流式处理 vs 批处理，新数据时代的数据处理技术该如何选择？
作者：测评人 Zoe
导语：在快速发展的数字时代，数据已经成为各个行业中不可或缺的重要资产。为了从中获取真正有用的信息和简介，企业往往需要对数据进行适当的处理。而这样的数据处理技术正经历着显著的演变。两大主要潮流——流式处理和批处理——在企业的数据管理策略中占据了重要地位。
流式处理通过实时分析和处理数据流，使企业能够立即响应事件和变化，实现敏捷决策和优化运营。相比之下，批处理则通过定期收集和处理大量数据，使企业能够执行复杂的分析和报告，确保数据的全面性和准确性。这两种方法适用于不同的业务需求和应用场景。
从趋势上来看，组织内部对于数据传输和处理能力的速度和准确性要求正在且将不断提升，本文将重点介绍实时数据流的概念与应用。
目录：
什么是数据流？
什么是实时流处理技术？
实时数据与流数据
什么是实时流 ETL？
数据流与 ETL
为什么我们需要实时流？
实时流的好处
实时流的挑战和限制
最佳实时数据流工具
结论
对于任何组织而言，拥有数据只是第一步，能够真正将其转化为实际的洞察或决策，才是真正的目的所在。数据本身的价值非常有限，甚至可能毫无用处。如果再碰上数据更新不及时的情况，数据的很多操作和应用场景更是无法实现。但无论如何，不变的是——数据一直在以一种惊人的增速不断生产出来。因此，企业必须使用正确的工具和技术，以充分挖掘并利用数据的价值。在这个过程中，起到驱动作用的一大需求就是从批处理转向数据流。数据流可以帮助企业获得实时洞察力，免除等待批量处理数据的痛苦，后者需要耗费数分钟到数天，乃至数周的时间来产生数据分析结果。
简言之，实施实时数据流可以有效避免批量数据处理进程缓慢的问题。不同于传统的批量数据移动方法，数据流技术支持在数据生成后，实时连续地传输处理后的数据。即使你所在的组织尚未自主使用数据流技术，也很可能已经在日常用到的产品服务中有所触及，甚至可能是这些服务供应商用来优化产品体验不可或缺的核心产品能力。如今，每个行业都能感受到数据流的影响。数据流系统绝非小众，它提供的解决方案覆盖实时欺诈检测、社交媒体馈送、股票交易信号、多人游戏、拼车应用中的 GPS 跟踪、Netflix 推荐、电子商务网站等大量应用场景。
本文将介绍实时数据流的基本知识。并深入探讨数据实时化的含义，重点关注实时数据流对企业和个人的重要性和益处。首先，让我们以更详细地探讨“何为数据流”作为切入。
什么是数据流？
尽管在过去几年里，我们大概率或多或少地听说过“数据流”，但概念上可能不太清晰。简单来说，数据流指的是数据从源到目标的实时连续流动。通过这种数据处理方式，企业可以在数据产生时对其进行处理和分析，而不是分批或事后收集数据。实际的流式数据可以来自各种来源，包括社交媒体馈送、传感器、日志文件和其他实时来源。在现代技术环境中，这些数据的来源几乎无穷无尽。
随着时间的推移，数据流由于数据量、类型和生成速度的增加而发生了显著的变化。过去，数据通常以批量的方式进行收集和处理。采用传统方法时，数据要经过一段时间的收集，然后发送到目的地进行最终分析。这意味着洞察通常会延迟，且只能基于历史趋势，而非系统中正在发生的现状。然而，随着实时数据流的出现，企业现在可以在数据生成的同时对其进行分析，从而更快地做出决策并提高洞察力。
数据流最常见的应用案例之一是金融服务和证券交易的相关场景。在这类分秒必争的背景下，实时数据对于根据历史和当前市场趋势做出瞬时交易决策至关重要。哪怕仅有几秒钟的延迟，也可能导致巨大损失或错失获得重大收益的机会。此外，流数据还多用于医疗保健、零售和物流等行业，以监测患者健康状况、跟踪库存、优化供应链运营……
物联网（IoT）设备中的数据流应用则是一个更新兴的用例。在实际场景下，物联网设备会实时生成大量数据，对这些数据进行分析，可以识别出数据的模式和趋势，包括设备使用情况、性能变化、用户行为等，从而帮助企业优化运营、提高效率并改善用户体验。
