Flink窗口(2)—— Window API

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了Flink窗口(2)—— Window API。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

目录

窗口分配器

时间窗口

计数窗口

全局窗口

窗口函数

增量聚合函数

全窗口函数(full window functions)

增量聚合和全窗口函数的结合使用

Window API 主要由两部分构成:窗口分配器(Window Assigners)和窗口函数(Window Functions)

stream.keyBy(<key selector>)
 .window(<window assigner>) //指明窗口的类型
 .aggregate(<window function>) //定义窗口具体的处理逻辑

在window()方法中传入一个窗口分配器;

在aggregate()方法中传入一个窗口函数;

窗口分配器

指定窗口的类型,定义数据应该被“分配”到哪个窗口

方法:.window()

参数:WindowAssigner

返回值:WindowedStream

如果是非按键分区窗口,那么直接调用.windowAll()方法,同样传入一个WindowAssigner,返回的是 AllWindowedStream

时间窗口

滚动处理时间窗口

stream.keyBy(...)  
//1..of()方法需要传入一个 Time 类型的参数 size,表示滚动窗口的大小
.window(TumblingProcessingTimeWindows.of(Time.seconds(5))) //窗口大小
//2.通过设置偏移量offset 来调整起始点的时间戳
.window(TumblingProcessingTimeWindows.of(Time.days(1), Time.hours(-8))) //窗口大小,偏移量
.aggregate(...)

默认的窗口起始点时间戳是窗口大小的整倍数

如果我们定义 1 天的窗口,默认就从 0 点开始;如果定义 1 小时的窗口,默认就从整点开始

如果不想用默认值,就需要设置好偏移量

偏移量的作用:标准时间戳其实就是1970 年 1 月 1 日 0 时 0 分 0 秒 0 毫秒开始计算的一个毫秒数,而这个时间是以 UTC 时间,也就是 0 时区(伦敦时间)为标准的。我们所在的时区是东八区,也就是 UTC+8,跟 UTC 有 8小时的时差。我们定义 1 天滚动窗口时,如果用默认的起始点,那么得到就是伦敦时间每天 0点开启窗口,这时是北京时间早上 8 点。那怎样得到北京时间每天 0 点开启的滚动窗口呢?只要设置-8 小时的偏移量就可以了

滑动处理时间窗口

stream.keyBy(...)
//窗口大小,滑动步长(同样也可以设置偏移量)
.window(SlidingProcessingTimeWindows.of(Time.seconds(10), Time.seconds(5)))
.aggregate(...)

处理时间会话窗口

stream.keyBy(...)
//超时时间
.window(ProcessingTimeSessionWindows.withGap(Time.seconds(10)))
.aggregate(...)

以上是静态设置了超时时间,也可以动态设置:

.window(ProcessingTimeSessionWindows.withDynamicGap(newSessionWindowTimeGapExtractor<Tuple2<String, Long>>() {
 @Override
 public long extract(Tuple2<String, Long> element) { 
// 提取 session gap 值返回, 单位毫秒
//提取了数据元素的第一个字段,用它的长度乘以 1000 作为会话超时的间隔
 return element.f0.length() * 1000;
 }
}

滚动事件时间窗口

stream.keyBy(...)
.window(TumblingEventTimeWindows.of(Time.seconds(5))) 
.aggregate(...)

滑动事件时间窗口

stream.keyBy(...)
.window(SlidingEventTimeWindows.of(Time.seconds(10), Time.seconds(5)))
.aggregate(...)

事件时间会话窗口

stream.keyBy(...)
.window(EventTimeSessionWindows.withGap(Time.seconds(10)))
.aggregate(...)

