Flink 是流式的、實時的 計算引擎java
上面一句話就有兩個概念,一個是流式,一個是實時。node
流式:就是數據源源不斷的流進來,也就是數據沒有邊界,可是咱們計算的時候必須在一個有邊界的範圍內進行,因此這裏面就有一個問題,邊界怎麼肯定? 無非就兩種方式,根據時間段或者數據量進行肯定,根據時間段就是每隔多長時間就劃分一個邊界,根據數據量就是每來多少條數據劃分一個邊界,Flink 中就是這麼劃分邊界的,本文會詳細講解。web
實時:就是數據發送過來以後立馬就進行相關的計算,而後將結果輸出。這裏的計算有兩種:sql
一種是隻有邊界內的數據進行計算,這種好理解,好比統計每一個用戶最近五分鐘內瀏覽的新聞數量,就能夠取最近五分鐘內的全部數據,而後根據每一個用戶分組,統計新聞的總數。shell
另外一種是邊界內數據與外部數據進行關聯計算,好比:統計最近五分鐘內瀏覽新聞的用戶都是來自哪些地區,這種就須要將五分鐘內瀏覽新聞的用戶信息與 hive 中的地區維表進行關聯,而後在進行相關計算。apache
本篇文章所講的 Flink 的內容就是圍繞以上概念進行詳細剖析的!json
在Flink中,若是以時間段劃分邊界的話,那麼時間就是一個極其重要的字段。bootstrap
Flink中的時間有三種類型,以下圖所示:vim
Event Time:是事件建立的時間。它一般由事件中的時間戳描述,例如採集的日誌數據中,每一條日誌都會記錄本身的生成時間,Flink經過時間戳分配器訪問事件時間戳。api
Ingestion Time:是數據進入Flink的時間。
Processing Time:是每個執行基於時間操做的算子的本地系統時間,與機器相關,默認的時間屬性就是Processing Time。
例如,一條日誌進入Flink的時間爲2021-01-22 10:00:00.123,到達Window的系統時間爲2021-01-22 10:00:01.234,日誌的內容以下:
2021-01-06 18:37:15.624 INFO Fail over to rm2
對於業務來講,要統計1min內的故障日誌個數,哪一個時間是最有意義的?—— eventTime,由於咱們要根據日誌的生成時間進行統計。
Window,即窗口,咱們前面一直提到的邊界就是這裏的Window(窗口)。
官方解釋:流式計算是一種被設計用於處理無限數據集的數據處理引擎,而無限數據集是指一種不斷增加的本質上無限的數據集,而window是一種切割無限數據爲有限塊進行處理的手段。
因此Window是無限數據流處理的核心,Window將一個無限的stream拆分紅有限大小的」buckets」桶,咱們能夠在這些桶上作計算操做。
本文剛開始提到,劃分窗口就兩種方式:
對於TimeWindow(根據時間劃分窗口), 能夠根據窗口實現原理的不一樣分紅三類:滾動窗口(Tumbling Window)、滑動窗口(Sliding Window)和會話窗口(Session Window)。
將數據依據固定的窗口長度對數據進行切片。
特色:時間對齊,窗口長度固定,沒有重疊。
滾動窗口分配器將每一個元素分配到一個指定窗口大小的窗口中,滾動窗口有一個固定的大小,而且不會出現重疊。
例如:若是你指定了一個5分鐘大小的滾動窗口,窗口的建立以下圖所示:
適用場景:適合作BI統計等(作每一個時間段的聚合計算)。
滑動窗口是固定窗口的更廣義的一種形式,滑動窗口由固定的窗口長度和滑動間隔組成。
特色:時間對齊,窗口長度固定,有重疊。
滑動窗口分配器將元素分配到固定長度的窗口中,與滾動窗口相似,窗口的大小由窗口大小參數來配置,另外一個窗口滑動參數控制滑動窗口開始的頻率。所以,滑動窗口若是滑動參數小於窗口大小的話,窗口是能夠重疊的,在這種狀況下元素會被分配到多個窗口中。
例如,你有10分鐘的窗口和5分鐘的滑動,那麼每一個窗口中5分鐘的窗口裏包含着上個10分鐘產生的數據,以下圖所示:
適用場景:對最近一個時間段內的統計(求某接口最近5min的失敗率來決定是否要報警)。
由一系列事件組合一個指定時間長度的timeout間隙組成,相似於web應用的session,也就是一段時間沒有接收到新數據就會生成新的窗口。
特色:時間無對齊。
session窗口分配器經過session活動來對元素進行分組,session窗口跟滾動窗口和滑動窗口相比,不會有重疊和固定的開始時間和結束時間的狀況,相反,當它在一個固定的時間週期內再也不收到元素,即非活動間隔產生,那個這個窗口就會關閉。一個session窗口經過一個session間隔來配置,這個session間隔定義了非活躍週期的長度,當這個非活躍週期產生,那麼當前的session將關閉而且後續的元素將被分配到新的session窗口中去。
TimeWindow是將指定時間範圍內的全部數據組成一個window,一次對一個window裏面的全部數據進行計算(就是本文開頭說的對一個邊界內的數據進行計算)。
咱們以 紅綠燈路口經過的汽車數量 爲例子:
紅綠燈路口會有汽車經過,一共會有多少汽車經過,沒法計算。由於車流源源不斷,計算沒有邊界。
因此咱們統計每15秒鐘經過紅路燈的汽車數量,如第一個15秒爲2輛,第二個15秒爲3輛,第三個15秒爲1輛 ...
咱們使用 Linux 中的 nc 命令模擬數據的發送方