现代数据流方法的出现彻底改变了企业处理和分析数据的方式。通过对海量数据进行实时分析，企业可以做出更快的数据驱动决策，并获得过去通过传统的基于批处理的数据移动方法无法获得的宝贵洞察。
什么是实时流处理技术？
谈及数据流，底层技术本质上是实时流处理工具、技术和框架的组合。这些组件用于实时处理和分析来自各个来源的数据，即在数据生成时立即对其进行捕获、分析和响应，提供更快速、更准确的洞察。在实际应用中，实时流处理技术栈通常涉及复杂事件处理（CEP）系统、数据流平台和其他专用高级分析工具。为了了解这些组件如何在技术栈中协同工作，我们再来看一下 CEP 系统和数据流平台组件的详细情况。
CEP 系统旨在处理高速数据流，实时识别模式、趋势和异常。它们通过同时处理并关联多个来源的数据，及应用预定义的规则和模型来检测相关事件。CEP 系统广泛用于金融、电信和制造等行业，用以实时监控和控制流程。
数据流平台是实时流处理技术栈的另一个关键组件，为实时处理和分析大量数据流提供了可扩展且容错的基础设施。数据流平台通常包括数据摄取、处理和存储功能，以及数据可视化和实时分析工具。我们将在后文中介绍其中一些平台，以便对此感兴趣的各位了解更多可选用的解决方案。
实时流处理技术在各行各业都有广泛的应用案例，包括欺诈检测、网络监控、预测性维护和实时营销。将实时流处理技术纳入数据堆栈，是现代企业获得竞争优势的重要工具，通过处理和分析实时生成的数据，赋予自身实时洞察的能力，企业可以提高运营效率、增强客户体验并推动创新。
实时数据 vs. 流数据
在引入流数据时，最大的困惑之一是如何将其与实时数据的概念联系起来。实时数据和流数据无疑是相关的概念，通常情况下，在有关数据的讨论中，这两个术语可以互换使用。但两者之间仍存在一些细微但关键的区别：
实时数据是指在可用时立即生成、处理和分析的数据。实时数据可以来自多种来源，包括传感器、物联网设备、社交媒体等。其关键特征是：数据一经生成，就能立即对其进行分析和处理。股市数据就是实时数据的一个典型例子。股票价格在一天中瞬息万变，交易者需要能够实时访问、处理这些信息，并根据据此做出明智的投资决策。
流数据则是指经实时处理和分析的连续数据流。流数据通常由各种来源生成，并且在生成的同时被处理和分析。流数据的关键特征是连续处理和分析，而不是批量收集。一个常见的例子是网站访客日志。网站会产生持续的数据流，包括访客信息、点击流数据等。通常，这些数据会被实时处理和分析，以提供对访问者行为的洞察、优化用户体验并提高网站性能。
虽然实时数据和流数据共享一些特性，有一些相似之处，但它们之间的主要区别在于，实时数据是需要立即处理并采取决策行动的，而流数据则侧重于连续处理和分析。毫无疑问，这两种类型的数据对现代企业都至关重要，但这种区别极易在翻译传播中丢失，继而被忽略。继而引发一个新的问题，那就是在与非数据科学专业的讨论环境中，如此严密地对这二者进行区分是否存在实际意义。无论如何，这两种类型的数据都能帮助企业做出明智的决策，并获得传统方法无法提供的洞察力。
什么是实时流 ETL？
在理解实时数据流的旅程中，下一个概念是实时流 ETL（Extract, Transform, Load 提取、转换、加载）。这是一个数据集成过程，涉及从实时数据流中提取数据，将数据转换为所需格式，并加载到目标系统中。这一流程通常是自动化的，使企业能够快速高效地处理和分析实时数据流。实时流 ETL 通常与前面提到的数据流平台和复杂事件处理（CEP）系统联合使用。将这些技术结合在一起，企业就能从数据中获得实时分析和洞察。
有时，理解一个概念最好的方法就是结合实例。对于实时流 ETL，有许多应用和使用场景。以下是一些大家普遍熟悉的实时流 ETL 用例：
欺诈检测（反欺诈）
