Flink深入浅出之05：CEP复杂事件

深入浅出Flink-第五天

1️⃣深入理解Flink的CEP的机制和使用，Flink实时处理应用案例。

4️⃣ 要点

📖 1. Flink的复杂事件处理机制CEP

1.1 CEP概念

  CEP是Complex Event Processing三个单词的缩写，表示复杂事件处理，是一种基于流处理的技术，
CEP是Flink专门为我们提供的一个基于复杂事件监测处理的库，
CEP通过一个或多个由简单事件构成的事件流通过一定的规则匹配，然后输出用户想得到的数据，满足规则的复杂事件。
  CEP复杂事件处理主要应用于防范网络欺诈、设备故障检测、风险规避和智能营销等领域。
Flink 基于 DataStrem API 提供了 FlinkCEP 组件栈，专门用于对复杂事件的处理，帮助用户从流式数据中发掘有价值的信息。

例如下图，我们就可以通过CEP实现我们对复杂事件的匹配处理

在这里插入图片描述

1.2 CEP的主要特点

目标：从有序的简单事件流中发现一些高阶特征
- 输入：一个或多个由简单事件构成的事件流
- 处理：识别简单事件之间的内在联系，多个符合一定规则的简单事件构成复杂事件
- 输出：满足规则的复杂事件

1.3 Pattern API

FlinkCEP 中提供了 Pattern API 用于对输入流数据的复杂事件规则定义，并从事件流中抽取事件结果。
包含四个步骤
- （1）输入事件流的创建
  - 就是一个DataStream
- （2）Pattern 的定义
  - 开始定义pattern规则
- （3）Pattern 应用在事件流上检测
  - 通过pattern规则去事件流匹配
- （4）选取结果
  - 筛选出来

1.3.1 输入事件流的创建

//获取数据输入流
val input: DataStream[Event] = ...

1.3.2 Pattern的定义

定义 Pattern 可以是单次执行模式，也可以是循环执行模式。单次执行模式一次只接受一个事件，循环执行模式可以接收一个或者多个事件。通常情况下，可以通过指定循环次数将单次执行模式变为循环执行模式。每种模式能够将多个条件组合应用到同一事件之上，条件组合可以通过 where 方法进行叠加。

每个 Pattern 都是通过 begin 方法定义的

val start = Pattern.begin[Event]("start_pattern")

下一步通过 Pattern.where()方法在 Pattern 上指定 Condition，只有当 Condition 满足之后，当前的 Pattern 才会接受事件
```
start.where(_.getID == "9527")
```

1、设置循环次数

对于已经创建好的 Pattern，可以指定循环次数，形成循环执行的 Pattern

times：可以通过 times 指定固定的循环执行次数

//指定循环触发4次 
start.times(4); 
//可以执行触发次数范围,让循环执行次数在该范围之内 
start.times(2, 4);

optional：也可以通过 optional 关键字指定要么不发生，要么发生指定的次数
```
start.times(4).optional()
start.times(2, 4).optional()
```
greedy：可以通过 greedy 将 Pattern 标记为贪婪模式，在 Pattern 匹配成功的前提下，会尽可能多次发生，一般用在模式序列中（多个模式组成的）。
```
//触发2、3、4次,尽可能重复执行 
start.times(2, 4).greedy()
//触发0、2、3、4次,尽可能重复执行 
start.times(2, 4).optional().greedy()
```

oneOrMore：可以通过 oneOrMore 方法指定发生一次或多次

// 触发一次或者多次 
start.oneOrMore()
//触发一次或者多次,尽可能重复执行 
start.oneOrMore().greedy() 
// 触发0次或者多次 
start.oneOrMore().optional() 
// 触发0次或者多次,尽可能重复执行 
start.oneOrMore().optional().greedy()

timesOrMore：通过 timesOrMore 方法可以指定发生固定次数以上，例如执行两次以上

// 触发两次或者多次 
start.timesOrMore(2);
// 触发两次或者多次,尽可能重复执行 
start.timesOrMore(2).greedy()
// 不触发或者触发两次以上,尽可能重复执行 
start.timesOrMore(2).optional().greedy()

2、定义条件

每个模式都需要指定发生条件，作为事件进入到该模式是否接受的判断依据，当事件中的数值满足了条件时，便进行下一步操作。在 FlinkCEP 中通过 pattern.where()、 pattern.or()及pattern.until()方法来为 Pattern 指定条件，且 Pattern 条件有 Simple Conditions 及Combining Conditions 等类型
- Simple Conditions（简单条件）
  - 其主要根据事件中的字段信息进行判断，决定是否接受该事件。
```
// 把ID为9527的事件挑选出来
start.where(_.getID == "9527")
```
- Combining Conditions（组合条件）
  - 是将简单条件进行合并，通常情况下也可以使用 where 方法进行条件的组合，默认每个条件通过 AND 逻辑相连。如果需要使用 OR 逻辑，直接使用 or 方法连接条件即可
```
// 把ID为9527或者年龄大于30的事件挑选出来 
val start = Pattern.begin[Event]("start_pattern")
				 .where(_.callType=="success").or(_.age >30)
```
- Stop condition （终止条件）
  - 如果程序中使用了 oneOrMore 或者 oneOrMore().optional()方法，还可以指定停止条件，否则模式中的规则会一直循环下去，如下终止条件通过 until()方法指定
```
start.oneOrMore.until(_.getID == "123")
```

