【Apache Flink】Flink DataStream API的基本使用-Toy模板网

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Flink DataStream API的基本使用

前言

Flink DataStream API主要用于处理无界和有界数据流。
无界数据流是一个持续生成数据的数据源，它没有明确的结束点，例如实时的交易数据或传感器数据。这种类型的数据流需要使用Apache Flink的实时处理功能来连续地处理和分析。

有界数据流是一个具有明确开始和结束点的数据集，例如一个文件或数据库表。这种类型的数据流通常在批处理场景中使用，其中所有数据都已经可用，并可以一次性处理。

Flink的DataStream API提供了一套丰富的操作符，如map、filter、reduce、aggregations、windowing、join等，以支持各种复杂的数据处理和分析需求。此外，DataStream API还提供了容错保证，能确保在发生故障时，应用程序能从最近的检查点（checkpoint）恢复，从而实现精确一次（exactly-once）的处理语义。

1. 基本使用方法

创建执行环境:

每一个Flink程序都需要创建一个StreamExecutionEnvironment（执行环境），它可以被用来设置参数和创建从外部系统读取数据的流。
```
final StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
```
创建数据流:

你可以从各种数据源中创建数据流，如本地集合，文件，socket等。下面的代码是从本地集合创建数据流的示例：
```
DataStream<String> dataStream = env.fromElements("hello", "flink");
```
转换操作:

Flink提供了丰富的转换操作，如map，filter，reduce等。以下代码首先将每个字符串映射为其长度，然后过滤出长度大于5的元素：
```
DataStream<Integer> transformedStream = dataStream
    .map(s -> s.length())
    .filter(l -> l > 5);
```
数据输出:

Flink支持将数据流输出到各种存储系统，如文件，socket，数据库等。下面的代码将数据流输出到标准输出：
```
transformedStream.print();
```
执行程序:

将上述所有步骤放在main函数中，并在最后调用env.execute()方法来启动程序。Flink程序是懒加载的，只有在调用execute方法时才会真正开始执行。
```
env.execute("Flink Basic API Usage");
```

2. 核心示例代码

使用Flink DataStream API构建一个实时Word Count程序，它会从一个socket端口读取文本数据，统计每个单词的出现次数，并将结果输出到标准输出。

import org.apache.flink.api.common.functions.FlatMapFunction;
import org.apache.flink.api.java.tuple.Tuple2;
import org.apache.flink.streaming.api.datastream.DataStream;
import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;
import org.apache.flink.util.Collector;

public class WordCountExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 1. 创建执行环境
        final StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();

        // 2. 创建数据流，从socket接收数据，需要在本地启动一个端口为9000的socket服务器
        DataStream<String> textStream = env.socketTextStream("localhost", 9000);

        // 3. 转换操作
        DataStream<Tuple2<String, Integer>> wordCountStream = textStream
                .flatMap(new LineSplitter()) // 将文本行切分为单词
                .keyBy(0) // 按单词分组
                .sum(1); // 对每个单词的计数求和

        // 4. 数据输出
        wordCountStream.print();

        // 5. 执行程序
        env.execute("Socket Word Count Example");
    }

    // 自定义一个FlatMapFunction，将输入的每一行文本切分为单词，并输出为Tuple2，第一个元素是单词，第二个元素是计数（初始值为1）
    public static class LineSplitter implements FlatMapFunction<String, Tuple2<String, Integer>> {
        @Override
        public void flatMap(String line, Collector<Tuple2<String, Integer>> out) {
            for (String word : line.split(" ")) {
                out.collect(new Tuple2<>(word, 1));
            }
        }
    }
}

3. 完成工程代码

下面是一个基于Apache Flink的实时单词计数应用程序的完整工程代码，包括Pom.xml文件和所有Java类。

pom.xml

<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/maven-v4_0_0.xsd">

    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
    <groupId>com.example</groupId>
    <artifactId>flink-wordcount-example</artifactId>
    <version>1.0-SNAPSHOT</version>
    <packaging>jar</packaging>

    <properties>
        <flink.version>1.13.2</flink.version>
    </properties>

    <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>
    </dependencies>

    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
                <artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
                <version>3.8.1</version>
                <configuration>
                    <source>1.8</source>
                    <target>1.8</target>
                </configuration>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>
</project>

WordCountExample

import org.apache.flink.api.common.functions.FlatMapFunction;
import org.apache.flink.api.java.tuple.Tuple2;
import org.apache.flink.streaming.api.datastream.DataStream;
import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;
import org.apache.flink.util.Collector;

public class WordCountExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 1. 创建执行环境
        final StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();

        // 2. 创建数据流，从socket接收数据，需要在本地启动一个端口为9000的socket服务器
        DataStream<String> textStream = env.socketTextStream("localhost", 9000);

        // 3. 转换操作
        DataStream<Tuple2<String, Integer>> wordCountStream = textStream
                .flatMap(new LineSplitter())  // 将文本行切分为单词
                .keyBy(0)  // 按单词分组
                .sum(1);  // 对每个单词的计数求和

        // 4. 数据输出
        wordCountStream.print();

        // 5. 执行程序
        env.execute("Socket Word Count Example");
    }

    // 自定义一个FlatMapFunction，将输入的每一行文本切分为单词，并输出为Tuple2，第一个元素是单词，第二个元素是计数（初始值为1）
    public static class LineSplitter implements FlatMapFunction<String, Tuple2<String, Integer>> {
        @Override
        public void flatMap(String line, Collector<Tuple2<String, Integer>> out) {
            for (String word : line.split(" ")) {
                out.collect(new Tuple2<>(word, 1));
            }
        }
    }
}

现在，你可以使用Maven编译并运行这个程序。在启动程序之前，你需要在本地启动一个端口为9000的Socket服务器。这可以通过使用Netcat工具 (nc -lk 9000) 或者其他任何能打开端口的工具实现。然后，你可以输入文本行，Flink程序会统计每个单词出现的次数，并实时打印结果。

测试验证

用py在本地启动一个socket服务器，监听9000端口，

python比较简单实现一个socket通信。写一个Python来验证上面写的例子。

import socket

server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server_socket.bind(("localhost", 9000))
server_socket.listen(1)

print("Waiting for connection...")
client_socket, client_address = server_socket.accept()
print("Connected to:", client_address)

while True:
    data = input("Enter text: ")
    client_socket.sendall(data.encode())

运行Flink程序和Python socket服务器，然后在Python程序中输入文本，会看到Flink程序实时统计每个单词出现的次数并输出到控制台。

4. Stream 执行环境

开发学习过程中，不需要关注。每个 Flink 应用都需要有执行环境，在该示例中为 env。流式应用需要用到 StreamExecutionEnvironment。
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DataStream API 将你的应用构建为一个 job graph，并附加到 StreamExecutionEnvironment 。当调用 env.execute() 时此 graph 就被打包并发送到 JobManager 上，后者对作业并行处理并将其子任务分发给 Task Manager 来执行。每个作业的并行子任务将在 task slot 中执行。

注意，如果没有调用 execute()，应用就不会运行。

Flink runtime: client, job manager, task managers
此分布式运行时取决于你的应用是否是可序列化的。它还要求所有依赖对集群中的每个节点均可用。