{"id":90549,"date":"2019-07-29T17:26:10","date_gmt":"2019-07-29T15:26:10","guid":{"rendered":"https:\/\/www.emagister.com\/blog\/?p=90549"},"modified":"2021-04-27T10:35:58","modified_gmt":"2021-04-27T08:35:58","slug":"las-vs-de-data-velocidad","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.emagister.com\/blog\/las-vs-de-data-velocidad\/","title":{"rendered":"Las Vs de Data. Velocidad"},"content":{"rendered":"<p style=\"text-align: justify;\">El desarrollo de <em>Internet <\/em>en los \u00faltimos a\u00f1os ha propiciado la irrupci\u00f3n de nuevos modelos de negocio, con origen digital y muy centrados en el cliente. Estos modelos utilizan arquitecturas de datos tan pegadas al negocio que el propio mercado est\u00e1 basado en las capacidades de la arquitectura. La ventaja competitiva de las empresas que las emplean es la posibilidad de dar respuesta en tiempo real a las necesidades de sus clientes, de los que tienen un conocimiento extremo, saben: qu\u00e9, cu\u00e1ndo, c\u00f3mo y por qu\u00e9.<!--more--><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">La base para conseguirlo, un tratamiento excelente de los datos. En este escenario, las exigencias de an\u00e1lisis y extracci\u00f3n de valor de la informaci\u00f3n son cada vez mayores y con un marco temporal cada vez menor. Aparece el reto de gestionar con <em>Velocidad <\/em>los datos.<\/p>\n<figure id=\"attachment_90551\" aria-describedby=\"caption-attachment-90551\" style=\"width: 290px\" class=\"wp-caption alignright\"><a href=\" \"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"wp-image-90551 size-medium\" src=\"https:\/\/www.emagister.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2019\/07\/image001-2-300x200.jpg\" alt=\"\" width=\"300\" height=\"200\" \/><\/a><figcaption id=\"caption-attachment-90551\" class=\"wp-caption-text\"><strong>Recomendaci\u00f3n en tiempo real<\/strong> (tomado de rinapiccolo.com)<\/figcaption><\/figure>\n<p style=\"text-align: justify;\">Actualmente, analizar los datos en el mismo instante en el que se generan se ha convertido en una necesidad para muchas empresas. Recomendaciones de productos o servicios, comportamiento de clientes, <em>Internet<\/em> de las Cosas, monitorizaci\u00f3n de dispositivos m\u00e9dicos, ciberseguridad, detecci\u00f3n de fraude, son algunos ejemplos de casos de uso en los que es necesario procesar datos en tiempo real, como y cuando vienen, para poder tomar decisiones con la mayor rapidez posible. A esta necesidad de obtener valor de los datos en tiempo real, o cerca del tiempo real, responden las soluciones de\u00a0<em>streaming<\/em>.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">Una de las mejores definiciones de <em>streaming<\/em> es la de <em>Tyler Akidau,<\/em> de <em>Google<\/em>: <em>\u201ca type of data processing engine that is designed with infinite data sets in mind. <\/em><em>Nothing more\u201d<\/em>. Mientras que en el procesamiento <em>batch<\/em> tenemos un conjunto de datos limitado (<em>bounded<\/em>) con un principio y un final, y el trabajo termina tras procesar este conjunto, en el procesamiento en\u00a0<em>streaming<\/em> nos enfrentamos a flujos de datos sin l\u00edmites (<em>unbounded<\/em>) que llegan al sistema que los tiene que procesar en peque\u00f1as cantidades y de forma continuada. A los\u00a0<em>\u00edtems<\/em> de informaci\u00f3n que llegan al sistema los denominamos eventos, datos, mensajes o <em>records<\/em>. Al conjunto de <em>\u00edtems\u00a0<\/em>con forma de flujo infinito y continuo, lo denominamos\u00a0<em>stream<\/em> de datos.La problem\u00e1tica que conlleva gestionar este tipo de flujos es mayor que la necesaria para gestionar un sistema <em>batch<\/em>.