结合正则表达式理解这些API显得十分快速，下面可以通过功能相近的正则表达式帮助大家去理解

例如我们要用CEP匹配字母 x

Api	含义	正则表达式	示例
where()	指定匹配条件	x	pattern.where(_ = “x”) ，匹配x
times()	模式发生的次数	{2 , 4}	pattern.times(2,4) , 发生2,3,4次
timesOrMore()	模式发生的次数大于某值	{2, }	pattern.timesOrMore(2) , 发生2次以上
oneOrMore()	模式发生一次及以上	+	pattern.oneOrMore (), 发生1次及以上
optional()	模式可以不匹配	{2}？	pattern.times(2).optional(), 发生0次或2次
greedy()	贪婪模式	{2，}	pattern.times(2).greedy(), 尽可能匹配多次
or()	模式的或条件	{x \| y}	pattern.where(_ = “x”) .or(_ =“y”) 匹配x 或者 y
until	停止条件	x+? y	pattern.oneOrMore().until(_ = “y”) 匹配 y停止

3、模式序列
- 将相互独立的模式进行组合然后形成模式序列。模式序列基本的编写方式和独立模式一致，各个模式之间通过邻近条件进行连接即可，其中有严格邻近、宽松邻近、非确定宽松邻近三种邻近连接条件。
  - 严格邻近
    - 严格邻近条件中，期望所有匹配的事件严格地一个接一个出现，中间不包含任何不匹配的事件
      - next
```
//示例
begin("first").where(_.name='a').next("second").where(_.name='b')
//当且仅当数据为a,b时，模式才会被命中。如果数据为a,c,b，由于a的后面跟了c，所以a会被直接丢弃，模式不会命中。
```
  - 宽松邻近
    - 在宽松邻近条件下，会忽略在匹配事件之间出现的非匹配事件，并不会像严格邻近要求得那么高
      - followedBy
```
//示例
begin("first").where(_.name='a').followedBy("second").where(_.name='b')

//事件序列：【a,c,b1,b2】匹配{a,b1}
```
- 非确定宽松邻近
  - 进一步放宽了连续性，允许忽略某些匹配事件的其他匹配。
  - 和宽松邻近条件相比，非确定宽松邻近条件指在模式匹配过程中可以忽略已经匹配的条件
    - followedByAny
```
//示例
begin("first").where(_.name='a').followedByAny("second").where(.name='b')
//当且仅当数据为a,c,b1,b2时，
	//对于followedBy模式而言命中的为{a,b1}，
	//对于followedByAny而言会有两次命中{a,b1},{a,b2}
```
- 除以上模式序列外，还可以定义“不希望出现某种近邻关系”
  - notNext()
    - 不想让某个事件严格紧邻前一个事件发生
  - notFollowedBy()
  - 不想让某个事件在两个事件之间发生
注意
- 1、所有模式序列必须以 .begin() 开始
- 2、模式序列不能以 .notFollowedBy() 结束
- 3、“not” 类型的模式不能和optional关键字同时使用
- 4、此外，还可以为模式指定时间约束，用来要求在多长时间内匹配有效
```
//指定模式在10秒内有效 
pattern.within(Time.seconds(10))
```
- 注意
  - processing 和 event time 都支持时态模式。
  - 一个模式序列只能有一个时间约束。如果在不同的模式上定义了多个这样的约束，则应用最小的约束。

1.3.3 Pattern检测

调用CEP.pattern()方法，给定输入流和模式，就能得到一个PatternStream
```
//Pattern检测
val patternStream = CEP.pattern[Event](dataStream,pattern)
```

1.3.4 选取结果

得到 PatternStream 类型的数据集后，接下来数据获取都基于 PatternStream 进行。该数据集中包含了所有的匹配事件。目前在 FlinkCEP 中提供 select 和 flatSelect 两种方法从 PatternStream 提取事件结果。
1、通过 Select Funciton 抽取正常事件
- 可以通过在 PatternStream 的 Select 方法中传入自定义 Select Funciton 完成对匹配事件的转换与输出。其中 Select Funciton 的输入参数为 Map[String, Iterable[IN]]，Map 中的 key 为模式序列中的 Pattern 名称，Value 为对应 Pattern 所接受的事件集合，格式为输入事件的数据类型。
```
def selectFunction(pattern : Map[String, Iterable[IN]]): OUT = {
    //获取pattern中的start
     Event val startEvent = pattern.get("start_pattern").get.next
    //获取Pattern中middle
    Event val middleEvent = pattern.get("middle").get.next 
    //返回结果 
    OUT(startEvent, middleEvent)

}
```

2、通过 Flat Select Funciton 抽取正常事件

Flat Select Funciton 和 Select Function 相似，不过 Flat Select Funciton 在每次调用可以返回任意数量的结果。因为 Flat Select Funciton 使用 Collector 作为返回结果的容器，可以将需要输出的事件都放置在 Collector 中返回。

def flatSelectFunction(pattern : Map[String, Iterable[IN]]),collector:Collector[OUT] = {
    //获取pattern中的start
     Event val startEvent = pattern.get("start_pattern").get.next
    //获取Pattern中middle
    Event val middleEvent = pattern.get("middle").get.next 
    //并根据startEvent的Value数量进行返回
    for (i <- 0 to startEvent.getValue) { 
        collector.collect(OUT(startEvent, middleEvent)) }
	}
}

