当今的数字世界产生源源不断的实时数据，这些数据包含丰富的见解和信息。流处理是一种处理连续数据流的技术，它填补了实时数据收集和可操作见解之间的空白。与传统的批量数据处理不同，流处理在数据产生时进行处理，从数据流中提取有用信息。在各个行业中，从金融机构到医疗保健提供商，都在使用流处理从实时数据中获取洞察力。
在当今快节奏的数字时代，许多数据源都会产生源源不断的信息流：永无止境的事实和数据洪流，虽然单独查看时令人困惑，但放在一起查看时却能提供深刻的见解。流处理在这种情况下非常有用。它填补了实时数据收集和可操作见解之间的空白。它是一种处理来自一系列来源的连续数据流的数据处理实践。
关于流处理
与传统的批量数据处理技术相反，这里的处理是在数据实时生成时进行的。简而言之，我们可以说在数据处于移动状态而不是在存储库中静止时处理数据以获得可操作的见解。数据流处理是一种连续的摄取、处理和最终分析从各种来源生成的数据的方法。
各行各业的公司都在使用流处理从实时数据中提取有见解的信息，例如金融机构监控交易以检测欺诈、股票市场分析、医疗保健提供商跟踪患者数据、运输公司分析实时交通数据等。
流处理对于物联网 (IoT) 也至关重要。流处理可以对传感器和设备提供的数据进行即时数据处理，这是物联网设备激增的结果。
流处理工具、缺点和技术
如上所述，流处理是一种连续摄取、处理和分析各个源点生成数据的方法。Apache Kafka 是一个流行的事件流平台，可以有效地用于从各种来源摄取流数据。一旦数据或事件开始进入 Kafka 的主题，消费者就会开始提取它，最终，如果需要（用于数据验证、清理、转换等操作），它会在经过各种数据管道后到达下游应用程序。
随着 Apache Flink、Spark 等流处理引擎的进步，我们可以实时聚合和处理数据流，因为它们可以处理低延迟数据提取，同时支持容错和大规模数据处理。最后，我们可以将处理后的数据提取到 Apache Druid、RisingWave 和 Apache Pinot 等流数据库中进行查询和分析。此外，我们可以集成 Grafana、Superset 等可视化工具，用于仪表板、图表等。这是从数据流中获取业务价值并增强决策能力的整体高级数据流处理生命周期。
尽管流处理具有强大的功能和速度，但它也有自己的缺点。从鸟瞰角度来看，其中几个缺点是确认数据一致性、可扩展性、保持容错性、管理事件顺序等。尽管我们有 Kafka 等事件/数据流提取框架、Spark、Flink 等处理引擎以及 Druid、RisingWave 等流数据库，但如果深入研究，我们还会遇到其他一些挑战，例如：
数据迟到
处理无序到达或由于网络延迟而延迟的数据是一项挑战。为了解决这个问题，我们需要确保迟到的数据能够顺利集成到处理管道中，从而保持实时分析的完整性。在处理迟到的数据时，我们必须将数据中的事件时间与当时的处理时间进行比较，并决定是立即处理还是将其存储以供以后处理。
各种数据序列化格式
输入数据使用多种序列化格式，如 JSON、AVRO、Protobuf 和 Binary。为了防止系统故障，必须对以各种格式编码的数据进行反序列化和处理。处理引擎内部应实现适当的异常处理机制，解析并返回成功的反序列化数据，否则不返回任何数据。
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保证精确一次处理
确保每个事件或数据都经过流处理引擎，保证“精确一次处理”是实现起来很复杂的，以便提供正确的结果。为了支持数据一致性并防止信息过度处理，我们必须非常小心地处理偏移量和检查点，以监视已处理数据的状态并确保其准确性。从编程上讲，我们需要确保并检查传入数据是否已被处理。如果已经处理，则应暂时记录以避免重复。
确保至少一次处理
结合以上几点，我们需要确保“至少处理一次”。“至少处理一次”意味着不会遗漏任何数据，即使在关键情况下可能会有一些重复。通过实现逻辑，我们将使用循环和条件语句重试，直到数据成功处理。
数据分布和分区
高效的数据分布在流处理中非常重要。我们可以利用分区和分片技术，以便跨不同处理单元的数据实现负载平衡和并行性。分片是一种水平扩展策略，可分配其他节点或计算机来共享应用程序的工作负载。这有助于扩展应用程序并确保数据均匀分布，防止热点并优化资源利用率。
集成内存处理以实现低延迟数据处理
在流处理中实现低延迟数据处理的一项重要技术是内存处理。通过将经常访问的数据保存在内存中，可以缩短访问时间并提高系统响应能力。需要低延迟和实时处理的应用程序将从此策略中受益最多。
减少 I/O 和提高性能的技术
减少输入/输出操作的数量是主流处理最佳实践之一。由于磁盘 I/O 通常是一个瓶颈，这意味着最小化读取和写入磁盘的数据量。通过实施高效序列化和微批处理等策略，我们可以大大提高流处理应用程序的速度。此过程可确保数据快速流过系统并降低处理开销。
Spark 使用微批处理进行流式传输，提供近乎实时的处理。微批处理将连续的事件流分成小块（批次），并触发对这些批次的计算。类似地，Apache Flink 在内部采用一种微批处理，通过网络在 shuffle 阶段发送包含许多事件的缓冲区，而不是单个事件。
最后说明
最后要说的是，流式数据本身的性质给流式数据带来了困难。如前所述，它以高容量和高速度实时连续流动。此外，它经常不稳定、不一致且缺乏。数据以多种形式和多种来源流动，我们的系统应该能够管理所有这些数据，同时防止单点故障造成中断。
