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在 Azure 中选择流处理技术

本文对 Azure 中用于实时流处理的各种技术选择进行了比较。

流式处理数据概述

组织通常具有各种数据源，这些数据源同时发出消息、记录或数据。 数据量可以介于几字节到几兆字节（MB）之间。 流式处理数据以连续的增量方式大量产生，可以准实时处理。 此类数据包括公司用于实时分析和查看其业务的各个方面的信息，例如应用程序日志、地理位置更新、事件和传感器读数。

流数据通常具有以下特征：

  • 数据完整性不完善： 源处的临时错误可能会导致数据元素缺失。 流的连续性质可能会导致数据不一致。 因此，流处理和分析系统通常包括用于数据验证的逻辑来缓解这些错误。

  • 连续数据流： 数据流没有开始或结束，因此必须不断收集数据。 例如，只要服务器运行，服务器活动日志就累积。

  • 多种数据格式： 可以采用多种格式（如 JSON、Avro 和 CSV）流式传输数据。 它可能包含各种数据类型，例如字符串、数字、日期和二进制类型。 流处理系统必须处理这些数据变体。

  • 时间敏感数据顺序： 数据流中的单个元素包含时间戳。 数据流本身可能具有时间敏感度，并在特定时间后丢失值。 在某些情况下，需要保留数据处理顺序。

用于实时处理的技术选项

为了帮助你选择正确的技术，本部分概述了 Azure 中的常见选项，从引入到使用。 每个子节都根据它们在流式处理流中的角色突出显示推荐的技术。

高级别流式处理流程

显示数据流的流处理解决方案的图表。

下载此体系结构的 Visio 文件。

流媒体制作人

流生成者生成数据并将其推送到 Azure 引入服务。 它们持续从物联网（IoT）设备、应用程序日志或数据库等源生成数据。

流生成者具有以下优势：

  • 捕获准实时数据。 生成者可以持续从 IoT 设备、用户交互和应用程序日志等源收集数据。 它们将数据流式传输到 Azure 事件中心或 Azure IoT 中心等 Azure 服务。

  • 使用批处理和压缩优化吞吐量。 生成者可以批处理消息并应用压缩，以最大程度地减少传输期间的数据大小。 这些功能可提高效率。

  • 通过错误处理和重试确保可靠的传输。 生成者可以通过自动重试来管理网络中断或代理故障，以确保可靠的数据传输。

  • 通过幂等性保证数据完整性。 可以将生成者配置为 完全支持一次传递，从而防止重复消息，并确保一致的数据流。

组件

  • IoT 中心引入 IoT 数据。 它提供双向通信、设备身份验证和脱机消息缓冲等功能。 它非常适合管理 IoT 设备及其数据流。

  • 变更数据捕获 (CDC) 生成者包括 Azure 数据库（例如 Azure SQL 数据库和 Azure Cosmos DB）。

    若要访问 CDC 数据，可以使用连接器，例如用于 SQL 数据库的 Debezium 或 Azure Cosmos DB 更改源。 这些连接器通常托管在 Azure Functions 或 Azure 应用服务环境中。 如果使用 Microsoft Fabric 事件流功能，则不需要单独的应用程序（如 Debezium）将 CDC 生成者与下游使用者连接。

  • Debezium 等自定义应用程序也可以作为独立应用程序托管在托管服务上，例如 Azure Kubernetes 服务（AKS）或应用服务环境。 此方法提供更多控制或自定义选项。

常规功能

能力 IoT 中心 CDC 生成者 自定义应用程序
设备指标和日志 是 否 否
托管服务 是 否 否
可伸缩性 是 是 是

流引入

生成者（如 Web 和移动应用程序、IoT 设备和传感器）会持续生成数据。 流处理管道必须有效地引入此数据，以便进行实时和批处理分析。

请考虑下列因素：

  • 数据速度： 确定如何处理来自多个源的高速数据，这些数据通常以格式和大小而异。

  • 可伸缩性： 确保引入层可以在数据量、多样性和速度增加时动态缩放。

  • 数据完整性和可靠性： 防止传输期间数据丢失或重复。

流数据摄取组件

  • 事件中心 是一种实时数据引入服务，可以每秒处理数百万个事件，这使得它非常适合高吞吐量方案。 它可以以低延迟动态缩放和处理大量数据。

    事件中心支持分区等功能，用于并行处理和数据保留策略。 它与 Azure 服务（如 Azure 流分析、Fabric、Azure Databricks 和 Azure Functions）集成。 事件中心还与 Apache Kafka 集成，可以在不进行任何代码更改的情况下运行现有的 Kafka 工作负载。

  • 事件网格 是一项完全托管的事件路由服务。 它引入、分发和响应来自各种源的事件，因此非常适合实时的事件驱动体系结构。 它有效地处理事件通知，并与 Azure 服务、自定义应用程序和合作伙伴系统集成。 事件网格在流引入中起着关键作用。

  • Kafka on Azure HDInsight 是一种托管的 Apache Kafka 服务，用于大规模实时数据引入和处理。 使用此服务从各种源（例如 IoT 设备、应用程序日志和社交媒体源）捕获和存储流数据。 此服务提供对托管基础结构上的 Kafka 配置的额外控制。