3、通过 Select Funciton 抽取超时事件

如果模式中有 within(time)，那么就很有可能有超时的数据存在，通过 PatternStream，Select 方法分别获取超时事件和正常事件。首先需要创建 OutputTag 来标记超时事件，然后在 PatternStream.select 方法中使用 OutputTag，就可以将超时事件从 PatternStream中抽取出来。

// 通过CEP.pattern方法创建PatternStream 
val patternStream: PatternStream[Event] = CEP.pattern(input, pattern) 

//创建OutputTag,并命名为timeout-output 
val timeoutTag = OutputTag[String]("timeout-output") 

//调用PatternStream select()并指定timeoutTag 
val result: SingleOutputStreamOperator[NormalEvent] = patternStream.select(timeoutTag){ 
//超时事件获取 
(pattern: Map[String, Iterable[Event]], timestamp: Long) =>
	TimeoutEvent() //返回异常事件
 } 
 { 
 //正常事件获取 
 pattern: Map[String, Iterable[Event]] =>
 	NormalEvent()//返回正常事件 
 } 
 //调用getSideOutput方法,并指定timeoutTag将超时事件输出 
 val timeoutResult: DataStream[TimeoutEvent] = result.getSideOutput(timeoutTag)

📖 2. CEP编程开发案例实战

描述
- 在我们操作某些银行APP的时候，经常会发现，如果上一个操作与下一个操作IP变换了（例如上一个操作使用的流量操作，下一个操作我连接上了wifi去操作，IP就会变换），那么APP就要求我们重新进行登录，避免由于IP变换产生的风险操作
需求
- 用户上一个操作与下一个操作IP变换报警

数据格式如下

从socket当中输入数据源

192.168.52.100,zhubajie,https://icbc.com.cn/login.html,2020-02-12 12:23:45
192.168.54.172,tangseng,https://icbc.com.cn/login.html,2020-02-12 12:23:46
192.168.145.77,sunwukong,https://icbc.com.cn/login.html,2020-02-12 12:23:47
192.168.52.100,zhubajie,https://icbc.com.cn/transfer.html,2020-02-12 12:23:47
192.168.54.172,tangseng,https://icbc.com.cn/transfer.html,2020-02-12 12:23:48
192.168.145.77,sunwukong,https://icbc.com.cn/transfer.html,2020-02-12 12:23:49
192.168.145.77,sunwukong,https://icbc.com.cn/save.html,2020-02-12 12:23:52
192.168.52.100,zhubajie,https://icbc.com.cn/save.html,2020-02-12 12:23:53
192.168.54.172,tangseng,https://icbc.com.cn/save.html,2020-02-12 12:23:54
192.168.54.172,tangseng,https://icbc.com.cn/buy.html,2020-02-12 12:23:57
192.168.145.77,sunwukong,https://icbc.com.cn/buy.html,2020-02-12 12:23:58
192.168.52.100,zhubajie,https://icbc.com.cn/buy.html,2020-02-12 12:23:59
192.168.44.110,zhubajie,https://icbc.com.cn/pay.html,2020-02-12 12:24:03
192.168.38.135,tangseng,https://icbc.com.cn/pay.html,2020-02-12 12:24:04
192.168.89.189,sunwukong,https://icbc.com.cn/pay.html,2020-02-12 12:24:05
192.168.44.110,zhubajie,https://icbc.com.cn/login.html,2020-02-12 12:24:04
192.168.38.135,tangseng,https://icbc.com.cn/login.html,2020-02-12 12:24:08
192.168.89.189,sunwukong,https://icbc.com.cn/login.html,2020-02-12 12:24:07
192.168.38.135,tangseng,https://icbc.com.cn/pay.html,2020-02-12 12:24:10
192.168.44.110,zhubajie,https://icbc.com.cn/pay.html,2020-02-12 12:24:06
192.168.89.189,sunwukong,https://icbc.com.cn/pay.html,2020-02-12 12:24:09
192.168.38.135,tangseng,https://icbc.com.cn/pay.html,2020-02-12 12:24:13
192.168.44.110,zhubajie,https://icbc.com.cn/pay.html,2020-02-12 12:24:12
192.168.89.189,sunwukong,https://icbc.com.cn/pay.html,2020-02-12 12:24:15

整理之后的格式如下：

192.168.145.77,sunwukong,https://icbc.com.cn/login.html,2020-02-12 12:23:47
192.168.145.77,sunwukong,https://icbc.com.cn/transfer.html,2020-02-12 12:23:49
192.168.145.77,sunwukong,https://icbc.com.cn/save.html,2020-02-12 12:23:52
192.168.145.77,sunwukong,https://icbc.com.cn/buy.html,2020-02-12 12:23:58
192.168.89.189,sunwukong,https://icbc.com.cn/pay.html,2020-02-12 12:24:05
192.168.89.189,sunwukong,https://icbc.com.cn/login.html,2020-02-12 12:24:07
192.168.89.189,sunwukong,https://icbc.com.cn/pay.html,2020-02-12 12:24:09
192.168.89.189,sunwukong,https://icbc.com.cn/pay.html,2020-02-12 12:24:15