实时流 ETL 被广泛应用于金融行业，例如金融机构使用实时流 ETL 来识别欺诈交易。这一过程包括从实时流中提取交易数据，将数据转换为必要的格式，并将结果加载到欺诈检测系统中。通过实时分析交易数据，组织可以识别可疑活动并采取及时行动。例如，信用卡公司可以借此发现潜在的欺诈行为时立即发出警报。通过这种方式，金融机构能够实时检测和预防欺诈交易，最大限度地减少经济损失，保护客户的资产安全。
预测性维护
在制造业领域，实时流 ETL 多用于预测性维护。企业使用实时流 ETL 在设备故障发生前进行预测和预防。这一过程包括从机器上的传感器和其他物联网设备中提取数据，转换数据以满足目标端需求，并将结果加载到预测性维护系统中。这使制造企业能够实时检测和处理潜在的设备故障，从而减少停机时间和维护成本，延长设备的使用寿命，提高生产效率。
实时营销
实时流 ETL 在营销领域也有广泛的应用。电子商务和零售公司擅用实时流 ETL 向客户实时推送个性化营销活动。该过程涉及从实时数据流中提取客户数据，转换数据以识别客户偏好和行为，并将结果加载到营销自动化系统中。这样，电子商务和零售公司就可以根据客户的实时行为向他们发送有针对性的营销信息，从而提高客户参与度，还有机会增加销售额。
总体而言，实时流 ETL 是现代企业快速高效处理和分析实时数据流的强大工具。通过自动化数据集成过程，组织可以实时获得有价值的洞察并做出明智的决策。除上述例子外，几乎所有企业都可以从实时流 ETL 中受益，无论是推动收入增长、提升客户体验，还是优化运营效率——方方面面，不一而足。
数据流 vs. ETL
数据流和 ETL 仍然是数据集成和处理领域两个相关但又不同的概念。
前者涉及对连续的实时数据馈送进行立即的处理和分析。而后者则更注重从不同来源提取数据，将其转换为所需格式，并加载到目标系统中。虽然它们都涉及数据的处理和集成，但也存在一些差别，例如在应用场景方面，数据流通常用于实时分析、监控和警报，而 ETL 则更多用于批处理和数据仓库。
理解这些不同对于选择合适的数据处理和集成方法至关重要。下面我们将从几个方面更详细地探讨个中差异：
数据源
数据流通常处理从传感器、社交媒体或物联网设备等来源生成的实时数据馈送。相比之下，ETL 处理的主要是来自批处理文件或数据库的数据，这些数据通常是静态的，并定期更新（非实时）。
处理速度
数据流的一个主要优势是它的处理速度。数据流实时处理数据，与之相伴是高处理速度和低延迟。数据在生成时立即被处理和分析，企业能够实时获得洞察并做出决策。相比之下，ETL 过程通常是批处理或微批处理，这意味着数据在收集和处理之间可能存在时延，数据转换和分析耗时更多。这种处理可能需要几秒到几小时。而数据流可以即时处理数据，以便在真正关键的时刻抓准时机，当机立断。
应用场景
如前文所述，数据流和 ETL 在使用场景上也有所不同。数据流适用于需要实时洞察和决策的应用，常见于实时监控和分析以及警报。ETL 则更适用于需要批量数据处理和集成的应用，常见于数据仓库、分析和报告。根据具体需求，组织可以选择使用数据流、ETL 或两者结合的方法。
为了进一步阐述两者之间的差异，我们不妨深入研究一些现实世界中的使用案例。下面是一些我们熟悉的数据流和 ETL 的应用实例：
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数据流：天气监测系统是一个很好地数据流应用示例。在这个场景中，数据流从传感器收集实时数据，为用户实时更新天气状况；另一个例子是社社交媒体舆情监控系统，它从各种社交媒体平台收集实时数据并进行分析，以跟踪品牌声誉或大众情绪。在这两种情况下，如果用户能在数据产生时就即时查看或分析，就能将这些数据的价值最大化。
