您现在已明白数据需要处理,无论是定期批量还是持续流式。但这种处理究竟如何发生,特别是在处理可能的海量数据时?手动管理多台机器上的计算、处理故障并确保效率将极其复杂。这正是数据处理框架发挥作用的地方。您可以把处理框架看作一种专门的软件系统,旨在简化和管理大规模数据处理。数据工程师无需编写低层代码来分发计算和处理错误,而是使用这些框架,它们提供更高层次的工具和抽象,以可靠高效地完成工作。为何使用处理框架?框架提供多项显著优点:可伸缩性: 它们被设计用于在多台计算机(通常称为集群)上分发处理任务。如果数据量增加,通常只需向集群添加更多机器,框架便会负责分发工作。这使得系统能够横向扩展,以应对不断增长的数据量。容错性: 处理大型数据集可能需要时间,且硬件故障可能发生。框架被设计用于检测故障(如机器崩溃),并自动重试任务或将其重新调度到正常工作的机器上,确保整个任务成功完成。抽象性: 框架提供编程接口(API),让工程师能够定义需要进行 何种 处理(例如,过滤数据、聚合值),而无需担忧数据在集群中 如何 分布或故障如何管理等复杂细节。效率: 许多框架包含复杂的优化器,能够找出执行您定义的处理步骤最有效的方法。它们处理数据本地性等方面(在数据存储位置附近处理数据),以最大程度地减少网络流量。常见框架一览尽管存在许多处理框架,这里有几个您可能会听到的基本范例:Apache Hadoop MapReduce: 这是用于大规模批处理的最初框架之一。它将任务分解为两个主要阶段:一个 Map 阶段,数据在不同节点上并行处理;以及一个 Reduce 阶段,Map 阶段的结果被聚合或汇总。尽管现在通常更倾向于使用速度更快、更灵活的新框架,MapReduce 模式为分布式数据处理奠定了基本原则。Apache Spark: Spark 是一个广泛使用的通用分布式处理框架。它受欢迎的原因是它能比 Hadoop MapReduce 更快地执行计算,主要通过将中间数据保存在内存中,而不是不断写回磁盘。Spark 用途广泛;它支持批处理、流处理(通过 Spark Streaming 或 Structured Streaming)、机器学习(MLlib)和图处理(GraphX)。它提供 Scala、Java、Python(PySpark)和 R 等语言的 API,让许多开发人员都能使用。流处理专用框架: 对于需要极低延迟实时处理的应用,Apache Flink 和 Apache Kafka Streams 等框架表现突出。它们经过专门优化,用于处理持续到达的数据事件流。digraph G { rankdir=LR; node [shape=box, style=filled, fillcolor="#a5d8ff", fontname="sans-serif"]; edge [fontname="sans-serif"]; Coordinator [label="处理框架\n(例如,Spark Driver)", fillcolor="#74c0fc"]; subgraph cluster_workers { label = "工作节点 (计算资源)"; style=filled; color="#e9ecef"; node [shape=ellipse, fillcolor="#b2f2bb"]; Worker1 [label="工作节点 1"]; Worker2 [label="工作节点 2"]; Worker3 [label="工作节点 3"]; } Coordinator -> Worker1 [label="任务 1"]; Coordinator -> Worker2 [label="任务 2"]; Coordinator -> Worker3 [label="任务 3"]; Worker1 -> Coordinator [label="结果 1"]; Worker2 -> Coordinator [label="结果 2"]; Worker3 -> Coordinator [label="结果 3"]; }一个图表,显示处理框架如何协调多个工作机器上的任务。框架与计算资源如前所述,这些框架并非独立运行。它们在计算机集群上运行,这些集群提供必要的 CPU、内存和存储(计算资源)。框架充当“大脑”,管理任务和数据如何分配并在这些资源上执行。AWS、Google Cloud 和 Azure 等云平台为 Spark 和 Flink 等常用框架提供托管服务,这使得配置和管理底层计算基础设施变得更加简便。总之,数据处理框架是数据工程师工具箱中的重要工具。它们提供必要的结构、自动化和韧性来处理大量数据,从而将原始信息转化为有价值的见解,无论是通过周期性批量任务还是持续实时分析。明白这些工具的存在以及它们解决的问题,是学习数据工程的一个基本步骤。