192.168.52.100,zhubajie,https://icbc.com.cn/login.html,2020-02-12 12:23:45
192.168.52.100,zhubajie,https://icbc.com.cn/transfer.html,2020-02-12 12:23:47
192.168.52.100,zhubajie,https://icbc.com.cn/save.html,2020-02-12 12:23:53
192.168.52.100,zhubajie,https://icbc.com.cn/buy.html,2020-02-12 12:23:59
192.168.44.110,zhubajie,https://icbc.com.cn/pay.html,2020-02-12 12:24:03
192.168.44.110,zhubajie,https://icbc.com.cn/login.html,2020-02-12 12:24:04
192.168.44.110,zhubajie,https://icbc.com.cn/pay.html,2020-02-12 12:24:06
192.168.44.110,zhubajie,https://icbc.com.cn/pay.html,2020-02-12 12:24:12

192.168.54.172,tangseng,https://icbc.com.cn/login.html,2020-02-12 12:23:46
192.168.54.172,tangseng,https://icbc.com.cn/transfer.html,2020-02-12 12:23:48
192.168.54.172,tangseng,https://icbc.com.cn/save.html,2020-02-12 12:23:54
192.168.54.172,tangseng,https://icbc.com.cn/buy.html,2020-02-12 12:23:57
192.168.38.135,tangseng,https://icbc.com.cn/pay.html,2020-02-12 12:24:04
192.168.38.135,tangseng,https://icbc.com.cn/login.html,2020-02-12 12:24:08
192.168.38.135,tangseng,https://icbc.com.cn/pay.html,2020-02-12 12:24:10
192.168.38.135,tangseng,https://icbc.com.cn/pay.html,2020-02-12 12:24:13

2.1 使用State编程实现

代码开发

package com.kaikeba.cep

import java.util
import java.util.Collections

import org.apache.flink.api.common.state.{ListState, ListStateDescriptor}
import org.apache.flink.configuration.Configuration
import org.apache.flink.streaming.api.functions.KeyedProcessFunction
import org.apache.flink.streaming.api.scala.{DataStream, StreamExecutionEnvironment}
import org.apache.flink.util.Collector

/**
  * 使用state编程进行代码实现进行ip检测
  */

case class UserLogin(ip:String,username:String,operateUrl:String,time:String)

object CheckIPChangeWithState {

  def main(args: Array[String]): Unit = {

    val environment: StreamExecutionEnvironment = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
    import org.apache.flink.api.scala._

    //todo:1、接受socket数据源
    val sourceStream: DataStream[String] = environment.socketTextStream("node01",9999)

    //todo:2、数据处理
    sourceStream.map(x =>{
      val strings: Array[String] = x.split(",")
      (strings(1),UserLogin(strings(0),strings(1),strings(2),strings(3)))
    } ).keyBy(x => x._1)
      .process(new LoginCheckProcessFunction)
      .print()
    environment.execute("checkIpChange")
 }
    //自定义KeyedProcessFunction类
  class LoginCheckProcessFunction extends KeyedProcessFunction[String,(String,UserLogin),(String,UserLogin)]{
   //定义ListState
 var listState:ListState[UserLogin]=_

override def open(parameters: Configuration): Unit = {
  listState = getRuntimeContext.getListState(new ListStateDescriptor[UserLogin]("changeIp",classOf[UserLogin]))

}

//解析用户访问信息
override def processElement(value: (String, UserLogin), ctx: KeyedProcessFunction[String, (String, UserLogin), (String, UserLogin)]#Context, out: Collector[(String, UserLogin)]): Unit = {
  val logins = new util.ArrayList[UserLogin]()

  //添加到list集合
   listState.add(value._2)

  import scala.collection.JavaConverters._
  val toList: List[UserLogin] = listState.get().asScala.toList
   //排序
  val sortList: List[UserLogin] = toList.sortBy(_.time)

  if(sortList.size ==2){
    val first: UserLogin = sortList(0)
    val second: UserLogin = sortList(1)

    if(!first.ip.equals(second.ip)){
      println("小伙子你的IP变了，赶紧回去重新登录一下")
    }
    //移除第一个ip，保留第二个ip
    logins.removeAll(Collections.EMPTY_LIST)
    logins.add(second)
    listState.update(logins)
  }

   out.collect(value)

	}
  }

2.2 使用CEP编程实现

导入cep依赖

  <dependency>
      <groupId>org.apache.flink</groupId>
      <artifactId>flink-cep-scala_2.11</artifactId>
      <version>1.9.2</version>
  </dependency>

代码开发

package com.kaikeba.cep

import java.util

import org.apache.flink.cep.PatternSelectFunction
import org.apache.flink.cep.pattern.conditions.IterativeCondition
import org.apache.flink.cep.scala.{CEP, PatternStream}
import org.apache.flink.cep.scala.pattern.Pattern
import org.apache.flink.streaming.api.scala.{DataStream, KeyedStream, StreamExecutionEnvironment}
import org.apache.flink.streaming.api.windowing.time.Time

import scala.collection.mutable

/**
  *使用 CEP 编程进行代码实现进行ip检测
  */

case class UserLoginInfo(ip:String,username:String,operateUrl:String,time:String)
object CheckIPChangeWithCEP {

  def main(args: Array[String]): Unit = {
    val environment: StreamExecutionEnvironment = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
    import org.apache.flink.api.scala._