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ETL：关于 ETL 流程实施，一个常见的例子是，营销团队从多个来源（如 CRM 系统、网络分析平台和社交媒体资料等）提取客户数据，以创建统一的客户档案。另一个例子是，将多个事务型数据库中的数据汇总到数据仓库中，用于商业分析和报告。尽管这些流程最好在规定的时间范围内进行，尽快完工肯定没坏处，但是否即使对结果影响不会太大，并不需要强求精确到秒或毫秒级的更新。
总之，虽然数据流和 ETL 有一些相似之处，但它们在数据来源、处理速度和使用场景方面存在明显差异。组织可以根据其具体需求和数据的性质选择使用哪种方法。在大多数情况下，企业可能会同时使用这两种技术或时支持这两种技术的工具。
为什么我们需要实时流？
在实施实时流解决方案之前，可能还有一个最重要的前提条件容易被忽视，那就是能够创建一个业务案例或回答“为什么实时流对我们的业务重要”——即企业需要明确其对业务的具体好处和必要性。事实上，在充分了解何为实时流的基础上，企业很容易就能判断实时流是否比其他解决方案更适合自身的需求和目标。
企业可能出于多种原因考虑，希望将实时流作为其数据解决方案的一部分，例如：
决策加速
对于大多数企业来说，决策做得越快，结果就越好。实时流使企业能够在数据生成时立即对其加以行分析，并从中获取洞察，从而帮助他们做出更快、更明智的决策。而在竞争激烈的市场中，快速决策往往是制胜的关键。
提高运营效率
依赖人工来发现运营低效等问题并不可靠且难以预测。通过基于实时流的运营数据监控和分析，企业可以实时识别并解决潜在的问题，从而提高运营效率。例如，制造企业可以通过实时监控设备数据，及时进行维护，减少停机时间，提高生产效率。
优化客户体验
实时流可以通过实时分析客户数据，帮助企业实现个性化的客户体验，这有助于创造更多提高销售额和客户满意度的机会。例如，电子商务网站可以通过实时分析客户的浏览和购买行为，提供个性化的产品推荐。
当然，与任何技术一样，实时流也总会有不适合或阻碍发展的情况。下面，我们将介绍几种可能不需要或不适合使用实时流的场景：
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数据量有限：如果生成的数据量较小，或不具时间敏感性（不需要立即处理或分析），则可能并无必要施以实时流处理。在这种情况下，往往批处理就足以满足相关业务数据处理和分析的需要。
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资源有限：实时流需要强大的处理能力和大量的资源支撑，实施和维护成本相应地也会很高。如果组织内部没有足够的资源或预算，可能无法有效利用实时流，其他解决方案可能更适合。
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安全与合规考量：实时流可能不适用于敏感数据或受到严格监管要求的数据。由于数据移动速度如此之快，可能很难执行合规性和数据治理准则。在这种情况下，批处理可能更为可取，因为它更便于确保数据的安全性和合规性。
总之，企业可以选择借助实时数据流来加快决策速度、提高运营效率、改善客户体验。但也如前所述，尽管实施实时数据流可能会为组织带来令人振奋的改变，在某些情况下，实时数据流可能并不是问题的最优解。需要综合考量其中的必要性以及需求的匹配度。
实时流的优势
实时流为希望提高数据处理和分析能力的企业带来了很多好处。以下是业务角度下，实时流最常表现出的一些优势。其中有一部分内容在前文已经有所提及，我们将在此基础上进行总结概括以及进一步补充说明。
提高运营效率
通过实时监控和分析运营数据，实时流可以帮助企业识别并解决运营中已有或潜在的问题，从而提高整体效率。例如，制造企业可以由此实时监控设备性能，并在故障发生前及时发现，及时进行维护，减少停机时间和维护成本，提高生产运营效率。
创造更好的客户体验