1.開啓發送端口,端口號爲9999 nc -lk 9999 2.發送內容(key 表明不一樣的路口,value 表明每次經過的車輛) 一次發送一行,發送的時間間隔表明汽車通過的時間間隔 9,3 9,2 9,7 4,9 2,6 1,5 2,3 5,7 5,4
Flink 進行採集數據並計算:
object Window { def main(args: Array[String]): Unit = { //TODO time-window //1.建立運行環境 val env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment //2.定義數據流來源 val text = env.socketTextStream("localhost", 9999) //3.轉換數據格式,text->CarWc case class CarWc(sensorId: Int, carCnt: Int) val ds1: DataStream[CarWc] = text.map { line => { val tokens = line.split(",") CarWc(tokens(0).trim.toInt, tokens(1).trim.toInt) } } //4.執行統計操做,每一個sensorId一個tumbling窗口,窗口的大小爲5秒 //也就是說,每5秒鐘統計一次,在這過去的5秒鐘內,各個路口經過紅綠燈汽車的數量。 val ds2: DataStream[CarWc] = ds1 .keyBy("sensorId") .timeWindow(Time.seconds(5)) .sum("carCnt") //5.顯示統計結果 ds2.print() //6.觸發流計算 env.execute(this.getClass.getName) } }
咱們發送的數據並無指定時間字段,因此Flink使用的是默認的 Processing Time,也就是Flink系統處理數據時的時間。
//1.建立運行環境 val env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment //2.定義數據流來源 val text = env.socketTextStream("localhost", 9999) //3.轉換數據格式,text->CarWc case class CarWc(sensorId: Int, carCnt: Int) val ds1: DataStream[CarWc] = text.map { line => { val tokens = line.split(",") CarWc(tokens(0).trim.toInt, tokens(1).trim.toInt) } } //4.執行統計操做,每一個sensorId一個sliding窗口,窗口時間10秒,滑動時間5秒 //也就是說,每5秒鐘統計一次,在這過去的10秒鐘內,各個路口經過紅綠燈汽車的數量。 val ds2: DataStream[CarWc] = ds1 .keyBy("sensorId") .timeWindow(Time.seconds(10), Time.seconds(5)) .sum("carCnt") //5.顯示統計結果 ds2.print() //6.觸發流計算 env.execute(this.getClass.getName)
CountWindow根據窗口中相同key元素的數量來觸發執行,執行時只計算元素數量達到窗口大小的key對應的結果。
注意:CountWindow的window_size指的是相同Key的元素的個數,不是輸入的全部元素的總數。
//1.建立運行環境 val env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment //2.定義數據流來源 val text = env.socketTextStream("localhost", 9999) //3.轉換數據格式,text->CarWc case class CarWc(sensorId: Int, carCnt: Int) val ds1: DataStream[CarWc] = text.map { (f) => { val tokens = f.split(",") CarWc(tokens(0).trim.toInt, tokens(1).trim.toInt) } } //4.執行統計操做,每一個sensorId一個tumbling窗口,窗口的大小爲5 //按照key進行收集,對應的key出現的次數達到5次做爲一個結果 val ds2: DataStream[CarWc] = ds1 .keyBy("sensorId") .countWindow(5) .sum("carCnt") //5.顯示統計結果 ds2.print() //6.觸發流計算 env.execute(this.getClass.getName)
一樣也是窗口長度和滑動窗口的操做:窗口長度是5,滑動長度是3