    //todo:1、接受socket数据源
    val sourceStream: DataStream[String] = environment.socketTextStream("node01",9999)

    //todo:2、数据处理
    val keyedStream: KeyedStream[(String, UserLoginInfo), String] = sourceStream.map(x => {
                       val strings: Array[String] = x.split(",")
                      (strings(1), UserLoginInfo(strings(0), strings(1), strings(2), strings(3)))
            }).keyBy(_._1)
  //todo:3、定义Pattern,指定相关条件和模型序列
  val pattern: Pattern[(String, UserLoginInfo), (String, UserLoginInfo)] = Pattern.begin[(String, UserLoginInfo)]("start")
        .where(x => x._2.username != null)
        .next("second")
        .where(new IterativeCondition[(String, UserLoginInfo)] {
          override def filter(value: (String, UserLoginInfo), context: IterativeCondition.Context[(String, UserLoginInfo)]): Boolean = {
            var flag: Boolean = false
            //获取满足前面条件的数据
            val firstValues: util.Iterator[(String, UserLoginInfo)] = context.getEventsForPattern("start").iterator()
            //遍历
            while (firstValues.hasNext) {
              val tuple: (String, UserLoginInfo) = firstValues.next()
              //ip不相同
              if (!tuple._2.ip.equals(value._2.ip)) {
                flag = true
              }
            }

            flag
          }
        })
      //可以指定模式在一段时间内有效
    .within(Time.seconds(120))

  //todo:4、模式检测，将模式应用到流中
   val patternStream: PatternStream[(String, UserLoginInfo)] = CEP.pattern(keyedStream,pattern)
   
   //todo: 5、选取结果
   patternStream.select(new MyPatternSelectFunction).print()
    
   //todo: 6、开启计算
  environment.execute()

	}
}

  //自定义PatternSelectFunction类
  class MyPatternSelectFunction extends PatternSelectFunction[(String,UserLoginInfo),(String,UserLoginInfo)]{
    override def select(map: util.Map[String, util.List[(String, UserLoginInfo)]]): (String, UserLoginInfo) = {
      // 获取Pattern名称为start的事件
       val startIterator= map.get("start").iterator()

       if(startIterator.hasNext){
          println("满足start模式中的数据："+startIterator.next())
       }
           //获取Pattern名称为second的事件
       val secondIterator = map.get("second").iterator() 
      
         var tuple:(String,UserLoginInfo)=null
      
          if(secondIterator.hasNext){
          tuple=secondIterator.next()
          println("满足second模式中的数据："+ tuple)
      }

  tuple
	}
  }

📖 3. Flink CEP综合案例实战1

场景介绍

	现在工厂当中有大量的传感设备，用于检测机器当中的各种指标数据，例如温度，湿度，气压等，并实时上报数据到数据中心，现在需要检测，某一个传感器上报的温度数据是否发生异常。

异常的定义

三分钟时间内，出现三次及以上的温度高于40度就算作是异常温度，进行报警输出

收集数据如下

传感器设备mac地址， 检测机器mac地址，温度，湿度，气压， 数据产生时间

00-34-5E-5F-89-A4,00-01-6C-06-A6-29,38,0.52,1.1,2020-03-02 12:20:32
00-34-5E-5F-89-A4,00-01-6C-06-A6-29,47,0.48,1.1,2020-03-02 12:20:35
00-34-5E-5F-89-A4,00-01-6C-06-A6-29,50,0.48,1.1,2020-03-02 12:20:38
00-34-5E-5F-89-A4,00-01-6C-06-A6-29,31,0.48,1.1,2020-03-02 12:20:39
00-34-5E-5F-89-A4,00-01-6C-06-A6-29,52,0.48,1.1,2020-03-02 12:20:41
00-34-5E-5F-89-A4,00-01-6C-06-A6-29,53,0.48,1.1,2020-03-02 12:20:43
00-34-5E-5F-89-A4,00-01-6C-06-A6-29,55,0.48,1.1,2020-03-02 12:20:45

代码开发实现

package com.kaikeba.cep
import java.util
import org.apache.commons.lang3.time.FastDateFormat
import org.apache.flink.cep.PatternSelectFunction
import org.apache.flink.cep.scala.pattern.Pattern
import org.apache.flink.cep.scala.{CEP, PatternStream}
import org.apache.flink.streaming.api.TimeCharacteristic
import org.apache.flink.streaming.api.scala.{DataStream, KeyedStream, StreamExecutionEnvironment}
import org.apache.flink.streaming.api.windowing.time.Time

//定义温度信息pojo
case class DeviceDetail(sensorMac:String,deviceMac:String,temperature:String,dampness:String,pressure:String,date:String)

//报警的设备信息样例类
//传感器设备mac地址，检测机器mac地址，温度
case class AlarmDevice(sensorMac:String,deviceMac:String,temperature:String)

/**
  * 基于FlinkCEP的设备温度检测
  */
object FlinkTempeatureCEP {

  private val format: FastDateFormat = FastDateFormat.getInstance("yyyy-MM-dd HH:mm:ss")
  def main(args: Array[String]): Unit = {
    val environment: StreamExecutionEnvironment = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
    //指定时间类型
    environment.setStreamTimeCharacteristic(TimeCharacteristic.EventTime)
    environment.setParallelism(1)
    import org.apache.flink.api.scala._

