# Streaming Architecture
## Overview
The streaming module provides production-ready real-time event processing with distributed state management, watermarking, and fault tolerance.
```
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ STREAMING ARCHITECTURE │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
INPUT LAYER
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ Event Sources: IoT Sensors │ User Actions │ API Calls │ Message Queues │
│ │ │ │ │ │
│ └──────────────┴────────────┴──────────────┘ │
│ │ │
│ ┌─────────▼─────────┐ │
│ │ StreamEvent │ │
│ │ - event_type │ │
│ │ - data (JSON) │ │
│ │ - timestamp │ │
│ │ - source │ │
│ └─────────┬─────────┘ │
└────────────────────────────────────────┼────────────────────────────────────┘
│
┌────────────────────┼────────────────────┐
│ │ │
▼ ▼ ▼
┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ PROCESSING LAYER │
├──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ STREAM OPERATORS (Fluent API) │ │
│ ├─────────────────────────────────────────────────────────────────────┤ │
│ │ │ │
│ │ DataStream │ │
│ │ │ │ │
│ │ ├─► filter() ──► Predicate filtering │ │
│ │ ├─► map() ──► Transform events │ │
│ │ ├─► flat_map() ──► One-to-many transformation │ │
│ │ ├─► key_by() ──► Partition by key ───► KeyedStream │ │
│ │ ├─► window() ──► Time-based windows ──► WindowedStream │ │
│ │ └─► group_by() ──► Group by field ────► GroupedStream │ │
│ │ │ │
│ │ KeyedStream │ │
│ │ ├─► aggregate() ──► Count, Sum, Average, Min, Max │ │
│ │ └─► reduce() ──► Custom aggregation │ │
│ │ │ │
│ │ WindowedStream │ │
│ │ ├─► Sliding Window (overlapping) │ │
│ │ ├─► Tumbling Window (non-overlapping) │ │
│ │ └─► Session Window (gap-based) │ │
│ │ │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ WATERMARK & LATE DATA HANDLING │ │
│ ├─────────────────────────────────────────────────────────────────────┤ │
│ │ │ │
│ │ Watermark Strategies: │ │
│ │ ├─► BoundedOutOfOrder (max_delay tolerance) │ │
│ │ ├─► MonotonicAscending (no tolerance) │ │
│ │ └─► Periodic (interval-based) │ │
│ │ │ │
│ │ Late Data Strategies: │ │
│ │ ├─► Drop (ignore late events) │ │
│ │ ├─► AllowedLateness (accept within threshold) │ │
│ │ ├─► SideOutput (route to special stream) │ │
│ │ └─► RecomputeWindows (recalculate affected windows) │ │
│ │ │ │
│ │ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ │ │
│ │ │ On-time │────►│ Watermark │────►│ Process │ │ │
│ │ │ Events │ │ Generator │ │ Stream │ │ │
│ │ └──────────────┘ └──────────────┘ └──────────────┘ │ │
│ │ │ │ │
│ │ ▼ │ │
│ │ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ │ │
│ │ │ Late │────►│ Late Data │────► [Drop|Allow|Side] │ │
│ │ │ Events │ │ Handler │ │ │
│ │ └──────────────┘ └──────────────┘ │ │
│ │ │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
│
▼
┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ STATE LAYER │
├──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ STATE MANAGEMENT │ │
│ ├─────────────────────────────────────────────────────────────────────┤ │
│ │ │ │
│ │ StatefulOperator ──► Maintains state across events │ │
│ │ │ │ │
│ │ ├─► put(key, value) │ │
│ │ ├─► get(key) ──► Option<Value> │ │
│ │ ├─► update(key, value) │ │
│ │ ├─► delete(key) │ │
│ │ │ │ │
│ │ └─► Checkpoint/Recovery │ │
│ │ ├─► checkpoint(name) ──► checkpoint_id │ │
│ │ └─► restore(checkpoint_id) │ │
│ │ │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ STATE BACKENDS │ │
│ ├─────────────────────────────────────────────────────────────────────┤ │
│ │ │ │
│ │ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────────────┐ │ │
│ │ │ Memory │ │ File │ │ Redis │ │ │
│ │ │ Backend │ │ Backend │ │ Backend │ │ │
│ │ ├─────────────┤ ├─────────────┤ ├─────────────────────┤ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ │ HashMap │ │ JSON │ │ Distributed State │ │ │
│ │ │ in-memory │ │ Files │ │ │ │ │
│ │ │ │ │ │ │ ┌─────────────┐ │ │ │
│ │ │ Fast │ │ Persistent │ │ │ Instance 1 │ │ │ │
│ │ │ Ephemeral │ │ Single │ │ │ Instance 2 │────┼──────┼─────┼──► Redis Server
│ │ │ │ │ Machine │ │ │ Instance 3 │ │ │ │
│ │ │ │ │ │ │ └─────────────┘ │ │ │
│ │ │ Dev/Test │ │ Local │ │ │ │ │
│ │ │ │ │ Storage │ │ • Connection Pool │ │ │
│ │ │ │ │ │ │ • TTL Support │ │ │
│ │ │ │ │ │ │ • Persistence │ │ │