//1.建立運行環境 val env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment //2.定義數據流來源 val text = env.socketTextStream("localhost", 9999) //3.轉換數據格式,text->CarWc case class CarWc(sensorId: Int, carCnt: Int) val ds1: DataStream[CarWc] = text.map { (f) => { val tokens = f.split(",") CarWc(tokens(0).trim.toInt, tokens(1).trim.toInt) } } //4.執行統計操做,每一個sensorId一個sliding窗口,窗口大小3條數據,窗口滑動爲3條數據 //也就是說,每一個路口分別統計,收到關於它的3條消息時統計在最近5條消息中,各自路口經過的汽車數量 val ds2: DataStream[CarWc] = ds1 .keyBy("sensorId") .countWindow(5, 3) .sum("carCnt") //5.顯示統計結果 ds2.print() //6.觸發流計算 env.execute(this.getClass.getName)
flink支持兩種劃分窗口的方式(time和count)
若是根據時間劃分窗口,那麼它就是一個time-window
若是根據數據劃分窗口,那麼它就是一個count-window
flink支持窗口的兩個重要屬性(size和interval)
若是size=interval,那麼就會造成tumbling-window(無重疊數據)
若是size>interval,那麼就會造成sliding-window(有重疊數據)
若是size<interval,那麼這種窗口將會丟失數據。好比每5秒鐘,統計過去3秒的經過路口汽車的數據,將會漏掉2秒鐘的數據。
經過組合能夠得出四種基本窗口
time-tumbling-window 無重疊數據的時間窗口,設置方式舉例:timeWindow(Time.seconds(5))
time-sliding-window 有重疊數據的時間窗口,設置方式舉例:timeWindow(Time.seconds(5), Time.seconds(3))
count-tumbling-window無重疊數據的數量窗口,設置方式舉例:countWindow(5)
count-sliding-window 有重疊數據的數量窗口,設置方式舉例:countWindow(5,3)
WindowedStream → DataStream:給window賦一個reduce功能的函數,並返回一個聚合的結果。
import org.apache.flink.streaming.api.scala.StreamExecutionEnvironment import org.apache.flink.api.scala._ import org.apache.flink.streaming.api.windowing.time.Time object StreamWindowReduce { def main(args: Array[String]): Unit = { // 獲取執行環境 val env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment // 建立SocketSource val stream = env.socketTextStream("node01", 9999) // 對stream進行處理並按key聚合 val streamKeyBy = stream.map(item => (item, 1)).keyBy(0) // 引入時間窗口 val streamWindow = streamKeyBy.timeWindow(Time.seconds(5)) // 執行聚合操做 val streamReduce = streamWindow.reduce( (item1, item2) => (item1._1, item1._2 + item2._2) ) // 將聚合數據寫入文件 streamReduce.print() // 執行程序 env.execute("TumblingWindow") } }
apply方法能夠進行一些自定義處理,經過匿名內部類的方法來實現。當有一些複雜計算時使用。
用法
示例:使用apply方法來實現單詞統計
步驟:
核心代碼以下:
//1. 獲取流處理運行環境 val env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment //2. 構建socket流數據源,並指定IP地址和端口號 val textDataStream = env.socketTextStream("node01", 9999).flatMap(_.split(" ")) //3. 對接收到的數據轉換成單詞元組 val wordDataStream = textDataStream.map(_->1) //4. 使用 keyBy 進行分流(分組) val groupedDataStream: KeyedStream[(String, Int), String] = wordDataStream.keyBy(_._1) //5. 使用 timeWinodw 指定窗口的長度(每3秒計算一次) val windowDataStream: WindowedStream[(String, Int), String, TimeWindow] = groupedDataStream.timeWindow(Time.seconds(3)) //6. 