    //接受数据
    val sourceStream: DataStream[String] = environment.socketTextStream("node01",9999)

    val deviceStream: KeyedStream[DeviceDetail, String] = sourceStream.map(x => {
        val strings: Array[String] = x.split(",")
        DeviceDetail(strings(0), strings(1), strings(2), strings(3), strings(4), strings(5))
    }).assignAscendingTimestamps(x =>{format.parse(x.date).getTime})
      .keyBy(x => x.sensorMac)
     //todo:定义Pattern,指定相关条件和模型序列
    val pattern: Pattern[DeviceDetail, DeviceDetail] = Pattern.begin[DeviceDetail]("start")
                    .where(x =>x.temperature.toInt >= 40)                                               .followedByAny("second")
                    .where(x =>x.temperature.toInt >= 40)                                             .followedByAny("three")
                    .where(x =>x.temperature.toInt >= 40)                                             .within(Time.minutes(3))

    //todo:模式检测，将模式应用到流中
    val patternResult: PatternStream[DeviceDetail] = CEP.pattern(deviceStream,pattern)

    //todo:选取结果
    patternResult.select(new MyPatternResultFunction).print()

    //todo: 启动
    environment.execute("startTempeature")

  }
}

//自定义PatternSelectFunction
class MyPatternResultFunction extends PatternSelectFunction[DeviceDetail,AlarmDevice]{
  override def select(pattern: util.Map[String, util.List[DeviceDetail]]): AlarmDevice = {
    val startDetails: util.List[DeviceDetail] = pattern.get("start")
    val secondDetails: util.List[DeviceDetail] = pattern.get("second")
    val threeDetails: util.List[DeviceDetail] = pattern.get("three")

   val startResult: DeviceDetail = startDetails.iterator().next()
    val secondResult: DeviceDetail = followDetails.iterator().next()
    val threeResult: DeviceDetail = thirdDetails.iterator().next()

    println("第一条数据: "+startResult)
    println("第二条数据: "+secondResult)
    println("第三条数据: "+threeResult)

    AlarmDevice(threeResult.sensorMac,threeResult.deviceMac,threeResult.temperature)
  }
}

📖 4. Flink CEP综合案例实战2

场景介绍

	在我们的电商系统当中，经常会发现有些订单下单之后没有支付，就会有一个倒计时的时间值，提示你在15分钟之内完成支付，如果没有完成支付，那么该订单就会被取消，主要是因为拍下订单就会减库存，但是如果一直没有支付，那么就会造成库存没有了，别人购买的时候买不到，然后别人一直不支付，就会产生有些人买不到，有些人买到了不付款，最后导致商家一件产品都卖不出去。

需求

创建订单之后15分钟之内一定要付款，否则就取消订单

订单数据格式如下类型字段说明
- 订单编号
- 订单状态
  - 1.创建订单,等待支付
  - 2.支付订单完成
  - 3.取消订单，申请退款
  - 4.已发货
  - 5.确认收货，已经完成
- 订单创建时间
- 订单金额

20160728001511050311389390,1,2016-07-28 00:15:11,295
20160801000227050311955990,1,2016-07-28 00:16:12,165
20160728001511050311389390,2,2016-07-28 00:18:11,295
20160801000227050311955990,2,2016-07-28 00:18:12,165
20160728001511050311389390,3,2016-07-29 08:06:11,295
20160801000227050311955990,4,2016-07-29 12:21:12,165
20160804114043050311618457,1,2016-07-30 00:16:15,132
20160801000227050311955990,5,2016-07-30 18:13:24,165

规则

  出现 1 创建订单标识之后，紧接着需要在15分钟之内出现 2 支付订单操作，中间允许有其他操作

代码开发实现


package com.kaikeba.cep

import java.util

import org.apache.commons.lang3.time.FastDateFormat
import org.apache.flink.cep.{PatternSelectFunction, PatternTimeoutFunction}
import org.apache.flink.cep.scala.{CEP, PatternStream, pattern}
import org.apache.flink.cep.scala.pattern.Pattern
import org.apache.flink.streaming.api.TimeCharacteristic
import org.apache.flink.streaming.api.functions.timestamps.BoundedOutOfOrdernessTimestampExtractor
import org.apache.flink.streaming.api.scala.{DataStream, KeyedStream, OutputTag, StreamExecutionEnvironment}
import org.apache.flink.streaming.api.windowing.time.Time


/**
  *  订单下单未支付检测
  */

case class OrderDetail(orderId:String,status:String,orderCreateTime:String,price :Double)

object OrderTimeOutCheckCEP {

  private val format: FastDateFormat = FastDateFormat.getInstance("yyy-MM-dd HH:mm:ss")

  def main(args: Array[String]): Unit = {

    val environment: StreamExecutionEnvironment = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
    environment.setStreamTimeCharacteristic(TimeCharacteristic.EventTime)
    environment.setParallelism(1)
    import org.apache.flink.api.scala._
    val sourceStream: DataStream[String] = environment.socketTextStream("node01",9999)

    val keyedStream: KeyedStream[OrderDetail, String] = sourceStream.map(x => {
      val strings: Array[String] = x.split(",")
      OrderDetail(strings(0), strings(1), strings(2), strings(3).toDouble)