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">Comenzaremos este art\u00edculo definiendo los principales conceptos asociados al procesamiento de <em>streams<\/em> de datos. Despu\u00e9s, analizaremos las principales opciones existentes en el ecosistema <em>streaming<\/em>: herramientas como <em>Storm<\/em>, complementos de tecnolog\u00edas existentes como la librer\u00eda de <em>Streaming<\/em> de <em>Spark<\/em>y, un <em>framework\u00a0<\/em>dise\u00f1ado espec\u00edficamente para <em>streaming<\/em> como es\u00a0<em>Apache Flink<\/em>. Por \u00faltimo, describiremos\u00a0<em>Kafka,<\/em> pieza fundamental en las arquitecturas de tiempo real (y de micro servicios).<\/p>\n<h3 style=\"text-align: justify;\">Tipos de procesamiento de eventos<\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\">La forma de procesar los eventos quiz\u00e1s sea la caracter\u00edstica m\u00e1s importante de un sistema de <em>streaming<\/em>. Define sus propiedades y casos de uso. Hay dos estrategias:<\/p>\n<ul style=\"text-align: justify;\">\n<li><em>Native streaming<\/em> (<em>streaming<\/em> puro). Los eventos son procesados uno a uno, en el momento en el que llegan, sin esperar a otros.<\/li>\n<\/ul>\n<figure id=\"attachment_90552\" aria-describedby=\"caption-attachment-90552\" style=\"width: 490px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"wp-image-90552 size-full\" src=\"https:\/\/www.emagister.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2019\/07\/image002-e1564412546164.png\" alt=\"\" width=\"500\" height=\"202\" srcset=\"https:\/\/www.emagister.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2019\/07\/image002-e1564412546164.png 500w, https:\/\/www.emagister.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2019\/07\/image002-e1564412546164-80x32.png 80w\" sizes=\"auto, (max-width: 500px) 100vw, 500px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-90552\" class=\"wp-caption-text\">Procesamiento en streaming puro (tomado de: cakesolutions.net)<\/figcaption><\/figure>\n<ul style=\"text-align: justify;\">\n<li><em>Micro<\/em>&#8211;<em>batching (<\/em>o <em>fast-batching<\/em>). Es una evoluci\u00f3n del procesamiento en<em>batch<\/em>. Los eventos se agrupan en lotes peque\u00f1os y at\u00f3micos, por cantidad o por tiempo, para posteriormente ser procesados.<\/li>\n<\/ul>\n<figure id=\"attachment_90553\" aria-describedby=\"caption-attachment-90553\" style=\"width: 490px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"wp-image-90553 size-full\" src=\"https:\/\/www.emagister.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2019\/07\/image003-e1564412835666.png\" alt=\"\" width=\"500\" height=\"195\" srcset=\"https:\/\/www.emagister.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2019\/07\/image003-e1564412835666.png 500w, https:\/\/www.emagister.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2019\/07\/image003-e1564412835666-80x31.png 80w\" sizes=\"auto, (max-width: 500px) 100vw, 500px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-90553\" class=\"wp-caption-text\">Procesamiento en micro-batching (tomado de: cakesolutions.net)<\/figcaption><\/figure>\n<h3 style=\"text-align: justify;\">Rendimiento: latencia y <em>throughput<\/em><\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\">Toda aplicaci\u00f3n de <em>streaming<\/em> deber\u00eda estar dise\u00f1ada para tratar cada evento en origen tan pronto como sea recibido. La cantidad y la velocidad de procesamiento determinan el rendimiento. Dos conceptos importantes:<\/p>\n<ul style=\"text-align: justify;\">\n<li><em>Throughput<\/em>. Es la cantidad de informaci\u00f3n neta que fluye a trav\u00e9s de un sistema. Se mide en eventos procesados por segundo en el sistema. Cuanto m\u00e1s alto, mejor.<\/li>\n<li>Cu\u00e1nto tarda un evento en ser procesado. Es la suma de los retardos temporales producidos en los procesos de transmisi\u00f3n, transformaci\u00f3n y an\u00e1lisis de la informaci\u00f3n. Cuanto m\u00e1s baja, mejor.