通过实时分析客户数据，实时流可以帮助企业实现个性化的客户体验。例如，企业可以根据客户的实时浏览行为，利用实时流向客户推荐“猜你喜欢”的产品，由此提高销售额和客户满意度。
节约成本
实时流可以帮助企业通过实时分析数据来发现更多节省成本的机会。例如，企业可以利用实时流来实时识别和预防欺诈行为，从而减少扣款和收入上可能产生的损失。又如通过实时监控能源消耗，企业可以识别并减少不必要的能源浪费，降低运营成本。
建立竞争优势
实时流可以助力企业快速响应市场变化和客户需求，从而为企业带来竞争优势，帮助企业实现赛道抢跑，逐步领先竞争对手，并保持市场地位。
实时流的挑战和限制
尽管实时流为企业带来了诸多好处，但也存在一些企业需要考虑的挑战和限制。以下是实时流在实施过程中可能面临的一些主要挑战和局限性，以及可能有助于降低这些挑战对系统或业务不利影响的方法思路。
数据质量
实时数据流能够生效的一个重大前提就是需要保障数据的准确性和高质量。如果数据不完整或不准确，就会导致错误的结果和不可靠的分析。为了克服这一挑战，企业需要实施数据验证和清理流程，以确保数据质量。
网络延迟
实时数据流依赖于高速可靠的网络连接来实时传输数据。网络延迟可能会直接影响数据处理和分析的速度与即时性。针对这一挑战，企业可以考虑实施边缘计算解决方案，在更靠近源的地方处理数据，从而降低网络延迟。
数据安全
实时数据流可能会导致企业陷入安全风险，由于数据在生成时立即被传输和处理，数据的安全性和隐私性可能会受到威胁。为此，企业需要建立强大的数据安全措施，以保护敏感数据，如加密、身份验证和访问控制。
可扩展性
实时数据流需要强大的处理能力和充足的资源，随着数据量的增长，可扩展性将会成为企业面临的新挑战。因此，企业可以考虑采取基于云的解决方案，这类方案默认具备高可扩展性和灵活性。
数据隐私与合规
如果流式传输的数据受到隐私和合规性要求的约束，实时数据流可能会使企业面临法律和监管风险。考虑到这一点，企业需要确保其实时数据流流程符合相关法律法规，可能还需要选择一个能够提供帮助实现合规的工具或平台。
最佳实时数据流工具
在回顾了什么是实时数据流并探讨了其优缺点之后，让我们再来更深入地了解一些流行的解决方案。目前，市面上有很多开源及商业化工具可用于从实时数据源中摄取数据流。这些工具同样各有优势和局限性，以及更适用的场景。以下是一些 Top 级实时数据流工具，它们在行业中有着广泛的应用和良好的口碑：
Apache Kafka
Apache Kafka 是一款经典的开源实时数据流工具。作为最知名、应用最广泛的流平台之一，Kafka 是一个分布式、可分区、可复制的消息系统，可以实时处理大量数据。它为跨不同系统和应用的数据流提供了一个可靠且可扩展的平台。其主要优势包括高吞吐、低延迟消息传递、容错数据复制以及广泛支持多个数据源和数据目标。
Confluent
Confluent 是一个基于 Apache Kafka 构建的数据流平台，提供了一整套工具和服务，用于大规模构建、部署和运行实时数据管道。虽然它基于 Apache Kafka，但 Confluent 是一个更加精细完善的工具，具有显著的性能提升。Confluent 可在本地部署，也可以通过 Confluent Cloud 使用，在云端为用户提供托管实例。
该平台包括企业级的数据复制、容错和灾难恢复等功能，有助于确保数据的完整性和可用性。Confluent 还支持多种数据源和数据目标，可以很方便地与现有数据基础设施和工具集成。一个额外的优势是，Confluent 提供了一系列工具和服务，简化了数据管道的构建、部署和执行，大大提升了开发者的使用体验。
TapData
TapData 是一款以低延迟数据移动为核心优势构建的现代数据平台型工具，以出色的 CDC（Change Data Capture，变更数据捕获）能力和集中数据中心架构为关键特性，旨在以新颖的方式解决长期存在的数据集成问题，目前已积累 12,000+ 注册用户，覆盖电商、金融、制造等多个行业。
