参考

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1 flink基础使用

flink是一种分布式任务处理引擎

事件驱动：有数据来才进行处理，不来就不动。程序一旦开始就会一直运行

现在使用的是datastreamsource作为数据源
demo：

读socket这种无界流：

发送数据端：

flink端绑定一个无界数据源：

1.1 角色

三种角色：客户端、job manager、task manager

客户端提交job给job manager

1.2 部署模式（抽象）

1.2.1 会话模式

提前启动一个flink集群，一旦提交一个任务就交给这个集群做

1.2.2 单作业模式

不提前启动集群，一个作业提交了，为这个作业单独启动一个集群【每个作业都是隔离的，业务场景首选】
这种方式在flink1.17之后已经快要被淘汰了

需要注意的是，Flik本身无法直接这样运行，所以单作业模式一般需要借助一些资源管理框架来启动集群，比如YARN、Kubernetes(K8S)

1.2.3 应用模式

与（2）相比，代码在客户端解析==>代码在job manager解析，其余一致

1.3 运行模式（实际 谁来管理资源）

1.3.1 Stand alone

（1）通过会话模式部署：

（2）不支持单作业模式部署：

（3）通过应用模式部署

按照如下命令启动job manager

查看，发现应用模式部署成功

创建task manager：

1.3.2 YARN运行模式（重点）

可以通过三种部署模式实现YARN部署，区别在于起flink的指令参数不同

推荐应用模式部署

跟hdfs联合使用，先把文件传输到hdfs

2. 运行时架构

2.1 系统架构

客户端提交的一个job对应一个job master，job manager相当于进程，job master相当于线程
job manager中三大组件：分发器、job master、资源管理器
请求slot相当于请求资源
节点之间通过actor通讯系统进行沟通

2.2 核心概念

2.2.1 并行度

一个算子：指一种操作，比如sum/map/apply，每个操作都算是一个算子

keyby不算算子，只是一种转换操作

一个算子包含多个子任务：指一个算子的活让多个人去干，n个子任务干，并行度就叫n

一个流程的并行度是流程中每个步骤的并行度取max

默认并行度是cpu核数的二倍

2.2.2 算子链

上图中，每一列是一个算子，每个圆圈是一个任务

前置知识-算子之间的两种传输关系：

数据重分区可能是由并行度引起的，也可能是由keyby分组引起的（keyby导致数据重分区）

引入算子链：

并行度相同+一对一


针对某个算子前后禁用算子链：

从当前算子开始新链：

实际应用：两个重量级算子不应该串在一起，断开算子链还能帮助定位错误

2.2.2 任务槽

注意：slot大小是固定的，能够均分隔离内存，但是不能隔离cpu

一个 TaskManager 可以同时执行多个任务的子任务，这些子任务可以是不同的算子或操作符

不同算子的子任务才能处于同一个槽中，同一个槽里的三个任务同时进行，处理数据批次的进度不同

总结：

3 DataStream api

3.1 创建环境

StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment(conf)
自动分析是远程集群还是本地idea环境
最后触发执行：env.execute()执行当前flink job
如果想在一个main中执行多个job【不建议】：env.executeAsync() 异步执行获取结果

流处理：一直来一直处理；批处理：一批到全了开始处理

3.2 source 读取数据源【源算子】

// 从集合读
DataStreamSource sc = env.fromCollection(array);
//从文件读 依赖于FileSource
DataStreamSource sc = env.fromSource(source的实现类(FileSource build出来的),watermark,名字);
//从socket读数据
DataStream sc = env.socketTextStream("localhost", 7777);