│ │ │ │ │ │ │ • Replication │ │ │
│ │ │ │ │ │ │ • Clustering │ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ │ │ │ │ │ Production Ready │ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────────────┘ │ │
│ │ │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
│
▼
┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ OUTPUT LAYER │
├──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ Results: Aggregated Metrics │ Alerts │ Dashboards │ Database Writes │
│ Actions │ Notifications │ Downstream Systems │
│ │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
═══════════════════════════════════════════════════════════════════════════════
KEY FEATURES
═══════════════════════════════════════════════════════════════════════════════
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 1. STREAM OPERATORS │
│ • 20+ fluent operators (filter, map, reduce, aggregate) │
│ • Built-in aggregators (Count, Sum, Average, Min, Max) │
│ • Custom operator support │
│ • Type-safe transformations │
│ │
│ 2. WATERMARKING │
│ • Event-time processing │
│ • Out-of-order event handling │
│ • Late data strategies │
│ • Side outputs for debugging │
│ │
│ 3. STATE MANAGEMENT │
│ • Multiple backends (Memory, File, Redis) │
│ • Distributed state with Redis │
│ • Checkpointing for fault tolerance │
│ • TTL-based state expiration │
│ │
│ 4. WINDOWING │
│ • Sliding windows (overlapping) │
│ • Tumbling windows (non-overlapping) │
│ • Session windows (gap-based) │
│ • Custom window logic │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
═══════════════════════════════════════════════════════════════════════════════
DEPLOYMENT SCENARIOS
═══════════════════════════════════════════════════════════════════════════════
┌──────────────────────────────────────┐
│ SINGLE INSTANCE (Development) │
├──────────────────────────────────────┤
│ │
│ ┌──────────────────────┐ │
│ │ Stream Processor │ │
│ │ │ │
│ │ Memory Backend │ │
│ │ (Fast, Ephemeral) │ │
│ └──────────────────────┘ │
│ │
│ Use Case: Development, Testing │
└──────────────────────────────────────┘
┌──────────────────────────────────────┐
│ SINGLE MACHINE (Small Production) │
├──────────────────────────────────────┤
│ │
│ ┌──────────────────────┐ │
│ │ Stream Processor │ │
│ │ │ │ │
│ │ ▼ │ │
│ │ File Backend │ │
│ │ (Persistent) │ │
│ └──────────────────────┘ │
│ │
│ Use Case: Small-scale production │
└──────────────────────────────────────┘
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ DISTRIBUTED (Large Scale Production) │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ │
│ │ Instance 1 │ │ Instance 2 │ │ Instance N │ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ │ Processor │ │ Processor │ │ Processor │ │
│ └──────┬───────┘ └──────┬───────┘ └──────┬───────┘ │
│ │ │ │ │
│ └──────────────────┼──────────────────┘ │
│ │ │
│ ▼ │
│ ┌────────────────┐ │
│ │ Redis Cluster │ │
│ │ │ │
│ │ • Shared State│ │
│ │ • Replication │ │
│ │ • Persistence │ │
│ │ • Sharding │ │
│ └────────────────┘ │
│ │
│ Benefits: │
│ ✓ Horizontal scaling │
│ ✓ High availability │
│ ✓ Fault tolerance │
│ ✓ 100k+ ops/sec │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
═══════════════════════════════════════════════════════════════════════════════
PERFORMANCE METRICS
═══════════════════════════════════════════════════════════════════════════════
Backend Throughput Latency Scalability Persistence
─────────────────────────────────────────────────────────────────────────
Memory 1M+ ops/sec < 1μs Single ❌
File 10k ops/sec 1-10ms Single ✅
Redis 100k+ ops/sec < 1ms Distributed ✅
Redis Cluster 1M+ ops/sec < 1ms Horizontal ✅
═══════════════════════════════════════════════════════════════════════════════
USE CASES
═══════════════════════════════════════════════════════════════════════════════
1. IoT Monitoring
├─► Sensor data ingestion
├─► Anomaly detection
├─► Real-time alerts
└─► Windowed aggregations
2. Financial Trading
├─► Price tick processing
├─► Risk calculations
├─► Order matching
└─► Market analytics
3. User Behavior Analytics
├─► Session tracking
├─► Clickstream analysis
├─► Conversion funnels
└─► A/B testing
4. System Monitoring
├─► Log aggregation
├─► Metric collection
├─► Performance tracking
└─► SLA monitoring