TapData 同时提供云版、本地部署版本，以及开源的社区版本（即将全面上线），并支持本地部署、全/半托管部署等多种部署选项。内置 100+ 数据连接器，TapData 拥有强大、稳定的实时同步和实时集成能力，可以将数据迁移到本地数据目标、基于云的数据目标或混合目标。
根据使用情况，数据可以从一个源移动到多个目标，也可以从多个源移动到单个目标。所有这些都可以通过 TapData 的低代码平台轻松配置并实现，该平台允许用户构建实时数据流的数据管道，而无需编写任何代码。
Amazon Kinesis
Amazon Kinesis 是 AWS 提供的云端流处理平台，旗下有多种产品，能够实时摄取和处理大量数据。它为实时数据处理提供了可扩展且经济高效的解决方案，并可以与其他 AWS 服务（如 Lambda、S3 和 DynamoDB）集成。其主要特点包括支持多种数据源和目标、实时数据分析以及灵活的扩展选项。最大优势之一是能够轻松与托管在AWS上的其他产品集成。
Apache Flink
Apache 名下的另一个产品，ApacheFlink 是一个分布式流处理引擎，能够实时处理大量数据。它为实时数据分析和机器学习提供了强大的平台支撑，可与 Hadoop 和 Spark 等大数据技术集成。其关键特性包括支持流处理和批处理、低延迟处理，以及复杂事件处理。总体而言，Flink 非常灵活，与覆盖范围更窄的工具相比，可以满足更多用例需求，适用性更广。
Google Cloud Dataflow
Google Cloud Dataflow 是一项完全托管的流数据处理服务，能够实时摄取和处理大量数据。该服务在 Google Cloud Platform (GCP) 上提供，支持可扩展且灵活的实时数据处理，并可以与 BigQuery 和 Cloud Storage 等其他 Google Cloud 服务集成。其主要特点包括支持流处理和批处理、灵活的数据管道和实时数据分析。与 AWS 中的 Amazon Kinesis 类似，Dataflow 天然具有轻松与GCP生态系统内的多个产品集成的优势。
Microsoft Azure Stream Analytics
Microsoft Azure Stream Analytics 是一项完全托管的流数据处理服务，能够实时摄取和分析大量数据。它为实时数据处理提供了一个可扩展且易于使用的平台，并可与 CosmosDB 和 Event Hubs 等其他 Azure 服务集成。其主要特点包括支持实时数据分析、机器学习和灵活的数据处理。结合微软最近对 OpenAI 的投资及其在微软生态系统中的功能扩展，Azure Stream Analytics 在未来几个月和几年内可能会酝酿出一些非常亮眼的功能。
上述工具列表哦虽然并非详尽无遗，但对于那些希望实施实时数据流的个人或团队而言，也应该会是一个很好的起点。每种工具都有自己的优缺点。选择正确工具的第一步是弄清自己的需求，紧接着再找出最适合这些需求的工具。
结论
本文涵盖了有关实时数据流的大量内容，希望能帮助大家更好地了解这项技术。简单回顾一下：我们探讨了数据流的多个方面，并将其与实时数据和 ETL 进行了比较。此外，还介绍了数据流的重要性和优势，以及实时数据流面临的挑战和局限性。最后，我们介绍了一些当下最流行的工具，为正式实施实时数据流方案提供了一个良好的开端。
正如我们在可用工具摘要中提到的，TapData 是一个数据集成平台，具有广泛的数据管理功能，可用作满足数据流需求的解决方案。TapData 同时支持云上或本地部署，只需与我们的数据库和实时流专家进行简单交谈即可开始使用。欢迎联系我们（tj@tapdata.io）。
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