从Kafka读：第三方件

3.3 转换算子 transform

map

一进一出

实现mapfunction接口

filter

对每个元素进行判断，true保留反之丢弃

实现filterfunction接口

flatmap

扁平映射，一进多出

实现flatmapfunction接口

辨析：与map区别：
map使用return控制一进一出
flatmap没有返回值 使用collector来收集输出

3.4 聚合算子

keyby

经过keyby才有后面的聚合算子，保证相同key发往同一个分区（即同一个子任务），但是不同key也可能在同一个分区

实现keySelector接口

keyby不是转换算子，因此不能设置并行度，只是对数据进行重分区

keyby之后得到keyedStream

sum/min/max/minby/maxby

keyby之后调用的

max：取比较字段最大值，非比较字段取第一次的值
maxby：取比较字段最大值，非比较字段取最大值字段所在数据行的数值

reduce

keyby之后调用的，输入输出类型需要保持一致，内部聚合逻辑比较灵活

reduce方法用于所有数据两两结合，前面累计的结果作为reduce函数的第一个参数，现在来的数据作为第二个参数

实现reduce Function接口

richMapFunction

为什么rich？多了生命周期管理方法，提供了子任务开启与关闭前的操作函数open、close，多了运行时上下文，获取运行时的环境信息

3.5 分区

分区算子 shuffle/rebalance（数据倾斜时使下游消费数据时是均匀的）/rescale（局部组队）

自定义分区器，自己实现分区逻辑：

简化后：

3.6 分流、合流

分流：将数字分为奇数流和偶数流

没有合适算子，就用最底层的process算子

数据分流逻辑需要依赖支流的tag，这样才能标记往哪里放：

辨析：filter与分流方式的区别：前者几条流就要处理几遍，分流只需处理数据一遍

数据类型相同才能合流：

union合并多个流

connect合并两个流（工作场景常用）

可编辑程度更高的demo，多并行度的情况下必须结合keyby使用：

如果多并行度下没有结合keyby，会导致应该关联在一起的记录没有分在同一个分区（子任务）：

添加keyby操作：

3.7 输出算子

输出到文件：

红框为必须设置，文件滚动策略表示达到标准后文件就结束

输出到Kafka：

输出到MySQL：

自定义sink逻辑：

RichSinkFunction带来的open与close方法是子任务开启/关闭时调用的

4. 窗口

分类：时间窗口，计数窗口
滚动窗口（固定大小，窗口无重叠）、滑动窗口（可以重叠，设置滑动步长）、会话窗口（只能基于时间，指定时间内没有数据来，则当前窗口关闭）

4.1 窗口分配器

这里进行窗口的定义

经过keyby的窗口：每个key单开一个窗口

没有keyby的窗口，所有数据不分流，公用一个窗口：

窗口划分后的stream类型转换：

4.2 计算逻辑

4.2.1 增量聚合

reduce（强制输入类型、中间变量类型和输出类型全都保持一致）：

demo：滚动窗口，5s一个

aggregate：（比reduce更灵活）

4.2.2 全窗口聚合

窗口内统一计算，可以获取上下文context

4.2.3 二者结合

既有增量（来一个处理一个节省空间）又有全量（上下文）

第一个参数是aggregateFunction（接口），第二个参数是processWindowFunction（接口）

4.3 关于按照数量的滑动窗口辨析

以长度为5步长为2的计数窗口举例：

每经过一个步长，都有一个窗口触发输出，第一次输出在第二条数据来的时候（想象前面有三个空数据）

第一条数据不代表是第一个窗口的起始，12两条数据是第一个窗口的结尾

4.4 触发器和移除器

触发器：

4.5 窗口的实现细节

5. 水位线 watermark(针对事件时间)

两种时间语义：事件时间&处理时间

水位线是插入到数据流中的一个标记，可以认为是特殊的数据。主要内容就是一个时间戳，用于表示当前事件时间的进展（必须单调递增）

watermark计算方式：当前最大事件时间 - 等待时间

参考

水位线的制作：

理想状态，数据量小，来一条生产一条水位线

数据量大，隔一段时间生成一个水位线

乱序流：

乱序+数据量小：

乱序+数据量大：

取当前数据中最大时间戳

乱序流+允许迟到：

eg. 窗口长度为10，允许迟到两秒，当第10秒生成的数据到来时并不会触发窗口的关闭，因为等待机制会将当前时间视为10-2=8
当第12秒生产的数据来的时候才会触发窗口关闭，因为等待机制下当前时间为12-2=10

5.1 关于窗口与水位线的正确理解

参考

某一时刻可能存在多个窗口桶，水位线是用于控制窗口的关闭的

5.2 水位线生成策略

有序流demo：

乱序流demo：有等待时间

也可以在数据源阶段就指定水位线

5.3 水位线的传递

当一个子任务上游有多个子任务（水位线各不相同，即数据处理进度各不相同），取上游子任务最小的水位线作为当前子任务的水位线，再广播给所有需要的下游

超过等待时间，则不把这个上游子任务的水位线作为当前水位线的min候选集

forMonotonousTimestamps() 只能有序数据，水位线也是升序的，没有等待时间
forBoundedOutOfOrderness(3) 允许乱序数据，设置等待时间

5.4 迟到数据处理

允许窗口晚关窗，晚到的数据额外处理，关窗后再来的数据不再处理：

辨析：window晚关窗和watermark等待有什么区别？

侧输出流（基于tag）：

5.5 window join

合并两个流，将两条流的对应窗口内的内容两两合并

5.6 interval join

只支持事件时间语义

迟到数据处理逻辑：

5.7 关于水位线生成-1ms

乱序流中生成的水位线的时间戳，其实是当前数据中 最大时间戳 – 延迟时间 – 1ms

6 处理函数 process算子

是最底层算子，自由度最高

6.1 定时器

只有keyed之后的数据流才能定义定时器

1. 注册定时器： 时间达到阈值后会触发指定事件。这个时间阈值可以是事件时间也可以是处理时间。同key定时器会去重。
   

2. 定义具体事件
   

6.2 窗口处理函数

以topn问题为例：

1. 方法一： 定义10s的事件滑动窗口（可重叠），滑动步长为5s+windowall全窗口函数（不能key分区）
   
   自己实现处理所有窗口的接口
   

2. 方法二：使用keyedProcessFunction实现

增量计算+全量打标签

增量：来一个数据计算一次，三种类型可不同（输入类型，中间类型，输出类型）

AggregateFunction 是用于执行聚合操作的接口。它允许您定义如何将一个输入值序列聚合为一个输出值。

全窗口函数：处理窗口内的统计性结果

ProcessWindowFunction 会接收窗口中的所有元素，并允许您在窗口关闭时执行自定义的处理逻辑。

调用以上两个方法：

定义window内部处理函数：

process里放下面这个topn方法

KeyedProcessFunction 是窗口无关的，它是用于处理基于键控流的自定义处理函数

方法二总结：

7 状态管理

8 容错机制