<\/li>\n<\/ul>\n<h3 style=\"text-align: justify;\">Sem\u00e1ntica de procesamiento<\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\">Con el t\u00e9rmino sem\u00e1ntica nos referimos a la consistencia de la transmisi\u00f3n de eventos desde el origen hasta el destino en el que se procesar\u00e1n. Para solventar los problemas que pueden producirse en la transmisi\u00f3n existen varias estrategias, m\u00e1s o menos eficientes, que denominamos garant\u00edas de entrega:<\/p>\n<ul style=\"text-align: justify;\">\n<li>Exactamente una vez (<em>exactly once<\/em>). Asegura que los eventos ni se pierden ni se duplican. La estrategia m\u00e1s dif\u00edcil de implementar ya que implica la gesti\u00f3n del estado del sistema.<\/li>\n<li>Al menos una vez (<em>at least once<\/em>). Asegura que los eventos no se pierden, pero puede haber duplicados. Es el modelo m\u00e1s pr\u00e1ctico cuando la p\u00e9rdida de eventos no es aceptable.<\/li>\n<li>Como mucho una vez (<em>at most once<\/em>). Asegura que los eventos no se duplican, pero pueden perderse. Es el comportamiento m\u00e1s sencillo de implementar. Estrategia v\u00e1lida en modelos en los que la p\u00e9rdida de datos no es un problema.<\/li>\n<\/ul>\n<h3 style=\"text-align: justify;\">Gesti\u00f3n de estado: <em>stateless<\/em> y <em>stateful<\/em><\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\">Desde la perspectiva de los datos, el estado puede definirse como la informaci\u00f3n necesaria para el procesamiento correcto de un evento. Podemos identificar dos tipos:<\/p>\n<ul style=\"text-align: justify;\">\n<li><em>Stateless\u00a0<\/em>(sin estado). El procesamiento de cada evento es independiente del resto de eventos. Ejemplos: <em>map<\/em>, <em>filter<\/em>, <em>join<\/em> con datos est\u00e1ticos, etc.<\/li>\n<li><em>Stateful\u00a0<\/em>(con estado). El procesamiento de cada evento depende del resultado de los eventos procesados previamente, depende del estado. Es necesario mantener dicho estado en un almacenamiento que se actualice peri\u00f3dicamente. Ejemplo: sumatorios de eventos por clave.<\/li>\n<\/ul>\n<p style=\"text-align: justify;\">Si la soluci\u00f3n de <em>streaming<\/em> tiene capacidad para mantener el control del estado es de tipo <em>stateful<\/em>, si carece de ella, es de tipo <em>stateless<\/em>. En este segundo caso, la gesti\u00f3n del estado recae en la aplicaci\u00f3n que utiliza la soluci\u00f3n.<\/p>\n<h3 style=\"text-align: justify;\">Tolerancia a fallos<\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\">El estado desde la perspectiva de los datos no es el \u00fanico que debe gestionar la soluci\u00f3n de <em>streaming<\/em>. Para garantizar tolerancia a fallos, en soluciones <em>stateless<\/em> o <em>stateful<\/em>, es necesario controlar el estado de todo el sistema: fuentes de datos, canales de comunicaci\u00f3n y procesos.Es decir, almacenar y actualizar la informaci\u00f3n m\u00ednima esencial para que el sistema pueda recuperarse despu\u00e9s de fallos como pueden ser un corte de red, un error de memoria o la ca\u00edda de un nodo.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><strong><em>Storm<\/em><\/strong><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">Fu\u00e9 creado originalmente por <em>Nathan Marz<\/em> y su equipo de <em>BackType<\/em> en 2010. M\u00e1s tarde fue adquirido y devuelto a la comunidad por <em>Twitter<\/em> convirti\u00e9ndose en un proyecto <em>Apache top level<\/em> en 2014. Fue el pionero (y est\u00e1ndar de facto) en el campo de procesamiento masivo de datos en <em>stream<\/em>. Es un sistema de <em>streaming<\/em> nativo provisto de una <em>API<\/em> de bajo nivel. Est\u00e1 compuesto por dos tipos de componentes:<\/p>\n<ul style=\"text-align: justify;\">\n<li><em>Spouts<\/em>, responsables de la ingestade datos en el sistema desde diversas fuentes de origen.<\/li>\n<li><em>Bolts,<\/em> operadores encargados de transformar y procesar los datos.<\/li>\n<\/ul>\n<p style=\"text-align: justify;\">Con estos componentes se crea una topolog\u00eda, una estructura de <em>spouts<\/em> y <em>bolts<\/em>, por la que fluye el <em>stream<\/em> de datos produci\u00e9ndose su procesamiento. Este modelo de operadores continuos presenta problemas para el control del flujo, bajo <em>throughput<\/em>, sem\u00e1ntica de procesamiento <em>at least once, <\/em>gesti\u00f3n de estado <em>stateless<\/em>y un elevado <em>overhead<\/em>.