处理时间和事件时间的逻辑完全相同

计数窗口

滚动计数窗口:.countWindow(10) //窗口大小

滑动计数窗口:.countWindow(10,3) //窗口大小,滑动步长

每个窗口统计 10 个数据,每隔 3 个数据就统计输出一次结果

全局窗口

.window(GlobalWindows.create());

需要自定义触发器

窗口函数

WindowedStream——>DataStream

增量聚合函数

像 DataStream 的简单聚合一样,每来一条数据就立即进行计算,中间只要保持一个简单的聚合状态就可以

区别在于不立即输出结果,而是要等到窗口结束时间

归约函数(ReduceFunction):和简单聚合时使用的ReduceFunction完全一样


聚合函数(AggregateFunction):取消类型一致的限制,直接基于 WindowedStream 调 用.aggregate()方法,不需要经过map处理;这个方法需要传入一个AggregateFunction 的实现类作为参数,源码如下:

@PublicEvolving
public interface AggregateFunction<IN, ACC, OUT> extends Function, Serializable {

    /**
     * Creates a new accumulator, starting a new aggregate.
     *
     * <p>The new accumulator is typically meaningless unless a value is added via {@link
     * #add(Object, Object)}.
     *
     * <p>The accumulator is the state of a running aggregation. When a program has multiple
     * aggregates in progress (such as per key and window), the state (per key and window) is the
     * size of the accumulator.
     *
     * @return A new accumulator, corresponding to an empty aggregate.
     */
    ACC createAccumulator();

    /**
     * Adds the given input value to the given accumulator, returning the new accumulator value.
     *
     * <p>For efficiency, the input accumulator may be modified and returned.
     *
     * @param value The value to add
     * @param accumulator The accumulator to add the value to
     * @return The accumulator with the updated state
     */
    ACC add(IN value, ACC accumulator);

    /**
     * Gets the result of the aggregation from the accumulator.
     *
     * @param accumulator The accumulator of the aggregation
     * @return The final aggregation result.
     */
    OUT getResult(ACC accumulator);

    /**
     * Merges two accumulators, returning an accumulator with the merged state.
     *
     * <p>This function may reuse any of the given accumulators as the target for the merge and
     * return that. The assumption is that the given accumulators will not be used any more after
     * having been passed to this function.
     *
     * @param a An accumulator to merge
     * @param b Another accumulator to merge
     * @return The accumulator with the merged state
     */
    ACC merge(ACC a, ACC b);
}

IN:输入数据类型

ACC:累加器类型

OUT:输出数据类型

AggregateFunction 接口中有四个方法:

Flink窗口(2)—— Window API,Flink,大数据,flink,大数据

除了继承AggregateFunction,自定义聚合函数之外,Flink为我们提供了一系列预定义的简单聚合方法,如sum()/max()/maxBy()/min()/minBy(),可以直接基于WindowedStream调用

全窗口函数(full window functions)

全窗口函数需要先收集窗口中的数据,并在内部缓存起来,等到窗口要输出结果的时候再取出数据进行计算

典型的批处理方式,适用于一些基于全部数据才能进行的运算等等

窗口函数(WindowFunction)

stream
 .keyBy(<key selector>)
 .window(<window assigner>)
    //基于 WindowedStream 调用.apply()方法,传入一个 WindowFunction 的实现类
 .apply(new MyWindowFunction());

WindowFunction的实现类中可以获取到包含窗口所有数据的可迭代集合(Iterable),还可以拿到窗口本身的信息

功能可以被 ProcessWindowFunction(处理窗口函数,见下) 全覆盖


处理窗口函数(ProcessWindowFunction)

增强版的 WindowFunction

基于 WindowedStream 调用.process()方法,传入一个 ProcessWindowFunction 的实现类

ProcessWindowFunction的泛型:ProcessWindowFunction<IN,OUT,KEY,W>

分别是输入数据类型,输出数据类型,分区键的类型,Window类型(比如,是时间窗口,就是TimeWindow)

process()方法的定义:

Flink窗口(2)—— Window API,Flink,大数据,flink,大数据

示例代码如下,自定义窗口处理函数来处理数据:

public class UvCountByWindowExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
        env.setParallelism(1);

