Dataflow si basa sul progetto open source Apache Beam. Questo documento descrive il modello di programmazione Apache Beam, fornendo una panoramica della sua architettura e fungendo da guida ai suoi concetti di base.
Panoramica dell'elaborazione dei dati di Apache Beam
Questa sezione fornisce una panoramica dell'architettura di Apache Beam, descrivendo in dettaglio il funzionamento dei suoi componenti per un'elaborazione efficiente dei dati. Apache Beam è un modello unificato open source per la definizione di pipeline batch e di streaming. Il modello di programmazione Apache Beam semplifica la meccanica dell'elaborazione dei dati su larga scala. Utilizzando uno degli SDK Apache Beam, crei un programma che definisce la pipeline. Quindi, esegui la pipeline su una piattaforma specifica come Dataflow. Questo modello ti consente di concentrarti sulla composizione logica del job di elaborazione dei dati, anziché gestire l'orchestrazione dell'elaborazione parallela.
Apache Beam ti isola dai dettagli di basso livello dell'elaborazione distribuita, come il coordinamento dei singoli worker, lo sharding dei set di dati e altre attività simili. Dataflow gestisce completamente questi dettagli di basso livello.
Una pipeline è un grafico di trasformazioni applicate a raccolte di dati. In Apache Beam, una raccolta è chiamata PCollection e una trasformazione è chiamata PTransform. Una PCollection può essere limitata o illimitata.
Una PCollection limitata ha una dimensione nota e fissa e può essere elaborata utilizzando una pipeline batch. Le PCollections illimitate devono utilizzare una pipeline di streaming, perché
i dati vengono elaborati man mano che arrivano.
Apache Beam fornisce connettori per leggere e scrivere in diversi sistemi, inclusi Google Cloud servizi e tecnologie di terze parti come Apache Kafka.
Il seguente diagramma mostra una pipeline Apache Beam.

Puoi scrivere PTransforms che eseguono una logica arbitraria. Gli SDK Apache Beam forniscono anche una libreria di PTransforms utili, tra cui:
- Filtra tutti gli elementi che non soddisfano un predicato.
- Applica una funzione di mapping 1:1 a ogni elemento.
- Raggruppa gli elementi per chiave.
- Conta gli elementi in una raccolta.
- Conta gli elementi associati a ogni chiave in una raccolta chiave-valore.
Per eseguire una pipeline Apache Beam utilizzando Dataflow:
- Utilizza l'SDK Apache Beam per definire e creare la pipeline. In alternativa, puoi eseguire il deployment di una pipeline predefinita utilizzando un modello Dataflow.
- Utilizza Dataflow per eseguire la pipeline. Dataflow alloca un pool di VM per eseguire il job, esegue il deployment del codice sulle VM e orchestra l'esecuzione del job.
- Dataflow esegue ottimizzazioni sul backend per rendere efficiente l'esecuzione della pipeline e sfruttare la parallelizzazione.
- Durante l'esecuzione di un job e al termine, utilizza le funzionalità di gestione di Dataflow per monitorare l'avanzamento e risolvere i problemi.
Concetti di programmazione di Apache Beam
Questa sezione contiene riepiloghi dei concetti fondamentali.
Concetti di base dell'elaborazione batch e di streaming
- Pipeline
- Una pipeline incapsula l'intera serie di calcoli coinvolti nella lettura dei dati di input, nella trasformazione di questi dati e nella scrittura dei dati di output. L'origine di input e il sink di output possono essere dello stesso tipo o di tipi diversi, consentendoti di convertire i dati da un formato all'altro. I programmi Apache Beam iniziano con la creazione di un oggetto
Pipeline, che viene poi utilizzato come base per la creazione dei set di dati della pipeline. Ogni pipeline rappresenta un singolo job ripetibile. - PCollection
- Una
PCollectionrappresenta un set di dati potenzialmente distribuito e multi-elemento che funge da dati della pipeline. Le trasformazioni Apache Beam utilizzano gli oggettiPCollectioncome input e output per ogni passaggio della pipeline. UnaPCollectionpuò contenere un set di dati di dimensioni fisse o un set di dati illimitato da un'origine dati in continuo aggiornamento. - Trasformazioni
- Una trasformazione rappresenta un'operazione di trattamento che trasforma i dati. Una trasformazione accetta una o più
PCollectioncome input, esegue un'operazione specificata su ogni elemento della raccolta e produce una o piùPCollectioncome output. Una trasformazione può eseguire quasi qualsiasi tipo di operazione di elaborazione, inclusi l'esecuzione di calcoli matematici sui dati, la conversione dei dati da un formato all'altro, il raggruppamento dei dati, la lettura e la scrittura dei dati, il filtraggio dei dati per generare come output solo gli elementi desiderati o la combinazione di elementi di dati in singoli valori. - ParDo
ParDoè l'operazione di elaborazione parallela principale negli SDK Apache Beam, che richiama una funzione specificata dall'utente su ogni elemento dellaPCollectiondi input.ParDoraccoglie gli zero o più elementi di output in unaPCollectiondi output. La trasformazioneParDoelabora gli elementi in modo indipendente e possibilmente in parallelo. La funzione definita dall'utente per unParDoè chiamataDoFn.- I/O della pipeline
- I connettori I/O di Apache Beam consentono di leggere i dati nella pipeline e di scrivere i dati di output dalla pipeline. Un connettore I/O è costituito da un'origine e da un sink. Tutte le origini e i sink di Apache Beam sono trasformazioni che consentono alla pipeline di utilizzare i dati di diversi formati di archiviazione dei dati. Puoi anche scrivere un connettore I/O personalizzato.
