0基础学习PyFlink——用户自定义函数之UDF

大纲

标量函数
- 入参并非表中一行（Row）
- 入参是表中一行（Row）
- alias

PyFlink中关于用户定义方法有：

UDF：用户自定义函数。
UDTF：用户自定义表值函数。
UDAF：用户自定义聚合函数。
UDTAF：用户自定义表值聚合函数。

这些字母可以拆解如下：

UD表示User Defined（用户自定义）；
F表示Function（方法）;
T表示Table（表）;
A表示Aggregate（聚合）；

Aggregate（聚合）函数是指：以多行数据为输入，计算出一个新的值的函数。这块我们会在后续的章节介绍，本文我们主要介绍非聚合类型的用户自定义方法的简单使用。

标量函数

即我们常见的UDF。

def udf(f: Union[Callable, ScalarFunction, Type] = None,
        input_types: Union[List[DataType], DataType, str, List[str]] = None,
        result_type: Union[DataType, str] = None,
        deterministic: bool = None, name: str = None, func_type: str = "general",
        udf_type: str = None) -> Union[UserDefinedScalarFunctionWrapper, Callable]:

我们主要关注result_type和input_types，它们分别用于确定函数的输入和输出。
input_types可以是List[DataType], DataType, str, List[str]之一任何一种，这个要视使用者决定。UDTF也是这种类型，它们没啥区别。
result_type只能是DataType或str；而UDTF可以是List[DataType], DataType, str, List[str]任意之一。这也是UDF和UDTF最大的区别。
我们以一个例子来介绍它的用法。这个例子会将大写字符转换成小写字符，然后统计字符出现的次数。
在介绍例子之前，我们先构造Execute之前的准备环境

from pyflink.common import Configuration
from pyflink.table import (EnvironmentSettings, TableEnvironment, Schema)
from pyflink.table.types import DataTypes
from pyflink.table.table_descriptor import TableDescriptor
from pyflink.table.expressions import lit, col
from pyflink.common import Row
from pyflink.table.udf import udf,udtf,udaf,udtaf
import pandas as pd
from pyflink.table.udf import UserDefinedFunction

word_count_data = ["A", "B", "C", "D", "E", "F", "G", "H", "I", "J", "A", "G"]  
    
def word_count():
    config = Configuration()
    # write all the data to one file
    config.set_string('parallelism.default', '1')
    env_settings = EnvironmentSettings \
        .new_instance() \
        .in_batch_mode() \
        .with_configuration(config) \
        .build()
    
    t_env = TableEnvironment.create(env_settings)
    
    row_type_tab_source = DataTypes.ROW([DataTypes.FIELD('word', DataTypes.STRING())])
    tab_source = t_env.from_elements(map(lambda i: Row(i), word_count_data), row_type_tab_source)

    # define the sink schema
    sink_schema = Schema.new_builder() \
        .column("word", DataTypes.STRING().not_null()) \
        .column("count", DataTypes.BIGINT()) \
        .primary_key("word") \
        .build()
        
    # Create a sink descriptor
    sink_descriptor = TableDescriptor.for_connector('print')\
        .schema(sink_schema) \
        .build()
    
    t_env.create_temporary_table("WordsCountTableSink", sink_descriptor)

这段代码从读取数据word_count_data，并构造出tab_source作为输入数据暂存的表。下面我们看下入参不同时，UDF怎么写

入参并非表中一行（Row）

    @udf(result_type=DataTypes.ROW([DataTypes.FIELD("lower_word", DataTypes.STRING())]), input_types=[DataTypes.STRING()])
    def colFunc(oneCol):
        return Row(oneCol.lower())

input_types我们设置成[DataTypes.STRING()]，即该数组中只有一个参数，也表示修饰的方法只有一个参数，类型是String。如果觉得input_types写起来麻烦，这个参数可以不设置。
result_type我们设置为一个DataTypes.ROW([DataTypes.FIELD(“lower_word”, DataTypes.STRING())])。我们可以把它看成是一个新表的结构描述，即一行只有一个字段——lower_word，它的类型也是String。

    tab_lower=tab_source.map(colFunc(col('word')))

map方法中，我们会给UDF修饰的方法传入原始表tab_source每行中的word字段的值。然后构造出一个新的表tab_lower。这个新的表没有word字段，只有UDF中result_type定义的lower_word。

def map(self, func: Union[Expression, UserDefinedScalarFunctionWrapper]) -> 'Table':

