关于flink:PyFlink-区块链揭秘行业领头企业-BTCcom-如何实现实时计算

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概要：

大家好，咱们是 BTC.com 团队。2020 年，咱们有幸接触到了 Flink 和 PyFlink 生态，从团队本身需要登程，欠缺了团队内实时计算的工作和需要，搭建了流批一体的计算环境。

在实现实时计算的过程中，咱们在实践中播种了一些教训，在此分享一些这方面的心路历程。

0x01 TOC

  • 困惑 • 形容 • 思考 • 口头

  • 流批一体的架构

    • 架构
    • 成果

  • zeppelin，PyFlink on k8s 等实际

    • zeppelin
    • PyFlink on k8s
  • 区块链畛域实际
  • 瞻望 • 总结

0x02 困惑 • 形容 • 思考 • 口头

作为工程师，咱们每天都在一直地理解需要，研发业务。

有一天，咱们被拉到了一次团队总结会议上，收到了以下的需要：

销售总监 A：

咱们想要晓得销售的历史和实时转化率、销售额，能不能统计一下实时的 TOP5 的商品，还有就是大促时候，用户实时拜访、商品实时浏览量 TOP5 的状况呢，能够依据他历史拜访的记录实时举荐相干的吗。

市场总监 B：

咱们想要晓得市场推广的成果，每次流动的实时数据，不然咱们的市场投放无奈精确评估成果，及时反馈啊。

研发总监 C：

有些用户的 bug 无奈复现，日志能够再实时一点吗？传统日志剖析，须要肯定的梳理，可不可以间接荡涤 / 解决相干的数据？

洽购总监 D：

这些年是不是风行数字化，洽购这边想预测洽购需要，做一下实时分类和治理收入，预测将来供给起源，欠缺一下老本。这个有方法做吗？还有有些供应商不太稳固啊，能监控到他们的状况吗？

运维总监 E：

网站有时候拜访比较慢，没有中央能够看到实时的机器状况，搞个什么监控大屏，这个有方法解决吗？

部门领导 F：

能够实现下面的人的需要吗。

做以上的理解之后，才发现，大家对于数据需要的渴望水平，应用方不仅须要历史的数据，而且还须要实时性的数据。

在电商、金融、制作等行业，数据有着迅猛的增长，诸多的企业面临着的新的挑战，数据分析的实时处理框架，比如说做一些实时数据分析报表、实时数据处理计算等。

和大多数企业相似，在此之前，咱们是没有实时计算这方面的教训和积攒的。这时，就开始困惑了，怎么能够更好地做下面的需要，在老本和成果之间获得均衡，如何设计相干的架构。

穷则思变，在有了困惑当前，咱们就开始筹备梳理已有的条件和咱们到底须要什么。

首先咱们的业务范围次要在区块链浏览器与数据服务、区块链矿池、多币种钱包等。在区块链浏览器的业务里，BTC.com 目前已是寰球当先的区块链数据服务平台，矿池业务在业内排行第一，区块链浏览器也是寰球前三大浏览器之一。

首先，咱们通过 parser 解析区块链上的数据，失去各方面的数据信息，能够剖析出每个币种的地址活跃度、地址交易状况、交易流向、参加水平等内容。目前，BTC.com 区块链浏览器与行业内各大矿池和交易所等公司都有相干单干，能够更好地实现一些数据的统计、整顿、演绎、输入等。

面向的用户，不仅有业余的区块链开发人员，也有各样的 b 端和 c 端用户，c 端用户能够进行区块链地址的标注，智能合约的运行，查看智能合约相干内容等，以及链上数据的检索和查看。b 端用户则有更业余的反对和领导，提供 API、区块链节点等一些的定制以及交易减速、链上的业务单干、数据定制等。

从数据量级来讲，截至目前，比特币大略有 5 亿笔交易，3000 多万地址，22 亿输入（output：每笔交易的输入），并且还在一直增长中。以太坊的话，则更多。而 BTC.com 的矿池和区块链浏览器都反对多币种，各币种的总数据量级约为几十 T。

矿池是矿工购买矿机设备后连贯到的服务平台，矿工能够通过连贯矿池从而获取更稳固的收益。这是一个须要保障 7 * 24 小时稳固的服务，外面有矿机一直地提交其计算好的矿池下发的工作的解，矿池将达到网络难度的解进行播送。这个过程也能够认为是近乎是实时的，矿机通过提交到服务器，服务器外部再提交到 kafka 音讯队列，同时有一些组件监听这些音讯进行生产。而这些提交上来的解能够从中剖析出矿机的工作状态、算力、连贯状况等。

