Flink job的提交流程

在Flink中，作业（Job）的提交流程是一个复杂的过程，涉及多个组件和模块，包括作业的编译、优化、序列化、任务分发、任务调度、资源分配等。Flink通过分布式架构来管理作业的生命周期，确保作业在不同节点上以高效和容错的方式运行。我们可以从底层原理和源码层面详细解析Flink作业的提交流程。

1. Flink的架构组件

Flink作业提交流程的底层实现涉及以下几个核心组件：

Client：用户通过Client提交作业，通常是通过Flink的API（如DataStream或Table API）构建作业。
JobManager：负责协调和管理Flink集群的运行时组件。其主要职责是作业的调度、资源分配、故障恢复等。
TaskManager：负责在各个工作节点上执行作业的具体任务（Task），并与JobManager通信，报告状态和进度。
Dispatcher：负责接受Client的作业请求，并将作业传递给JobManager处理。
ResourceManager：负责资源的分配和调度，确保集群有足够的资源来运行提交的作业。

2. 作业提交流程的概览

Flink作业的提交流程可以分为以下几个主要步骤：

用户代码编写与作业构建：用户通过Flink API构建Flink作业逻辑，生成相应的StreamGraph（流作业）或Table作业。
生成JobGraph：Client将用户定义的逻辑转换为Flink内部的JobGraph，这是Flink理解并能够执行的作业表示。
向Dispatcher提交JobGraph：Client将JobGraph提交到集群的Dispatcher，Dispatcher接受作业请求。
JobManager接管JobGraph：Dispatcher将JobGraph提交给JobManager，JobManager负责作业的调度和执行。
JobGraph转换为ExecutionGraph：JobManager将JobGraph进一步优化并转换为ExecutionGraph，这是Flink真正执行的物理作业计划。
任务的调度与执行：JobManager将ExecutionGraph分解为多个并行子任务，调度给TaskManager去执行。
作业执行与监控：TaskManager执行各个子任务，并通过心跳机制向JobManager报告任务状态。

3. 从源码角度详细解析提交流程

3.1 用户提交作业

作业提交流程从用户通过ExecutionEnvironment或StreamExecutionEnvironment提交作业开始。下面以DataStream API为例，提交流程一般是通过调用StreamExecutionEnvironment.execute()来触发。

final StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
env.fromElements(1, 2, 3, 4, 5)
   .map(i -> i * i)
   .print();
env.execute("Flink Job");

调用execute()方法后，Flink会进行以下操作：

创建StreamGraph：在执行环境中，用户定义的操作被转化为StreamGraph，这是Flink作业的逻辑表示，记录了所有的操作算子及其连接关系。
```
StreamGraph streamGraph = this.getStreamGraph();
```

3.2 生成JobGraph

一旦StreamGraph构建完成，Flink将其转换为JobGraph。JobGraph是一个优化后的表示，它将包含计算任务的并行度、物理任务之间的依赖关系等，是Flink提交给集群进行分布式执行的作业表示。

JobGraph jobGraph = streamGraph.getJobGraph();

JobVertex：JobGraph中的每个操作算子（如map、filter等）会被转化为JobVertex，代表一个逻辑上的计算节点。
JobEdge：操作算子之间的连接关系会被转化为JobEdge，定义了不同JobVertex之间的数据流动。

3.3 提交JobGraph到Dispatcher

客户端通过RPC将JobGraph提交给Flink集群中的Dispatcher，由它来接管作业的调度和执行。

dispatcherGateway.submitJob(jobGraph, "Flink Job", timeout);

Dispatcher接受到作业后，会创建一个JobManager实例来负责具体的作业执行流程。在集群模式下（如YARN、Kubernetes等），Dispatcher可能会启动一个新的JobManager（即JobMaster）实例来执行作业。

3.4 JobManager接管JobGraph

在JobManager中，接收到JobGraph后，作业的核心执行流程将由JobMaster处理。JobMaster首先会将JobGraph进一步优化和转换为ExecutionGraph，这是Flink中实际执行任务的图结构，包含所有物理任务及其依赖关系。

ExecutionGraph executionGraph = new ExecutionGraph(jobGraph, ...);

ExecutionVertex：ExecutionGraph中的每个顶点代表一个具体的并行任务（即ExecutionVertex），它们会被调度给不同的TaskManager实例执行。
ExecutionEdge：ExecutionVertex之间的依赖关系被表示为ExecutionEdge，用于描述不同任务之间的通信模式（如shuffle）。

3.5 任务的调度与资源分配

JobMaster接管ExecutionGraph后，会向ResourceManager申请资源以执行任务。ResourceManager负责调度并分配资源到TaskManager，每个TaskManager会接收一部分任务并执行。

resourceManagerGateway.requestSlot(...);

Slot分配：每个TaskManager拥有多个Slot，表示可用的计算资源。ResourceManager根据任务并行度为ExecutionVertex分配Slot。
任务调度：一旦Slot分配完成，JobMaster会将任务调度到相应的TaskManager，通过RPC调用将任务部署到这些TaskManager。

3.6 任务执行与监控

TaskManager负责执行分配到的任务，它会启动相应的线程来处理每个ExecutionVertex中的任务。任务执行过程中，TaskManager会定期通过心跳机制向JobMaster报告任务的状态和进度。

taskExecutorGateway.submitTask(...);

故障恢复：如果任务失败，JobMaster会根据Flink的容错机制（如检查点机制）尝试重新调度任务，确保作业的高可用性。

4. 重要的源码模块

JobGraph：org.apache.flink.runtime.jobgraph.JobGraph，表示用户作业的逻辑执行计划。
ExecutionGraph：org.apache.flink.runtime.executiongraph.ExecutionGraph，表示作业的物理执行计划，任务调度基于此结构。
JobMaster：org.apache.flink.runtime.jobmaster.JobMaster，负责管理作业的整个生命周期，包括任务调度、资源分配、故障恢复等。
ResourceManager：org.apache.flink.runtime.resourcemanager.ResourceManager，负责资源的管理和分配，确保作业运行时所需的计算资源。
TaskManager：org.apache.flink.runtime.taskmanager.TaskManager，在每个节点上运行，负责执行具体的任务并与JobManager协调。