flink自定义轮询分区产生的问题

1. 项目背景

1.1. 介绍

从4个分区的kafka特定主题中接受设备数据，然后根据主题的key进行轮询分区。第一次按顺序分配，已分配完的之后直接获取之前的分配结果即可，以保证key相同的数据可以进入下个算子的同一个分区。

1.2. 代码

1.2.1. 自定义分区

/**
 * 自定义轮询分区器<br>
 * 对于一个未被分区的key，对其分配下一个分区索引；对于一个已经被分区过的key，对其分配已经分配过的分区索引
 *
 * @author wzq
 * @date 2019-12-04
 **/
class CustomPartitioner extends Partitioner[String] {
  
  private val map: mutable.Map[String, Int] = mutable.HashMap[String, Int]()
  private var num: Int = 0
  
  override def partition(key: String, numPartitions: Int): Int = {
    if (map.contains(key)) {
     map.getOrElse(key, 0)
    } else {
      val partitionIndex = num
      map.put(key, num)
      num += 1
      if (num == numPartitions) {
        num = 0
      }
      partitionIndex
    }
  }
}

1.2.2. 具体使用

.partitionCustom(new CustomPartitioner, _.f0))

解释：

        读取kafka中的数据，将key和message组装为tuple2类型，这儿使用自定义分区，将key作为分区依据。

2. 问题

2.1. 介绍

kafka主题是4个分区，所以flink的dataSource也是4个并行度，source接下来的算子是10个并行度。刚开始运行时完全没有问题，同一个key永远都能进入分区下个算子的同一个并行度。但是有一天，上游（也就是kafka）的生产者更换了代码，但是并没有跟我们说他们修改了生产者默认的分区规则，导致在源头上同一个key会进入到kafka不同的分区。然后我这儿就悲剧了，flink任务一直在运行，从来没有重启过，但是上游更换了代码之后，同一个key被我的自定义分区分配到了不同的并行度，从而对业务实现产生了影响。

2.2. 原因分析

由于上游更换代码导致同一个key进入到kafka不同分区，因此flink的source的不同并行度也会接收到同一个key。然后每个并行度对同一个key第一次分配并行度索引的时间不同，因此从flink这儿来看，同一个key就会被分配到不同的并行度。也就是说，每个source并行度都会维护自己的并行度分配规则，对同一个key，在不同的source并行度中，获取到的并行度索引并不一样。

3. 解决方案

3.1. 上游解决

让kafka producer使用默认的分区机制，将同一个key永远发往同一个分区。

优点：

       flink任务无需改动任何代码。

缺点；

        需要上游开发人员配合。

3.2. keyBy

keyBy算子使用的是hash分区，对于同一个key字符串，取到的hash值永远一样，使用该分区方式，永远会将同一个可以分配到同一个并行度。

优点：

       实现简单。

缺点：

       会造成数据倾斜。

3.3. 数据先汇总再轮询分区

在使用自定义分区之前，使用map算子将所有数据收集起来，然后使用自定义分区。

优点：

       没有数据倾斜。

缺点；

       map算子只有一个并行度，可能会成为性能瓶颈。

3.4. 先hash再轮询分区

在使用自定义分区之前，先通过keyBy算子，将同一个Key发往固定的下游算子的某个并行度，然后在通过自定义分区进行轮询。

优点：

       没有数据倾斜。

缺点：

       数据处理链路拉长，可能会增加数据处理延迟。