后续只要使用这个新表，新字段即可。

    tab_lower.group_by(col('lower_word')) \
        .select(col('lower_word'), lit(1).count) \
        .execute_insert("WordsCountTableSink") \
        .wait()

完整代码

from pyflink.common import Configuration
from pyflink.table import (EnvironmentSettings, TableEnvironment, Schema)
from pyflink.table.types import DataTypes
from pyflink.table.table_descriptor import TableDescriptor
from pyflink.table.expressions import lit, col
from pyflink.common import Row
from pyflink.table.udf import udf,udtf,udaf,udtaf
import pandas as pd
from pyflink.table.udf import UserDefinedFunction

word_count_data = ["A", "B", "C", "D", "E", "F", "G", "H", "I", "J", "A", "G"]  
    
def word_count():
    config = Configuration()
    # write all the data to one file
    config.set_string('parallelism.default', '1')
    env_settings = EnvironmentSettings \
        .new_instance() \
        .in_batch_mode() \
        .with_configuration(config) \
        .build()
    
    t_env = TableEnvironment.create(env_settings)
    
    row_type_tab_source = DataTypes.ROW([DataTypes.FIELD('word', DataTypes.STRING())])
    tab_source = t_env.from_elements(map(lambda i: Row(i), word_count_data), row_type_tab_source )

    # define the sink schema
    sink_schema = Schema.new_builder() \
        .column("word", DataTypes.STRING().not_null()) \
        .column("count", DataTypes.BIGINT()) \
        .primary_key("word") \
        .build()
        
    # Create a sink descriptor
    sink_descriptor = TableDescriptor.for_connector('print')\
        .schema(sink_schema) \
        .build()
    
    t_env.create_temporary_table("WordsCountTableSink", sink_descriptor)
    
    @udf(result_type=DataTypes.ROW([DataTypes.FIELD("lower_word", DataTypes.STRING())]), input_types=[DataTypes.STRING()])
    def colFunc(oneCol):
        return Row(oneCol.lower())
              
    tab_lower=tab_source.map(colFunc(col('word')))   
    tab_lower.group_by(col('lower_word')) \
        .select(col('lower_word'), lit(1).count) \
        .execute_insert("WordsCountTableSink") \
        .wait()

if __name__ == '__main__':
    word_count()

入参是表中一行（Row）

    @udf(result_type=DataTypes.ROW([DataTypes.FIELD("lower_word", DataTypes.STRING())]), input_types=row_type_tab_source)
    def rowFunc(row):
        return Row(row[0].lower())

    tab_lower=tab_source.map(rowFunc) 
    tab_lower.group_by(col('lower_word')) \
        .select(col('lower_word'), lit(1).count) \
        .execute_insert("WordsCountTableSink") \
        .wait()

主要的区别是map方法直接传递udf修饰的方法，而不是直接其调用返回值。input_types是原始表的行结构——RowType，而不是一个参数数组。
map方法给rowFunc传递原始表tab_source的每行数据，然后构造出一个新表tab_lower。新表的字段也在udf的result_type中定义了，它是String类型的lower_word。后面我们对新表就要聚合统计这个新的字段，而不是老表中的字段。

alias

前面两个案例，在定义UDF时，我们严格设置了result_type和input_types。实际input_types可以不用设置，但是result_type必须设置。上面例子中，result_type我们都设置为RowType，即表行的结构。如果觉得这样写很麻烦，可以考虑使用alias来实现。

    @udf(result_type=DataTypes.STRING())
    def colFunc(oneCol):
        return oneCol.lower()
    
    tab_lower=tab_source.map(colFunc(col('word'))).alias('lower_word')
    tab_lower.group_by(col('lower_word')) \
        .select(col('lower_word'), lit(1).count) \
        .execute_insert("WordsCountTableSink") \
        .wait()

    @udf(result_type=DataTypes.STRING())
    def rowFunc(row):
        return row[0].lower()

    tab_lower=tab_source.map(rowFunc).alias('lower_word')
    tab_lower.group_by(col('lower_word')) \
        .select(col('lower_word'), lit(1).count) \
        .execute_insert("WordsCountTableSink") \
        .wait()