在业务上，咱们须要进行历史数据和实时数据的计算。

历史数据要关联一些币价，历史交易信息，而这些交易信息须要始终保留，是一种典型的批处理工作。

每当有新区块的确认，就有一些数据能够失去解决和剖析，比方某个地址在这个区块里产生了一笔交易，那么能够从其交易流向去剖析是什么样的交易，开掘交易相关性。或者是在这个区块里有一些非凡的交易，比方 segwit 的交易、比方闪电网络的交易，就是有一些这个币种特有的货色能够进行解析剖析和统计。并且在新区块确认时的难度预测也有所变动。

还有就是大额交易的监控，通过新区块的确认和未确认交易，锁定一些大额交易，联合地址的一些标注，锁定交易流向，更好地进行数据分析。

还有是一些区块链方面的 OLAP 方面的需要。

总结了在数据统计方面的需要和问题当前，咱们就开始进行思考：什么是最合适的架构，如何让人员参加少，成本低。

解决问题，无非就是提出假如，通过度量，而后刷新认知。

在浏览了一些材料当前，咱们认为，大部分的计算框架都是通过输出，进行解决，而后失去输入。首先，咱们要获取到数据，这里数据能够从 MySQL 也能够从 Kafka，而后进行计算，这里计算能够是聚合，也能够是 TOP 5 类型的，在实时的话，可能还会有窗口类型的。在计算完之后，将后果做下发，下发到音讯渠道和存储，发送到微信或者钉钉，落地到 MySQL 等。

团队一开始尝试了 spark，搭建了 yarn，应用了 airflow 作为调度框架，通过做 MySQL 的集成导入，开发了一些批处理工作，有着离线工作的特点，数据固定，量大，计算周期长，须要做一些简单操作。

在一些批处理工作上，这种架构是稳固的，然而随着业务的倒退，有了越来越多的实时的需要，并且实时的数据并不能保障按程序达到，按工夫戳排序，音讯的工夫字段是容许前后有差距的。在数据模型上，需要驱动式的开发，老本相对来说，spark 的形式对于过后来说较高，对于状态的解决不是很好，导致影响一部分的效率。

其实在 2019 年的时候，就有在调研一些实时计算的事件，关注到了 Flink 框架，过后还是以 java 为主，整体框架概念上和 spark 不同，认为批处理是一种非凡的流，然而因为团队没有 java 方面的基因和积淀，应用 Flink 作为实时计算的架构，在过后就暂告一个段落。在 2020 年初的时候，不论是阿里云还是 infoq，还是 b 站，都有在推广 PyFlink，而且过后尤其是程鹤群和孙金城的视频以及孙金城老师的博客的印象粗浅。于是就想尝试 PyFlink，其有着流批一体的劣势，而且还反对 Python 的一些函数，反对 pandas，甚至当前还能够反对 tensorflow、keras，这对咱们的吸引力是微小的。在之后，就在构思咱们的在 PyFlink 上的流批一体的架构。

0x03 流批一体的架构

架构

首先咱们要梳理数据，要分明数据从哪里来。在以 spark 为主的期间，数据是定期从数据源加载（增量）数据，通过肯定的转换逻辑，而后写入目的地，因为数据量和业务须要，提早通常在小时级别，而实时的话，须要尽可能短的提早，因而将数据源进行了分类，整体分成了几局部，一部分是传统的数据咱们寄存在 MySQL 长久化做保留，这部分之后能够间接作为批处理的计算，也能够导入 hive，做进一步的计算。实时的局部，实际上是有很多思路，一种形式是通过 MySQL 的 binlog 做解析，还有就是 MySQL 的 cdc 性能，在多方考量下，最初咱们抉择了 Kafka，不仅是因为其是优良的分布式流式平台，而且团队也有对其的技术积淀。

并且实际上在本地开发的时候，装置 Kafka 也比拟不便，只须要 brew install kafka，而且通过 conduktor 客户端，也能够不便的看到每个 Topic 的状况。于是就对现有的 Parser 进行革新，使其反对 Kafka，在当收到新的区块时，会立刻向 Kafka 发送一个音讯，而后进行解决。

大略是在 2018 年的时候，团队将整体的业务迁徙到了 kubernetes 上，在业务一直倒退的过程中，其对开发和运维上来说，加重了很多累赘，所以倡议有肯定规模的业务，最好是迁徙到 kubernetes，其对老本的优化，DevOps，以及高可用的反对，都是其余平台和传统形式无法比拟的。

在开发作业的过程中，咱们在尽可能的应用 Flink SQL，同时联合一些 Java、Python 的 UDF，UDAF，UDTF。每个作业通过初始化相似于以下的语句，造成肯定的模式：

self.source_ddl = '''CREATE TABLE SourceTable (xxx int) WITH'''
self.sink_ddl = '''CREATE TABLE SinkTable (xxx int) WITH'''
self.transform_ddl = '''
    INSERT INTO SinkTable
    SELECT udf(xxx)
    FROM SourceTable
    GROUP BY FROM_UNIXTIME(`timestamp`, 'yyyyMMdd')
'''