        SingleOutputStreamOperator<Event> stream = env.addSource(new ClickSource())
                .assignTimestampsAndWatermarks(WatermarkStrategy.<Event>forBoundedOutOfOrderness(Duration.ZERO)
                        .withTimestampAssigner(new SerializableTimestampAssigner<Event>() {
                            @Override
                            public long extractTimestamp(Event element, long recordTimestamp) {
                                return element.timestamp;
                            }
                        }));

        // 将数据全部发往同一分区,按窗口统计UV
        stream.keyBy(data -> true)
                .window(TumblingEventTimeWindows.of(Time.seconds(10)))
                .process(new UvCountByWindow())
                .print();

        env.execute();
    }

     //自定义窗口处理函数
    public static class UvCountByWindow extends ProcessWindowFunction<Event, String, Boolean, TimeWindow>{
        @Override
        public void process(Boolean aBoolean, Context context, Iterable<Event> elements, Collector<String> out) throws Exception {
            HashSet<String> userSet = new HashSet<>();
            // 遍历所有数据,放到Set里去重
            for (Event event: elements){
                userSet.add(event.user);
            }
            // 结合窗口信息,包装输出内容
            Long start = context.window().getStart();
            Long end = context.window().getEnd();
            out.collect("窗口: " + new Timestamp(start) + " ~ " + new Timestamp(end)
                    + " 的独立访客数量是:" + userSet.size());
        }
    }


}

这里的Event是一个POJO类,ClickSource是自定义的数据源,其代码如下:
Event.java:

public class Event {
    public String user;
    public String url;
    public Long timestamp;

    public Event() {
    }

    public Event(String user, String url, Long timestamp) {
        this.user = user;
        this.url = url;
        this.timestamp = timestamp;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Event{" +
                "user='" + user + '\'' +
                ", url='" + url + '\'' +
                ", timestamp=" + new Timestamp(timestamp) +
                '}';
    }
}

ClickSource.java: 

public class ClickSource implements SourceFunction<Event> {
    // 声明一个布尔变量,作为控制数据生成的标识位
    private Boolean running = true;
    @Override
    public void run(SourceContext<Event> ctx) throws Exception {
        Random random = new Random();    // 在指定的数据集中随机选取数据
        String[] users = {"Mary", "Alice", "Bob", "Cary"};
        String[] urls = {"./home", "./cart", "./fav", "./prod?id=1", "./prod?id=2"};

        while (running) {
            ctx.collect(new Event(
                    users[random.nextInt(users.length)],
                    urls[random.nextInt(urls.length)],
                    Calendar.getInstance().getTimeInMillis()
            ));
            // 隔1秒生成一个点击事件,方便观测
            Thread.sleep(1000);
        }
    }
    @Override
    public void cancel() {
        running = false;
    }

}

增量聚合和全窗口函数的结合使用

增量聚合函数处理计算会更高效;而全窗口函数的优势在于提供了更多的信息

我们之前在调用 WindowedStream 的.reduce()和.aggregate()方法时,只是简单地直接传入了一个 ReduceFunction 或 AggregateFunction 进行增量聚合。除此之外,其实还可以传入第二个参数:一个全窗口函数,可以是 WindowFunction 或者 ProcessWindowFunction

处理机制:

基于第一个参数(增量聚合函数)来处理窗口数据,每来一个数据就做一次聚合;等到窗口需要触发计算时,则调用第二个参数(全窗口函数)的处理逻辑输出结果。需要注意的是,这里的全窗口函数就不再缓存所有数据了,而是直接将增量聚合函数的结果拿来当作了 Iterable 类型的输入。一般情况下,这时的可迭代集合中就只有一个元素了

学习课程链接:【尚硅谷】Flink1.13实战教程(涵盖所有flink-Java知识点)_哔哩哔哩_bilibili 文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-795471.html

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