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><strong><em>Spark Streaming<\/em><\/strong><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><em>Spark<\/em> es el est\u00e1ndar de facto para el procesamiento <em>batch<\/em>. <em>Spark Streaming<\/em> es el componente desarrollado sobre <em>Spark<\/em>para responder a las necesidades de procesamiento en <em>streaming<\/em>. Se puede hablar de un punto de inflexi\u00f3n a partir de la versi\u00f3n 2.0 de la librer\u00eda. Mientras que la versi\u00f3n 1.x est\u00e1 limitada a procesamiento basado en <em>micro batchs<\/em>, el <em>Structured Streaming<\/em> de la versi\u00f3n 2.0 constituye el primer paso en la evoluci\u00f3n hacia un motor de <em>streaming<\/em> de baja latencia con soporte total a una sem\u00e1ntica basada en eventos individuales. Es decir, supone el salto del <em>processing time<\/em> al <em>event time<\/em>manteniendo caracter\u00edsticas como: escalabilidad, tolerancia a fallos, garant\u00edas de entrega <em>exactly once<\/em>, gesti\u00f3n de estado <em>stateful<\/em>y alto <em>throughput<\/em>.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><strong><em>Apache Flink<\/em><\/strong><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">Tiene su origen en la iniciativa de investigaci\u00f3n <em>\u201cStratosphere: Information Manegement on the Cloud\u201d<\/em> en la que colaboraron varias universidades del \u00e1rea de Berl\u00edn. A finales de 2014 fue aceptado como proyecto <em>top level<\/em> de <em>Apache<\/em>. Actualmente est\u00e1 soportado por la <em>start-upVerverica<\/em>. <em>Flink<\/em> [1] es un <em>framework<\/em> para el procesamiento de datos en <em>streaming<\/em>. Sus principales caracter\u00edsticas son:<\/p>\n<ul style=\"text-align: justify;\">\n<li>Procesamiento en <em>streaming<\/em> Cuenta con caracter\u00edsticas avanzadas para garantizar resultados precisos, incluso en el caso de eventos desordenados (<em>out-of-order<\/em>) o tard\u00edos.Se puede utilizar para procesamiento en <em>batch<\/em>, como caso acotado del <em>streaming<\/em>.<\/li>\n<li>Es 10 veces m\u00e1s r\u00e1pido que <em>Hadoop MapReduce<\/em> procesando en disco y 100 veces m\u00e1s r\u00e1pido si puede procesar en memoria.<\/li>\n<li>Con el fin de mejorar el rendimiento y soportar iteraciones (necesarias en el procesamiento de grafos y en <em>MachineLearning<\/em>), tiene su propio gestor de memoria dentro de la <em>JVM<\/em>.<\/li>\n<li>Se caracteriza por su alto <em>throughput<\/em>, baja latencia, escalabilidad (a miles de nodos), gesti\u00f3n de estado <em>stateful<\/em>[2] y garant\u00eda de entrega de mensajes <em>exactlyonce<\/em>. Utiliza el algoritmo <em>AsynchronousBarrierSnapshotting<\/em> [3], dise\u00f1ado para garantizar la tolerancia a fallos mediante<\/li>\n<li>Contiene librer\u00edas para el procesamiento de datos mediante lenguaje <em>SQL<\/em>, <em>Machine Learning<\/em> y an\u00e1lisis de grafos.<\/li>\n<\/ul>\n<p style=\"text-align: justify;\">Dentro del \u201cmundo\u201d de los <em>frameworks<\/em> de procesamiento distribuido <em>batch\/streaming<\/em>, a pesar de su menor madurez, <em>Flink<\/em> es el rival natural de <em>Spark<\/em>. Lo utilizan empresas como: <em>Alibaba<\/em>, <em>ING<\/em>, <em>BouyguesTelecom<\/em>,<em>Ericsson<\/em>, <em>Huawei<\/em>, <em>Uber<\/em> o <em>Zalando<\/em>.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><strong><em>Apache Kafka<\/em><\/strong><\/p>\n<figure id=\"attachment_90554\" aria-describedby=\"caption-attachment-90554\" style=\"width: 290px\" class=\"wp-caption alignright\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"wp-image-90554 size-full\" src=\"https:\/\/www.emagister.