- Aggregazione
- L'aggregazione è il processo di calcolo di un valore da più elementi di input. Il pattern di calcolo principale per l'aggregazione in Apache Beam è raggruppare tutti gli elementi con una chiave e una finestra comuni. Quindi, combina ogni gruppo di elementi utilizzando un'operazione associativa e commutativa.
- Funzioni definite dall'utente
- Alcune operazioni all'interno di Apache Beam consentono di eseguire codice definito dall'utente per configurare la trasformazione. Per
ParDo, il codice definito dall'utente specifica l'operazione da applicare a ogni elemento, mentre perCombinespecifica come combinare i valori. Una pipeline potrebbe contenere funzioni definite dall'utente scritte in una lingua diversa da quella del runner. Una pipeline potrebbe anche contenere funzioni definite dall'utente scritte in più lingue. - Runner
- I runner sono i software che accettano una pipeline e la eseguono. La maggior parte dei runner sono traduttori o adattatori per sistemi di elaborazione di big data massivamente paralleli. Esistono altri runner per test e debug locali.
- Origine
- Una trasformazione che legge da un sistema di archiviazione esterno. In genere, una pipeline legge i dati di input da un'origine. L'origine ha un tipo, che può essere diverso dal tipo di sink, quindi puoi modificare il formato dei dati man mano che si spostano nella pipeline.
- Sink
- Una trasformazione che scrive in un sistema di archiviazione dati esterno, ad esempio un file o un database.
- TextIO
- Un
PTransformper la lettura e la scrittura di file di testo. L'origine e il sinkTextIOsupportano i file compressi congzipebzip2. La sorgente di ingressoTextIOsupporta JSON. Tuttavia, affinché il servizio Dataflow possa parallelizzare l'input e l'output, i dati di origine devono essere delimitati da un avanzamento riga. Puoi utilizzare un'espressione regolare per scegliere come target file specifici con l'origineTextIO. Dataflow supporta i pattern con caratteri jolly generali. L'espressione glob può essere visualizzata in qualsiasi punto del percorso. Tuttavia, Dataflow non supporta i caratteri jolly ricorsivi (**).
Concetti avanzati dell'elaborazione batch e di streaming
- Ora evento
- L'ora in cui si verifica un evento di dati, determinata dal timestamp sull'elemento dati stesso. Questo è in contrasto con l'ora in cui l'elemento dati effettivo viene elaborato in qualsiasi fase della pipeline.
- Windowing
- Il windowing consente di raggruppare le operazioni su raccolte illimitate dividendo la raccolta in finestre di raccolte finite in base ai timestamp dei singoli elementi. Una funzione di windowing indica al runner come assegnare gli elementi a una finestra iniziale e come unire le finestre di elementi raggruppati. Apache Beam consente di definire diversi tipi di finestre o di utilizzare le funzioni di windowing predefinite.
- Filigrane
- Apache Beam tiene traccia di una filigrana, ovvero la nozione del sistema di quando si prevede che tutti i dati in una determinata finestra siano arrivati nella pipeline. Apache Beam tiene traccia di una filigrana perché non è garantito che i dati arrivino in una pipeline in ordine di tempo o a intervalli prevedibili. Inoltre, non è garantito che gli eventi di dati vengano visualizzati nella pipeline nello stesso ordine in cui sono stati generati.
- Trigger
- I trigger determinano quando emettere i risultati aggregati man mano che arrivano i dati. Per i dati limitati, i risultati vengono emessi dopo l'elaborazione di tutti gli input. Per i dati illimitati, i risultati vengono emessi quando la filigrana supera la fine della finestra, il che indica che il sistema ritiene che tutti i dati di input per quella finestra siano stati elaborati. Apache Beam fornisce diversi trigger predefiniti e consente di combinarli.
Passaggi successivi
- Per saperne di più sui concetti di base della creazione di pipeline utilizzando gli SDK Apache Beam, consulta la Guida alla programmazione di Apache Beam nella documentazione di Apache Beam.
- Per maggiori dettagli sulle funzionalità di Apache Beam supportate da Dataflow, consulta la matrice delle funzionalità di Apache Beam.