  • Confluent Cloud 上的 Apache Kafka 是一项完全托管的 Apache Kafka 服务，用于实时数据引入。 它与 Azure 集成以简化部署和缩放。 此解决方案包括架构注册表、用于流查询的 ksqlDB 和企业级安全性等功能。 如果使用 Confluent 的连接器和流处理工具扩展生态系统，请使用此选项。

数据流摄取的通用功能

能力 事件中心 Kafka on HDInsight Kafka on Confluent
消息保留期 是 是 是
消息大小限制 1 MB 可配置 可配置
托管服务 是 管理的基础设施即服务 是
自动缩放 是 是 是
合作伙伴产品/服务 否 否 是
定价模型 基于层 按群集小时 消耗模型

流处理

此步骤涉及实时转换数据、筛选、聚合、扩充或分析引入的数据的过程。

请考虑下列因素：

  • 有状态处理与无状态处理： 确定处理取决于以前看到的数据（有状态）还是独立事件（无状态）。

  • 事件时间处理： 考虑到必须同时处理来自多个源的数据流的情况，尤其是对于后期到达的记录。

  • 窗口： 使用滑动或翻转窗口管理基于时间的聚合和分析。

  • 容错： 确保系统可以从故障中恢复，而不会丢失数据或重新处理错误。

流处理组件

  • 流分析 是一种托管服务，它使用基于 SQL 的查询语言来启用实时分析。 使用此服务执行简单的处理任务，例如筛选、聚合和联接数据流。 它与事件中心、IoT 中心和 Azure Blob 存储无缝集成，用于输入和输出。 流分析非常适合用于低复杂性实时任务，在这些场景中，基于 SQL 的查询和简单的托管解决方案已足够。

  • Fabric 和 Azure Databricks 等服务支持 Spark 结构化流式处理。 这些服务提供基于 Apache Spark 构建的统一分析平台，可以处理复杂的数据转换、机器学习管道和大数据工作负载。 Spark 流式处理 API 支持与 Delta Lake 的深度集成，以便进行数据版本控制与一致性。

  • Fabric 事件流 是 Fabric 中的实时数据流功能，它是统一的分析平台。 Eventstreams 支持无缝引入、处理和集成流式处理数据，以便进行实时分析和应用程序。 用户可以以最少的技术专业知识访问事件流。 它提供拖放接口来设置数据管道。

  • Azure Functions 是用于事件驱动处理的无服务器计算服务。 它适用于轻量级任务，例如基于实时事件转换数据或触发工作流。 Azure 函数设计上是无状态的。 持久函数功能扩展了支持复杂事件协调有状态工作流的功能。

流处理常规功能

能力 流分析 Spark 结构化流式处理（Fabric、Azure Databricks） Fabric 事件流 Azure Functions
微批处理 是 是 是 否
基于事件的处理 否 否 是 是
有状态处理 是 是 是 否
检查点支持 是 是 是 否
低代码接口 是 否 是 否
定价模型 流单元 是 构造 SKU 是

流式处理接收器

系统处理数据后，它将数据导向合适的去向或 汇集点，以便进行存储、进一步分析或用于实时应用。 这些目标可能包括用于可视化的数据库、数据湖、分析工具或仪表板。

请考虑下列因素：

  • 数据消耗和使用情况： 使用 Power BI 进行实时分析或报告仪表板。 它与 Azure 服务很好地集成，并提供数据流的实时可视化效果。

  • 低延迟要求： 确定系统是否必须针对实时数据流（例如设备指标和应用程序日志）提供分析。 某些应用程序可能还需要超低的读取和写入延迟，这使得它们适用于作分析或实时应用程序。

  • 可扩展性和数据量：评估你的工作负荷在以下方面的需求：摄取海量数据、支持多样化的数据格式，以及实现高效且经济的扩展。

流式处理接收器组件

  • Azure Data Lake Storage 是一种可缩放、分布式且经济高效的解决方案，用于存储非结构化和半结构化数据。 它支持 PB 级存储和高吞吐量工作负载，用于存储大量流数据。 它还支持快速读写操作，这些操作支持对流数据和实时数据管道进行分析。

  • Fabric eventhouse 是一个 KQL 数据库，用于实时分析和探索基于事件的数据，例如指标、日志、时序和 IoT 数据。 它支持以低延迟每秒引入数百万个事件。 此功能允许对流式处理数据实现几乎瞬时的访问。 Eventhouse 与 Fabric 生态系统深度集成。 它使用户能够使用 Power BI 等工具立即查询和分析流数据。

  • Azure Cosmos DB 是一个 NoSQL 数据库，用于低延迟、全局分布式且高度可缩放的数据存储。 它提供高吞吐量，可以处理大量具有一致性能的流式处理数据。

  • SQL 数据库 是一种完全托管的基于云的关系数据库服务。 它基于 SQL Server 引擎生成。 因此，它提供传统 SQL Server 数据库的功能，其优势是基于云的可伸缩性、可靠性和减少管理开销。

流式处理接收器常规功能

能力 Data Lake Storage Fabric 活动厅 Azure Cosmos DB SQL Database
常规用途对象存储 是 否 否 否
流式处理数据聚合 否 是 否 否
JSON 文档的低延迟读取和写入 否 是 是 否
Power BI 的结构化数据聚合 否 是 否 是
定价模型 每 GB 或 TB 构造 SKU 请求单位 数据库事务单元（DTU）或 vCore

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