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2019\/07\/image004-e1564413316199.png\" alt=\"\" width=\"300\" height=\"237\" srcset=\"https:\/\/www.emagister.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2019\/07\/image004-e1564413316199.png 300w, https:\/\/www.emagister.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2019\/07\/image004-e1564413316199-80x63.png 80w\" sizes=\"auto, (max-width: 300px) 100vw, 300px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-90554\" class=\"wp-caption-text\">Kafka a alto nivel (tomado de: kafka.apache.org)<\/figcaption><\/figure>\n<p style=\"text-align: justify;\">Es un <em>framework<\/em> distribuido de <em>streaming<\/em>. En origen fue desarrollado por <em>LinkedIn<\/em> que lo public\u00f3 como <em>opensource<\/em> en 2011. En noviembre de 2014, varios ingenieros que trabajaron en el proyecto <em>Kafka<\/em> de <em>LinkedIn<\/em> crearon una nueva empresa, <em>Confluent<\/em>, enfocada a desarrollarlo. Basado en un modelo editor\/suscriptor,es tolerante a fallos y masivamente escalable. Estas caracter\u00edsticas, unidas a su baja latencia y alto rendimiento, lo convierten en una herramienta excelente para comunicar <em>streams\u00a0<\/em>de informaci\u00f3n que se generan a gran velocidad y que deben de ser gestionados por una o varias aplicaciones. Puede verse como una cola de mensajes que almacena <em>streams<\/em> de <em>records<\/em> (clave, valor y sello de tiempo) en categor\u00edas llamadas <em>topics<\/em>. Los procesos que publican mensajes (editores) se denominan <em>brokers<\/em> y los suscriptores son los consumidores de los <em>topics<\/em>. Tiene cuatro<em>APIs<\/em> para entenderse con <em>Producers <\/em>(editores), <em>Consumers <\/em>(suscriptores de uno o varios topics), <em>Connectors<\/em> (aplicaciones o bases de datos) y <em>Stream Processors<\/em> (aplicaciones que la utilizan para transformar datos).<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">Ya conocemos la forma de resolver el tercero de los retos que plantea el universo digital a las Arquitecturas de Datos. Hemos completado el recorrido por las <em>V<\/em>s de <em>Data<\/em>. En la siguiente entrega combinaremos los retos para describir las Arquitecturas de Datos de referencia: <em>Lambda<\/em> y <em>Kappa<\/em>.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.emagister.com\/blog\/las-vs-de-data-volumen\/\">&lt;&lt; Entrada anterior: Las Vs de Data: Volumen<\/a><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><strong>Bibliograf\u00eda<\/strong><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">[1]: Carbone, P., Katsifodimos, A., Ewen, S., Markl, V., Haridi, S., and Tzoumasz, K. (2015). Apache Flink: Stream and Batch Processing in a Single Engine, <em>IEEE Data Engineering Bulletin 38, pp. 28-38.<\/em><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">[2]: Carbone,P., Ewen, S.,F\u00f3ra, G., Haridi, S., Richter, S., and Tzoumas, K. (2017). State management in Apache Flink\u00ae: consistent stateful distributed stream processing, <em>Proceedings of the VLDB Endowment, Volume 10 Issue 12, pp. 1718-1729.<\/em><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">[3]: Carbone, P., F\u00f3ra, G., Ewen, S., Haridi, S., and Tzoumas, K. (2015). Lightweight Asynchronous Snapshots for Distributed Dataflows, <em>arXiv preprint arXiv:1506.08603.<\/em><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><strong>Fuente: \u201cArquitecturas de Datos, de <em>Hadoop<\/em> a <em>Beam<\/em>\u201d por Alejandro Rodr\u00edguez Garc\u00eda, alumno del M\u00e1ster en Big Data de\u00a0MBIT School.<\/strong><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>El desarrollo de Internet en los \u00faltimos a\u00f1os ha propiciado la irrupci\u00f3n de nuevos modelos de negocio, con origen digital &#8230; <a title=\"Las Vs de Data. Velocidad\" class=\"read-more\" href=\"https:\/\/www.emagister.com\/blog\/las-vs-de-data-velocidad\/\" aria-label=\"M\u00e1s en Las Vs de Data. 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