任务失败
流任务中的运算符状态是很宝贵的，也需要抵御任务失败带来的问题。如果在任务失败的情况下，状态丢失的话，在任务恢复以后计算的结果将是不正确的。流任务会连续不断的运行很长时间，而状态可能已经收集了几天甚至几个月。在失败的情况下，重新处理所有的输入并重新生成一个丢失的状态，将会很浪费时间，开销也很大。
在本章开始时，我们看到如何将流的编程建模成数据流模型。在执行之前，流程序将会被翻译成物理层数据流图，物理层数据流图由连接的并行任务组成，而一个并行任务运行一些运算符逻辑，消费输入流数据，并为其他任务产生输出流数据。真实场景下，可能有数百个这样的任务并行运行在很多的物理机器上。在长时间的运行中，流任务中的任意一个任务在任意时间点都有可能失败。我们如何保证任务的失败能被正确的处理，以使任务能继续的运行下去呢？事实上，我们可能希望我们的流处理器不仅能在任务失败的情况下继续处理数据，还能保证计算结果的正确性以及运算符状态的安全。我们在本小节来讨论这些问题。
什么是任务失败？
对于流中的每一个事件，一个处理任务分为以下步骤：（1）接收事件，并将事件存储在本地的缓存中；（2）可能会更新内部状态；（3）产生输出记录。这些步骤都能失败，而系统必须对于在失败的场景下如何处理有清晰的定义。如果任务在第一步就失败了，事件会丢失吗？如果当更新内部状态的时候任务失败，那么内部状态会在任务恢复以后更新吗？在以上这些场景中，输出是确定性的吗？
在批处理场景下，所有的问题都不是问题。因为我们可以很方便的重新计算。所以不会有事件丢失，状态也可以得到完全恢复。在流的世界里，处理失败不是一个小问题。流系统在失败的情况下需要保证结果的准确性。接下来，我们需要看一下现代流处理系统所提供的一些保障，以及实现这些保障的机制。
结果的保证
当我们讨论保证计算的结果时，我们的意思是流处理器的内部状态需要保证一致性。也就是说我们关心的是应用程序的代码在故障恢复以后看到的状态值是什么。要注意保证应用程序状态的一致性并不是保证应用程序的输出结果的一致性。一旦输出结果被持久化，结果的准确性就很难保证了。除非持久化系统支持事务。
AT-MOST-ONCE
当任务故障时，最简单的做法是什么都不干，既不恢复丢失的状态，也不重播丢失的事件。At-most-once语义的含义是最多处理一次事件。换句话说，事件可以被丢弃掉，也没有任何操作来保证结果的准确性。这种类型的保证也叫“没有保证”，因为一个丢弃掉所有事件的系统其实也提供了这样的保障。没有保障听起来是一个糟糕的主意，但如果我们能接受近似的结果，并且希望尽可能低的延迟，那么这样也挺好。
AT-LEAST-ONCE
在大多数的真实应用场景，我们希望不丢失事件。这种类型的保障成为at-least-once，意思是所有的事件都得到了处理，而且一些事件还可能被处理多次。如果结果的正确性仅仅依赖于数据的完整性，那么重复处理是可以接受的。例如，判断一个事件是否在流中出现过，at-least-once这样的保证完全可以正确的实现。在最坏的情况下，我们多次遇到了这个事件。而如果我们要对一个特定的事件进行计数，计算结果就可能是错误的了。
为了保证在at-least-once语义的保证下，计算结果也能正确。我们还需要另一套系统来从数据源或者缓存中重新播放数据。持久化的事件日志系统将会把所有的事件写入到持久化存储中。所以如果任务发生故障，这些数据可以重新播放。还有一种方法可以获得同等的效果，就是使用结果承认机制。这种方法将会把每一条数据都保存在缓存中，直到数据的处理等到所有的任务的承认。一旦得到所有任务的承认，数据将被丢弃。
EXACTLY-ONCE
恰好处理一次是最严格的保证，也是最难实现的。恰好处理一次语义不仅仅意味着没有事件丢失，还意味着针对每一个数据，内部状态仅仅更新一次。本质上，恰好处理一次语义意味着我们的应用程序可以提供准确的结果，就好像从未发生过故障。
提供恰好处理一次语义的保证必须有至少处理一次语义的保证才行，同时还需要数据重放机制。另外，流处理器还需要保证内部状态的一致性。也就是说，在故障恢复以后，流处理器应该知道一个事件有没有在状态中更新。事务更新是达到这个目标的一种方法，但可能引入很大的性能问题。Flink使用了一种轻量级快照机制来保证恰好处理一次语义。
端到端恰好处理一次
目前我们看到的一致性保证都是由流处理器实现的，也就是说都是在Flink流处理器内部保证的。而在真实世界中，流处理应用除了流处理器以外还包含了数据源（例如Kafka）和持久化系统。端到端的一致性保证意味着结果的正确性贯穿了整个流处理应用的始终。每一个组件都保证了它自己的一致性。而整个端到端的一致性级别取决于所有组件中一致性最弱的组件。要注意的是，我们可以通过弱一致性来实现更强的一致性语义。例如，当任务的操作具有幂等性时，比如流的最大值或者最小值的计算。在这种场景下，我们可以通过最少处理一次这样的一致性来实现恰好处理一次这样的最高级别的一致性。