致性分类
Flink的一个重大价值在于，它既保证了exactly-once，也具有低延迟和高吞吐的处理能力。
- AT-MOST-ONCE（最多一次）
当任务故障时，最简单的做法是什么都不干，既不恢复丢失的状态，也不重播丢失的数据。At-most-once 语义的含义是最多处理一次事件。这其实是没有正确性保障的委婉说法——故障发生之后，计数结果可能丢失。同样的还有udp。 - AT-LEAST-ONCE（至少一次）
在大多数的真实应用场景，我们希望不丢失事件。这种类型的保障称为 at-least-once，意思是所有的事件都得到了处理，而一些事件还可能被处理多次。这表示计数结果可能大于正确值，但绝不会小于正确值。也就是说，计数程序在发生故障后可能多算，但是绝不会少算。 - EXACTLY-ONCE（精确一次）
恰好处理一次是最严格的保证，也是最难实现的。恰好处理一次语义不仅仅意味着没有事件丢失，还意味着针对每一个数据，内部状态仅仅更新一次。这指的是系统保证在发生故障后得到的计数结果与正确值一致。
一致性检查点（Checkpoints）
端到端（end-to-end）状态一致性
- 内部保证 —— 依赖checkpoint
- source 端 —— 需要外部源可重设数据的读取位置
- sink 端 —— 需要保证从故障恢复时，数据不会重复写入外部系统
幂等写入
事务写入
幂等写入（Idempotent Writes）
所谓幂等操作，是说一个操作，可以重复执行很多次，但只导致一次结果更改，也就是说，后面再重复执行就不起作用了。
事务写入（Transactional Writes）
需要构建事务来写入外部系统，构建的事务对应着 checkpoint，等到 checkpoint 真正完成的时候，才把所有对应的结果写入 sink 系统中。
预写日志（Write-Ahead-Log，WAL）
两阶段提交（Two-Phase-Commit，2PC）
真正得用一个事务来保证
不同 Source 和 Sink 的一致性
Flink+Kafka 端到端状态一致性的保证
Exactly-once 两阶段提交
- JobManager 协调各个 TaskManager 进行 checkpoint 存储
- checkpoint保存在 StateBackend中，默认StateBackend是内存级的，也可以改为文件级的进行持久化保存
- 当 checkpoint 启动时，JobManager 会将检查点分界线（barrier）注入数据流
- barrier会在算子间传递下去
- 每个算子会对当前的状态做个快照，保存到状态后端
- checkpoint 机制可以保证内部的状态一致性
- 每个内部的 transform 任务遇到 barrier 时，都会把状态存到 checkpoint 里
- sink 任务首先把数据写入外部 kafka，这些数据都属于预提交的事务；遇到 barrier 时，把状态保存到状态后端，并开启新的预提交事务
- 当所有算子任务的快照完成，也就是这次的 checkpoint 完成时，JobManager 会向所有任务发通知，确认这次 checkpoint 完成
- sink 任务收到确认通知，正式提交之前的事务，kafka 中未确认数据改为“已确认”
Exactly-once 两阶段提交步骤总结
- 第一条数据来了之后，开启一个 kafka 的事务（transaction），正常写入 kafka 分区日志但标记为未提交，这就是“预提交”
- jobmanager 触发 checkpoint 操作，barrier 从 source 开始向下传递，遇到 barrier 的算子将状态存入状态后端，并通知 jobmanager
- sink 连接器收到 barrier，保存当前状态，存入 checkpoint，通知 jobmanager，并开启下一阶段的事务，用于提交下个检查点的数据
- jobmanager 收到所有任务的通知，发出确认信息，表示 checkpoint 完成
- sink 任务收到 jobmanager 的确认信息，正式提交这段时间的数据
- 外部kafka关闭事务，提交的数据可以正常消费了。