    }).assignTimestampsAndWatermarks(new BoundedOutOfOrdernessTimestampExtractor[OrderDetail](Time.seconds(5)){
      override def extractTimestamp(element: OrderDetail): Long = {
        format.parse(element.orderCreateTime).getTime
      }
    }).keyBy(x => x.orderId)

     //定义Pattern模式，指定条件
    val pattern: Pattern[OrderDetail, OrderDetail] = Pattern.begin[OrderDetail]("start")
                                                            .where(order => order.status.equals("1"))
                                                            .followedBy("second")
                                                            .where(x => x.status.equals("2"))
                                                            .within(Time.minutes(15))


    // 4. 调用select方法，提取事件序列，超时的事件要做报警提示
    val orderTimeoutOutputTag = new OutputTag[OrderDetail]("orderTimeout")

    val patternStream: PatternStream[OrderDetail] = CEP.pattern(keyedStream,pattern)
    val selectResultStream: DataStream[OrderDetail] = patternStream
            .select(orderTimeoutOutputTag, new OrderTimeoutPatternFunction, new OrderPatternFunction)

     selectResultStream.print()

    //打印侧输出流数据 过了15分钟还没支付的数据
    selectResultStream.getSideOutput(orderTimeoutOutputTag).print()
    environment.execute()
  }
}

//订单超时检测
class OrderTimeoutPatternFunction extends PatternTimeoutFunction[OrderDetail,OrderDetail]{

  override def timeout(pattern: util.Map[String, util.List[OrderDetail]], l: Long): OrderDetail = {
    val detail: OrderDetail = pattern.get("start").iterator().next()
        println("超时订单号为" + detail)
        detail
  }
}


class OrderPatternFunction extends PatternSelectFunction[OrderDetail,OrderDetail] {
  override def select(pattern: util.Map[String, util.List[OrderDetail]]): OrderDetail = {
        val detail: OrderDetail = pattern.get("second").iterator().next()
        println("支付成功的订单为" + detail)
        detail
  }
}

📖 5. 实时ETL

5.1 需求背景

针对应用产生的日志数据进行清洗拆分

•1、应用产生的日志数据是嵌套json格式，需要拆分打平

•2、针对日志数据中的国家字段进行大区转换

•3、把数据回写到Kafka

5.2 数据准备

reids码表格式(元数据)：

启动redis服务

/kkb/install/redis-5.0.8/src/redis-server /kkb/install/redis-5.0.8/redis.conf

进入redis客户端

/kkb/install/redis-5.0.8/src/redis-cli -h node01

插入以下数据到redis当中去

	大区    国家
hset areas AREA_US US
hset areas AREA_CT TW,HK
hset areas AREA_AR PK,KW,SA
hset areas AREA_IN IN

查询redis当中的数据
```
HKEYS areas
HGETALL areas
```

node01执行以下命令，创建kafka的topic

kafka-topics.sh --create --partitions 3 --topic data1 --replication-factor 2 --zookeeper node01:2181,node02:2181,node03:2181

5.3 项目架构

在这里插入图片描述

5.4 方案实现

日志格式：

原始数据结构如下：
第一条数据：
{"dt":"2019-11-19 20:33:41","countryCode":"KW","data":[{"type":"s2","score":0.2,"level":"A"},{"type":"s1","score":0.2,"level":"D"}]}

第二条数据：
{"dt":"2019-11-19 20:33:43","countryCode":"HK","data":[{"type":"s5","score":0.5,"level":"C"},{"type":"s2","score":0.8,"level":"B"}]}

需要我们对数据做ETL处理，将数据拉平

"dt":"2019-11-19 20:33:41","countryCode":"KW","type":"s2","score":0.2,"level":"A"
"dt":"2019-11-19 20:33:41","countryCode":"KW","type":"s1","score":0.2,"level":"D"

让后将countryCode第二步处理，替换成为大区ID

"dt":"2019-11-19 20:33:41","countryCode":"AREA_CT","type":"s2","score":0.2,"level":"A"
"dt":"2019-11-19 20:33:41","countryCode":"AREA_CT","type":"s1","score":0.2,"level":"D"

使用redis将数据进行广播，然后通过分布式缓存，通过KW查询出对应的AREA_CT出来，进行替换即可，处理完成之后的数据继续写回到kafka里面去

具体代码开发

自己试试吧




### :book: 6  实时报表

#### 6.1 需求背景

* 主要针对直播/短视频平台审核指标的统计

* 1、统计不同大区每1 min内过审(上架)视频的数据量（单词的个数）
  * 每分钟【1:事件时间 2:加上水位，这样的话，我们可以挽救一些数据。3:收集数据延迟过多的数据】的不同大区的【有效视频】的数量（单词计数）

* 2、统计不同大区每1 min内未过审(下架)的数据量



#### 6.2 项目架构

![在这里插入图片描述](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/9a5f599c98644ddb994ea57badf10b38.png)