在将来的话，会针对性地将数据进行分层，依照业界通用的 ODS、DWD、DWS、ADS，分出原始层，明细层和汇总层，进一步做好数据的治理。

成果

最终咱们团队基于 PyFlink 开发疾速地实现了已有的工作，局部是批处理作业，解决过来几天的数据，局部是实时作业，依据 Kafka 的音讯进行生产，目前还算比较稳定。

部署时抉择了 kubernetes，具体上面会进行分享。在 k8s 部署了 jobmanager 和 taskmanager，并且应用 kubernetes 的 job 性能作为批处理作业的部署，之后思考接入一些监控平台，比方 Prometheus 之类的。

在老本方面，因为是应用的 kubernetes 集群，因而在机器上只有扩大主机的老本，在这种形式上，老本要比传统的 yarn 部署形式要低，并且之后 kuberntes 会反对原生部署，在扩大 jobmanager 和 taskmanager 下面会更加不便。

0x04 Zeppelin，PyFlink on k8s 等实际

Zeppelin 是咱们用来进行数据摸索和逻辑验证，有些数据在本地不是实在数据，利用 Zeppelin 连贯理论的链上数据，进行计算的逻辑验证，当验证实现后，便可转换成生产须要的代码进行部署。

一、kubernetes 上搭建 PyFlink 和 Zeppelin

  1. 整顿后的部署 Demo 在 github，能够参阅这里
  2. 对于配置文件批改

1). flink-conf.yaml

taskmanager.numberOfTaskSlots: 10

这里能够调整 Taskmanager 可运行的的 job 的数量

2). zeppelin-site.xml

cp conf/zeppelin-site.xml.template conf/zeppelin-site.xml; \
sed -i 's#<value>127.0.0.1</value>#<value>0.0.0.0</value>#g' conf/zeppelin-site.xml; \
sed -i 's#<value>auto</value>#<value>local</value>#g' conf/zeppelin-site.xml
  • 批改申请起源为 0.0.0.0，如果是线上环境，倡议开启白名单，加上 auth 认证。
  • 批改 interpreter 的启动模式为 local，auto 会导致在集群启动时，以 k8s 的模式启动，目前 k8s 模式只反对 Spark, local 模式能够了解为，Zeppelin 将在本地启动一个连贯 Flink 的 interpreter 过程。
  • Zeppelin 和在本地提交 Flink 作业相似，也须要 PyFlink 的根底环境，所以须要将 Flink 对应版本的 jar 包放入镜像内。
  1. Zeppelin 拜访代理 
nginx.ingress.kubernetes.io/configuration-snippet: |
    proxy_set_header Upgrade "websocket";
    proxy_set_header Connection "Upgrade";

Zeppelin 在浏览器须要和 server 端建设 socket 连贯，须要在 ingress 增加 websocket 配置。

  1. Flink 和 Zeppelin 数据长久化 
- mountPath: /opt/flink/lib
- mountPath: /zeppelin/notebook/
  • 对 Flink 的 lib 做长久化的目标是须要 jar 包时能够间接进入 pod 下载，而无需更换镜像。
  • Zeppelin 的工作代码会寄存在 notebook 目录下，保留编写好的代码。
  1. PyFlink 本地提交 job

1). 本地装置 PyFlink

$ pip3 install apache-flink==1.11.1

2). 测试 demo

def word_count():
    env = StreamExecutionEnvironment.get_execution_environment()
    t_env = StreamTableEnvironment.create(
        env,
        environment_settings=EnvironmentSettings.new_instance().use_blink_planner().build())
    sink_ddl = """create table Results (word VARCHAR, `count` BIGINT) with ('connector'='print')"""
    t_env.sql_update(sink_ddl)
    elements = [(word, 1) for word in content.split(" ")]
    # 这里也能够通过 Flink SQL
    t_env.from_elements(elements, ["word", "count"]) \
        .group_by("word") \
        .select("word, count(1) as count") \
        .insert_into("Results")
    t_env.execute("word_count")
    
if __name__ == '__main__':
    logging.basicConfig(stream=sys.stdout, level=logging.INFO, format="%(message)s")
    word_count()