實現一個WindowFunction匿名內部類 val reduceDatStream: DataStream[(String, Int)] = windowDataStream.apply(new RichWindowFunction[(String, Int), (String, Int), String, TimeWindow] { //在apply方法中實現數據的聚合 override def apply(key: String, window: TimeWindow, input: Iterable[(String, Int)], out: Collector[(String, Int)]): Unit = { println("hello world") val tuple = input.reduce((t1, t2) => { (t1._1, t1._2 + t2._2) }) //將要返回的數據收集起來,發送回去 out.collect(tuple) } }) reduceDatStream.print() env.execute()
WindowedStream → DataStream:給窗口賦一個fold功能的函數,並返回一個fold後的結果。
import org.apache.flink.streaming.api.scala.StreamExecutionEnvironment import org.apache.flink.api.scala._ import org.apache.flink.streaming.api.windowing.time.Time object StreamWindowFold { def main(args: Array[String]): Unit = { // 獲取執行環境 val env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment // 建立SocketSource val stream = env.socketTextStream("node01", 9999,'\n',3) // 對stream進行處理並按key聚合 val streamKeyBy = stream.map(item => (item, 1)).keyBy(0) // 引入滾動窗口 val streamWindow = streamKeyBy.timeWindow(Time.seconds(5)) // 執行fold操做 val streamFold = streamWindow.fold(100){ (begin, item) => begin + item._2 } // 將聚合數據寫入文件 streamFold.print() // 執行程序 env.execute("TumblingWindow") } }
WindowedStream → DataStream:對一個window內的全部元素作聚合操做。min和 minBy的區別是min返回的是最小值,而minBy返回的是包含最小值字段的元素(一樣的原理適用於 max 和 maxBy)。
import org.apache.flink.streaming.api.scala.StreamExecutionEnvironment import org.apache.flink.streaming.api.windowing.time.Time import org.apache.flink.api.scala._ object StreamWindowAggregation { def main(args: Array[String]): Unit = { // 獲取執行環境 val env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment // 建立SocketSource val stream = env.socketTextStream("node01", 9999) // 對stream進行處理並按key聚合 val streamKeyBy = stream.map(item => (item.split(" ")(0), item.split(" ")(1))).keyBy(0) // 引入滾動窗口 val streamWindow = streamKeyBy.timeWindow(Time.seconds(5)) // 執行聚合操做 val streamMax = streamWindow.max(1) // 將聚合數據寫入文件 streamMax.print() // 執行程序 env.execute("TumblingWindow") } }
在Flink的流式處理中,絕大部分的業務都會使用eventTime,通常只在eventTime沒法使用時,纔會被迫使用ProcessingTime或者IngestionTime。
若是要使用EventTime,那麼須要引入EventTime的時間屬性,引入方式以下所示:
val env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment // 從調用時刻開始給env建立的每個stream追加時間特徵 env.setStreamTimeCharacteristic(TimeCharacteristic.EventTime)
咱們知道,流處理從事件產生,到流經 source,再到 operator,中間是有一個過程和時間的,雖然大部分狀況下,流到 operator 的數據都是按照事件產生的時間順序來的,可是也不排除因爲網絡、背壓等緣由,致使亂序的產生,所謂亂序,就是指 Flink 接收到的事件的前後順序不是嚴格按照事件的 Event Time 順序排列的,因此 Flink 最初設計的時候,就考慮到了網絡延遲,網絡亂序等問題,因此提出了一個抽象概念:水印(WaterMark);
如上圖所示,就出現一個問題,一旦出現亂序,若是隻根據 EventTime 決定 Window 的運行,咱們不能明確數據是否所有到位,但又不能無限期的等下去,此時必需要有個機制來保證一個特定的時間後,必須觸發 Window 去進行計算了,這個特別的機制,就是 Watermark。
Watermark 是用於處理亂序事件的,而正確的處理亂序事件,一般用 Watermark 機制結合 Window 來實現。
數據流中的 Watermark 用於表示 timestamp 小於 Watermark 的數據,都已經到達了,所以,Window 的執行也是由 Watermark 觸發的。
Watermark 能夠理解成一個延遲觸發機制,咱們能夠設置 Watermark 的延時時長 t,每次系統會校驗已經到達的數據中最大的 maxEventTime,而後認定 EventTime 小於 maxEventTime - t 的全部數據都已經到達,若是有窗口的中止時間等於 maxEventTime – t,那麼這個窗口被觸發執行。
有序流的Watermarker以下圖所示:(Watermark設置爲0)
亂序流的Watermarker以下圖所示:(Watermark設置爲2)
當 Flink 接收到每一條數據時,都會產生一條 Watermark,這條 Watermark 就等於當前全部到達數據中的 maxEventTime - 延遲時長,也就是說,Watermark 是由數據攜帶的,一旦數據攜帶的 Watermark 比當前未觸發的窗口的中止時間要晚,那麼就會觸發相應窗口的執行。因爲 Watermark 是由數據攜帶的,所以,若是運行過程當中沒法獲取新的數據,那麼沒有被觸發的窗口將永遠都不被觸發。
上圖中,咱們設置的容許最大延遲到達時間爲2s,因此時間戳爲7s的事件對應的Watermark是5s,時間戳爲12s的事件的Watermark是10s,若是咱們的窗口1是1s5s,窗口2是6s10s,那麼時間戳爲7s的事件到達時的Watermarker剛好觸發窗口1,時間戳爲12s的事件到達時的Watermark剛好觸發窗口2。
waterMark和Window機制解決了流式數據的亂序問題,對於由於延遲而順序有誤的數據,能夠根據eventTime進行業務處理,於延遲的數據Flink也有本身的解決辦法,主要的辦法是給定一個容許延遲的時間,在該時間範圍內仍能夠接受處理延遲數據。
設置容許延遲的時間是經過 allowedLateness(lateness: Time) 設置
保存延遲數據則是經過 sideOutputLateData(outputTag: OutputTag[T]) 保存
獲取延遲數據是經過 DataStream.getSideOutput(tag: OutputTag[X]) 獲取
具體的用法以下:
def allowedLateness(lateness: Time): WindowedStream[T, K, W] = { javaStream.allowedLateness(lateness) this }
該方法傳入一個Time值,設置容許數據遲到的時間,這個時間和 WaterMark 中的時間概念不一樣。再來回顧一下:
WaterMark=數據的事件時間-容許亂序時間值
隨着新數據的到來,waterMark的值會更新爲最新數據事件時間-容許亂序時間值,可是若是這時候來了一條歷史數據,waterMark值則不會更新。總的來講,waterMark是爲了能接收到儘量多的亂序數據。
那這裏的Time值,主要是爲了等待遲到的數據,在必定時間範圍內,若是屬於該窗口的數據到來,仍會進行計算,後面會對計算方式仔細說明
注意:該方法只針對於基於event-time的窗口,若是是基於processing-time,而且指定了非零的time值則會拋出異常。
def sideOutputLateData(outputTag: OutputTag[T]): WindowedStream[T, K, W] = { javaStream.sideOutputLateData(outputTag) this }
該方法是將遲來的數據保存至給定的outputTag參數,而OutputTag則是用來標記延遲數據的一個對象。
經過window等操做返回的DataStream調用該方法,傳入標記延遲數據的對象來獲取延遲的數據。
延遲數據是指:
在當前窗口【假設窗口範圍爲10-15】已經計算以後,又來了一個屬於該窗口的數據【假設事件時間爲13】,這時候仍會觸發 Window 操做,這種數據就稱爲延遲數據。
那麼問題來了,延遲時間怎麼計算呢?