#### 6.3 方案实现

* 1、统计的过去的一分钟的每个大区的有效视频数量
* 2、统计的过去的一分钟的每个大区的,不同类型的有效视频数量



* 统计的过去一分钟是每个单词出现次数。

```java
{"dt":"2020-04-30 15:42:12","type":"type4","username":"username1","area":"AREA_CT"}
{"dt":"2020-04-30 15:42:12","type":"type1","username":"username1","area":"AREA_AR"}
{"dt":"2020-04-30 15:42:13","type":"type4","username":"username5","area":"AREA_US"}
{"dt":"2020-04-30 15:42:13","type":"type4","username":"username4","area":"AREA_AR"}
{"dt":"2020-04-30 15:42:14","type":"type3","username":"username5","area":"AREA_IN"}
{"dt":"2020-04-30 15:42:14","type":"type1","username":"username5","area":"AREA_IN"}
{"dt":"2020-04-30 15:42:15","type":"type4","username":"username1","area":"AREA_CT"}
```

* node01执行以下命令创建kafka的topic

```shell
kafka-topics.sh --create --partitions 3 --topic data2 --replication-factor 2 --zookeeper node01:2181,node02:2181,node03:2181
```

* pom文件：

```java
<properties>
      <flink.version>1.9.2</flink.version>
      <scala.version>2.11.8</scala.version>
  </properties>

  <dependencyManagement>

      <dependencies>
          <dependency>
              <groupId>org.apache.flink</groupId>
              <artifactId>flink-java</artifactId>
              <version>${flink.version}</version>
          </dependency>
          <dependency>
              <groupId>org.apache.flink</groupId>
              <artifactId>flink-streaming-java_2.11</artifactId>
              <version>${flink.version}</version>
          </dependency>
          <dependency>
              <groupId>org.apache.flink</groupId>
              <artifactId>flink-scala_2.11</artifactId>
              <version>${flink.version}</version>
          </dependency>
          <dependency>
              <groupId>org.apache.flink</groupId>
              <artifactId>flink-streaming-scala_2.11</artifactId>
              <version>${flink.version}</version>
          </dependency>

          <dependency>
              <groupId>org.apache.bahir</groupId>
              <artifactId>flink-connector-redis_2.11</artifactId>
              <version>1.0</version>
          </dependency>

          <dependency>
              <groupId>org.apache.flink</groupId>
              <artifactId>flink-statebackend-rocksdb_2.11</artifactId>
              <version>${flink.version}</version>
          </dependency>

          <dependency>
              <groupId>org.apache.flink</groupId>
              <artifactId>flink-connector-kafka-0.11_2.11</artifactId>
              <version>${flink.version}</version>
          </dependency>

          <dependency>
              <groupId>org.apache.kafka</groupId>
              <artifactId>kafka-clients</artifactId>
              <version>0.11.0.3</version>
          </dependency>
          <!-- 日志相关依赖 -->
          <dependency>
              <groupId>org.slf4j</groupId>
              <artifactId>slf4j-api</artifactId>
              <version>1.7.25</version>
          </dependency>

          <dependency>
              <groupId>org.slf4j</groupId>
              <artifactId>slf4j-log4j12</artifactId>
              <version>1.7.25</version>
          </dependency>
          <!-- redis依赖 -->
          <dependency>
              <groupId>redis.clients</groupId>
              <artifactId>jedis</artifactId>
              <version>2.9.0</version>
          </dependency>
          <!-- json依赖 -->
          <dependency>
              <groupId>com.alibaba</groupId>
              <artifactId>fastjson</artifactId>
              <version>1.2.44</version>
          </dependency>

          <!--es依赖-->
          <dependency>
              <groupId>org.apache.flink</groupId>
              <artifactId>flink-connector-elasticsearch6_2.11</artifactId>
              <version>${flink.version}</version>
          </dependency>

      </dependencies>

  </dependencyManagement>

  <build>
      <plugins>
          <plugin>
              <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
              <artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
              <version>3.1</version>
              <configuration>
                  <source>1.8</source>
                  <target>1.8</target>
                  <testExcludes>
                      <testExclude>/src/test/**</testExclude>
                  </testExcludes>
                  <encoding>utf-8</encoding>
              </configuration>
          </plugin>
          <plugin>
              <groupId>net.alchim31.maven</groupId>
              <artifactId>scala-maven-plugin</artifactId>
              <version>3.2.0</version>
              <executions>
                  <execution>
                      <id>compile-scala</id>
                      <phase>compile</phase>
                      <goals>
                          <goal>add-source</goal>
                          <goal>compile</goal>
                      </goals>
                  </execution>
                  <execution>
                      <id>test-compile-scala</id>
                      <phase>test-compile</phase>
                      <goals>
                          <goal>add-source</goal>
                          <goal>testCompile</goal>
                      </goals>
                  </execution>
              </executions>
              <configuration>
                  <scalaVersion>${scala.version}</scalaVersion>
              </configuration>
          </plugin>
          <plugin>
              <artifactId>maven-assembly-plugin</artifactId>
              <configuration>
                  <descriptorRefs>
                      <descriptorRef>jar-with-dependencies</descriptorRef>
                  </descriptorRefs>
              </configuration>
              <executions>
                  <execution>
                      <id>make-assembly</id> <!-- this is used for inheritance merges -->
                      <phase>package</phase> <!-- 指定在打包节点执行jar包合并操作 -->
                      <goals>
                          <goal>single</goal>
                      </goals>
                  </execution>
              </executions>
          </plugin>
      </plugins>
  </build>

```

* 代码开发

自己试试