或者是实时处理的 Demo：

def handle_kafka_message():
    s_env = StreamExecutionEnvironment.get_execution_environment()
    # s_env.set_stream_time_characteristic(TimeCharacteristic.EventTime)
    s_env.set_parallelism(1)
    st_env = StreamTableEnvironment \
        .create(s_env, environment_settings=EnvironmentSettings
                .new_instance()
                .in_streaming_mode()
                .use_blink_planner().build())
    source_ddl = '''
      CREATE TABLE SourceTable (word string) WITH (
        'connector.type' = 'kafka',
        'connector.version' = 'universal',
        'connector.topic' = 'Topic',
        'connector.properties.bootstrap.servers' = 'localhost:9092',
        'connector.properties.zookeeper.connect' = 'localhost:2121',
        'format.type' = 'json',
        'format.derive-schema' = 'true'
      )
    '''sink_ddl ="""
        create table Results (word VARCHAR) with ('connector' = 'print')
        """
    st_env.sql_update(sink_ddl)
    st_env.sql_update(source_ddl)
    st_env.from_path("source").insert_into("sink")
    st_env.execute("KafkaTest")
    
if __name__ == '__main__':
    handle_kafka_message()
  1. 本地测试 Flink 提交 job
$ flink run -m localhost:8081 -py word_count.py
python/table/batch/word_count.py
Job has been submitted with JobID 0a31b61c2f974bcc3f344f57829fc5d5
Program execution finished
Job with JobID 0a31b61c2f974bcc3f344f57829fc5d5 has finished.
Job Runtime: 741 ms
  1. PyFlink 本地提交 Python Job，这里将相干代码进行了打包。
$ zip -r flinkdemo.zip ./*
$ flink run -m localhost:8081 -pyfs flinkdemo.zip -pym main
  1. Kubernetes 通过集群自身的 Job 性能来提交 Job，之后会做自研一些 UI 后盾界面做作业管理与监控。

0x05 在区块链畛域实际

随着区块链技术的越来越成熟，利用越来越多，行业标准化、规范化的趋势也开始浮现，也越来越依赖于云计算、大数据，毕竟是数字经济的产物。BTC.com 也在扎根于区块链技术基础设施，为各类公司各类利用提供数据和业务上的反对。

近些年，有个词火遍了 IT 业界，中台，不论是大公司还是守业公司，都喜爱扯上这个概念，号称本人业务中台，数据中台等。咱们的了解中，中台是一种整合各方面资源的能力，从传统的单兵作战，到晋升武器装备后勤保障，晋升作战能力。在数据上突破数据孤岛，在需要疾速变动的前台和日趋稳固的后盾中获得均衡。而中台更重要的是服务，最终还是要回馈到客户，回馈到合作伙伴。

在区块链畛域，BTC.com 有着深厚的行业技术积攒，能够提供各方面数据化的能力。比方在利用机器学习进行链上数据的预估，预估 eth 的 gas price，还有最佳手续费等，利用 keras 深度学习的能力，进行一些回归计算，在之后也会将 Flink、机器学习和区块链联合起来，对外提供更多预测类和规范化分类的数据样本，之前是在用定时工作一直训练模型，与 Flink 联合之后，会更加实时。在这方面，当前也会提供更多的课题，比方币价与 Defi，舆情，市场等的关系，区块链地址与交易的标注和分类。甚至于将机器学习训练的模型，放于 IPFS 网络中，通过去中心化的代币进行训练，提供方便调用样本和模型的能力。

在目前，BTC.com 推出了一些通过数据挖掘实现的能力，包含交易推送、OLAP 链上剖析报表等，改善和晋升相干行业和开发者理论的体验。咱们在各种链上都有监控节点，监控各区块链网络的可用性、去中心化水平，监控智能合约。在接入一些联盟链、隐衷加密货币，能够为联盟链、隐衷加密货币提供这方面的数据能力。BTC.com 将为区块链产业生态倒退做出更多致力，以科技公司的实质，以技术倒退为第一驱动力，以市场和客户为导向，开发翻新和交融利用，做好基础设施。

0x06 瞻望 / 总结

从实时计算的趋势，到流批一体的架构，通过对 PyFlink 和 Flink 的学习，稳固在线上运行了多种作业工作，对接了理论业务需要。并且搭建了 Zeppelin 平台，使得业务开发上更加不便。在计算上尽可能地依赖 SQL，不便各方面的集成与调试。

在社区方面，PyFlink 也是没有令咱们悲观的，较快的响应能力，不断完善的文档。在 Confluence 上也能够看到一些 Flink Improvement Proposals，其中也有一些是 PyFlink 相干的，在不远的未来，还会反对 Pandas UDAF，DataStream API，ML API，也冀望在之后能够反对 Joblistener，总之，在这里也非常感谢相干团队。

将来的瞻望，总结起来就是，通过业务实现数据的价值化。而数据中台的终局，是将数据变现。

正文完
flink
发表至： flink
2020-10-09
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