假設窗口範圍爲10-15,延遲時間爲2s,則只要 WaterMark<15+2,而且屬於該窗口,就能觸發 Window 操做。而若是來了一條數據使得 WaterMark>=15+2,10-15這個窗口就不能再觸發 Window 操做,即便新來的數據的 Event Time 屬於這個窗口時間內 。
Flink 1.12 支持了 Hive 最新的分區做爲時態表的功能,能夠經過 SQL 的方式直接關聯 Hive 分區表的最新分區,而且會自動監聽最新的 Hive 分區,當監控到新的分區後,會自動地作維表數據的全量替換。經過這種方式,用戶無需編寫 DataStream 程序便可完成 Kafka 流實時關聯最新的 Hive 分區實現數據打寬。
具體用法:
在 Sql Client 中註冊 HiveCatalog:
vim conf/sql-client-defaults.yaml catalogs: - name: hive_catalog type: hive hive-conf-dir: /disk0/soft/hive-conf/ #該目錄須要包hive-site.xml文件
建立 Kafka 表
CREATE TABLE hive_catalog.flink_db.kfk_fact_bill_master_12 ( master Row<reportDate String, groupID int, shopID int, shopName String, action int, orderStatus int, orderKey String, actionTime bigint, areaName String, paidAmount double, foodAmount double, startTime String, person double, orderSubType int, checkoutTime String>, proctime as PROCTIME() -- PROCTIME用來和Hive時態表關聯 ) WITH ( 'connector' = 'kafka', 'topic' = 'topic_name', 'format' = 'json', 'properties.bootstrap.servers' = 'host:9092', 'properties.group.id' = 'flinkTestGroup', 'scan.startup.mode' = 'timestamp', 'scan.startup.timestamp-millis' = '1607844694000' );
Flink 事實表與 Hive 最新分區數據關聯
dim_extend_shop_info 是 Hive 中已存在的表,因此咱們用 table hint 動態地開啓維表參數。
CREATE VIEW IF NOT EXISTS hive_catalog.flink_db.view_fact_bill_master as SELECT * FROM (select t1.*, t2.group_id, t2.shop_id, t2.group_name, t2.shop_name, t2.brand_id, ROW_NUMBER() OVER (PARTITION BY groupID, shopID, orderKey ORDER BY actionTime desc) rn from hive_catalog.flink_db.kfk_fact_bill_master_12 t1 JOIN hive_catalog.flink_db.dim_extend_shop_info /*+ OPTIONS('streaming-source.enable'='true', 'streaming-source.partition.include' = 'latest', 'streaming-source.monitor-interval' = '1 h', 'streaming-source.partition-order' = 'partition-name') */ FOR SYSTEM_TIME AS OF t1.proctime AS t2 --時態表 ON t1.groupID = t2.group_id and t1.shopID = t2.shop_id where groupID in (202042)) t where t.rn = 1
參數解釋:
streaming-source.enable 開啓流式讀取 Hive 數據。
streaming-source.partition.include 有如下兩個值:
streaming-source.monitor-interval 監聽新分區生成的時間、不宜太短 、最短是1 個小時,由於目前的實現是每一個 task 都會查詢 metastore,高頻的查可能會對metastore 產生過大的壓力。須要注意的是,1.12.1 放開了這個限制,但仍建議按照實際業務不要配個過短的 interval。
streaming-source.partition-order 分區策略,主要有如下 3 種,其中最爲推薦的是 partition-name: