3. 支持的数据类型

整体来看，DataStream中支持的数据类型，Table中也是都支持的，只不过在进行转换时需要注意一些细节。（1）原子类型 在Flink中，基础数据类型（Integer、Double、String）和通用数据类型（也就是不可再拆分的数据类型）统一称作“原子类型”。原子类型的DataStream，转换之后就成了只有一列的Table，列字段（field）的数据类型可以由原子类型推断出。另外，还可以在fromDataStream()方法里增加参数，用来重新命名列字段。

StreamTableEnvironment tableEnv = ...;
DataStream<Long> stream = ...;
// 将数据流转换成动态表，动态表只有一个字段，重命名为myLong
Table table = tableEnv.fromDataStream(stream, $("myLong"));

（2）Tuple类型 当原子类型不做重命名时，默认的字段名就是“f0”，容易想到，这其实就是将原子类型看作了一元组Tuple1的处理结果。Table支持Flink中定义的元组类型Tuple，对应在表中字段名默认就是元组中元素的属性名f0、f1、f2...。所有字段都可以被重新排序，也可以提取其中的一部分字段。字段还可以通过调用表达式的as()方法来进行重命名。

StreamTableEnvironment tableEnv = ...;
DataStream<Tuple2<Long, Integer>> stream = ...;
// 将数据流转换成只包含f1字段的表
Table table = tableEnv.fromDataStream(stream, $("f1"));
// 将数据流转换成包含f0和f1字段的表，在表中f0和f1位置交换
Table table = tableEnv.fromDataStream(stream, $("f1"), $("f0"));
// 将f1字段命名为myInt，f0命名为myLong
Table table = tableEnv.fromDataStream(stream, $("f1").as("myInt"), $("f0").as("myLong"));

（3）POJO 类型 Flink也支持多种数据类型组合成的“复合类型”，最典型的就是简单Java对象（POJO 类型）。由于POJO中已经定义好了可读性强的字段名，这种类型的数据流转换成Table就显得无比顺畅了。将POJO类型的DataStream转换成Table，如果不指定字段名称，就会直接使用原始 POJO 类型中的字段名称。POJO中的字段同样可以被重新排序、提却和重命名。

StreamTableEnvironment tableEnv = ...;
DataStream<Event> stream = ...;
Table table = tableEnv.fromDataStream(stream);
Table table = tableEnv.fromDataStream(stream, $("user"));
Table table = tableEnv.fromDataStream(stream, $("user").as("myUser"), $("url").as("myUrl"));

（4）Row类型 Flink中还定义了一个在关系型表中更加通用的数据类型——行（Row），它是Table中数据的基本组织形式。Row类型也是一种复合类型，它的长度固定，而且无法直接推断出每个字段的类型，所以在使用时必须指明具体的类型信息；我们在创建Table时调用的CREATE语句就会将所有的字段名称和类型指定，这在Flink中被称为表的“模式结构”（Schema）。

4. 综合应用示例

现在，我们可以将介绍过的所有API整合起来，写出一段完整的代码。同样还是用户的一组点击事件，我们可以查询出某个用户（例如Alice）点击的url列表，也可以统计出每个用户累计的点击次数，这可以用两句SQL来分别实现。具体代码如下：

public class TableToStreamExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 获取流环境
        StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
        env.setParallelism(1);
        // 读取数据源
        SingleOutputStreamOperator<Event> eventStream = env
                .fromElements(
                        new Event("Alice", "./home", 1000L),
                        new Event("Bob", "./cart", 1000L),
                        new Event("Alice", "./prod?id=1", 5 * 1000L),
                        new Event("Cary", "./home", 60 * 1000L),
                        new Event("Bob", "./prod?id=3", 90 * 1000L),
                        new Event("Alice", "./prod?id=7", 105 * 1000L)
                );
        // 获取表环境
        StreamTableEnvironment tableEnv = StreamTableEnvironment.create(env);
        // 将数据流转换成表
tableEnv.createTemporaryView("EventTable", eventStream);
        // 查询Alice的访问url列表
        Table aliceVisitTable = tableEnv.sqlQuery("SELECT url, user FROM EventTable WHERE user = 'Alice'");
// 统计每个用户的点击次数
        Table urlCountTable = tableEnv.sqlQuery("SELECT user, COUNT(url) FROM EventTable GROUP BY user");
        // 将表转换成数据流，在控制台打印输出
        tableEnv.toDataStream(aliceVisitTable).print("alice visit");
        tableEnv.toChangelogStream(urlCountTable).print("count");
// 执行程序
        env.execute();
    }
}

三、流处理中的表 我们可以将关系型表/SQL与流处理做一个对比，如表所示。

可以看到，其实关系型表和SQL，主要就是针对批处理设计的，这和流处理有着天生的隔阂。接下来我们就来深入探讨一下流处理中表的概念。

3.1 动态表和持续查询

流处理面对的数据是连续不断的，这导致了流处理中的“表”跟我们熟悉的关系型数据库中的表完全不同；而基于表执行的查询操作，也就有了新的含义。

1. 动态表（Dynamic Tables）

当流中有新数据到来，初始的表中会插入一行；而基于这个表定义的SQL查询，就应该在之前的基础上更新结果。这样得到的表就会不断地动态变化，被称为“动态表”（Dynamic Tables）。动态表是Flink在Table API和SQL中的核心概念，它为流数据处理提供了表和SQL支持。我们所熟悉的表一般用来做批处理，面向的是固定的数据集，可以认为是“静态表”；而动态表则完全不同，它里面的数据会随时间变化。

2. 持续查询（Continuous Query）

动态表可以像静态的批处理表一样进行查询操作。由于数据在不断变化，因此基于它定义的SQL查询也不可能执行一次就得到最终结果。这样一来，我们对动态表的查询也就永远不会停止，一直在随着新数据的到来而继续执行。这样的查询就被称作“持续查询”（Continuous Query）。对动态表定义的查询操作，都是持续查询；而持续查询的结果也会是一个动态表。由于每次数据到来都会触发查询操作，因此可以认为一次查询面对的数据集，就是当前输入动态表中收到的所有数据。这相当于是对输入动态表做了一个“快照”（snapshot），当作有限数据集进行批处理；流式数据的到来会触发连续不断的快照查询，像动画一样连贯起来，就构成了“持续查询”。

持续查询的步骤如下：

（1）流（stream）被转换为动态表（dynamic table）；
（2）对动态表进行持续查询（continuous query），生成新的动态表；
（3）生成的动态表被转换成流。

这样，只要API将流和动态表的转换封装起来，我们就可以直接在数据流上执行SQL查询，用处理表的方式来做流处理了。

3.2 将流转换成动态表

为了能够使用SQL来做流处理，我们必须先把流（stream）转换成动态表。当然，之前在讲解基本API时，已经介绍过代码中的DataStream和Table如何转换；现在我们则要抛开具体的数据类型，从原理上理解流和动态表的转换过程。如果把流看作一张表，那么流中每个数据的到来，都应该看作是对表的一次插入（Insert）操作，会在表的末尾添加一行数据。因为流是连续不断的，而且之前的输出结果无法改变、只能在后面追加；所以我们其实是通过一个只有插入操作（insert-only）的更新日志（changelog）流，来构建一个表。例如，当用户点击事件到来时，就对应着动态表中的一次插入（Insert）操作，每条数据就是表中的一行；随着插入更多的点击事件，得到的动态表将不断增长。

3.3 用SQL持续查询

1. 更新（Update）查询

我们在代码中定义了一个SQL查询。

Table urlCountTable = tableEnv.sqlQuery("SELECT user, COUNT(url) as cnt FROM EventTable GROUP BY user");

当原始动态表不停地插入新的数据时，查询得到的urlCountTable会持续地进行更改。由于count数量可能会叠加增长，因此这里的更改操作可以是简单的插入（Insert），也可以是对之前数据的更新（Update）。这种持续查询被称为更新查询（Update Query），更新查询得到的结果表如果想要转换成DataStream，必须调用toChangelogStream()方法。

2. 追加（Append）查询

上面的例子中，查询过程用到了分组聚合，结果表中就会产生更新操作。如果我们执行一个简单的条件查询，结果表中就会像原始表EventTable一样，只有插入（Insert）操作了。

Table aliceVisitTable = tableEnv.sqlQuery("SELECT url, user FROM EventTable WHERE user = 'Cary'");

这样的持续查询，就被称为追加查询（Append Query），它定义的结果表的更新日志（changelog）流中只有INSERT操作。追加查询得到的结果表，转换成DataStream调用方法没有限制，可以直接用toDataStream()，也可以像更新查询一样调用toChangelogStream()。

由于窗口的统计结果是一次性写入结果表的，所以结果表的更新日志流中只会包含插入INSERT操作，而没有更新UPDATE操作。所以这里的持续查询，依然是一个追加（Append）查询。结果表result如果转换成DataStream，可以直接调用toDataStream()方法。

3.4 将动态表转换为流

与关系型数据库中的表一样，动态表也可以通过插入（Insert）、更新（Update）和删除（Delete）操作，进行持续的更改。将动态表转换为流或将其写入外部系统时，就需要对这些更改操作进行编码，通过发送编码消息的方式告诉外部系统要执行的操作。在Flink中，Table API和SQL支持三种编码方式：

仅追加（Append-only）流

仅通过插入（Insert）更改来修改的动态表，可以直接转换为“仅追加”流。这个流中发出的数据，其实就是动态表中新增的每一行。

撤回（Retract）流

撤回流是包含两类消息的流，添加（add）消息和撤回（retract）消息。具体的编码规则是：INSERT插入操作编码为add消息；DELETE删除操作编码为retract消息；而UPDATE更新操作则编码为被更改行的retract消息，和更新后行（新行）的add消息。这样，我们可以通过编码后的消息指明所有的增删改操作，一个动态表就可以转换为撤回流了。

更新插入（Upsert）流

更新插入流中只包含两种类型的消息：更新插入（upsert）消息和删除（delete）消息。所谓的“upsert”其实是“update”和“insert”的合成词，所以对于更新插入流来说，INSERT插入操作和UPDATE更新操作，统一被编码为upsert消息；而DELETE删除操作则被编码为delete消息。

需要注意的是，在代码里将动态表转换为DataStream时，只支持仅追加（append-only）和撤回（retract）流，我们调用toChangelogStream()得到的其实就是撤回流。而连接到外部系统时，则可以支持不同的编码方法，这取决于外部系统本身的特性。

四、时间属性和窗口

基于时间的操作（比如时间窗口），需要定义相关的时间语义和时间数据来源的信息。在Table API和SQL中，会给表单独提供一个逻辑上的时间字段，专门用来在表处理程序中指示时间。所以所谓的时间属性（time attributes），其实就是每个表模式结构（schema）的一部分。它可以在创建表的DDL里直接定义为一个字段，也可以在DataStream转换成表时定义。一旦定义了时间属性，它就可以作为一个普通字段引用，并且可以在基于时间的操作中使用。时间属性的数据类型为TIMESTAMP，它的行为类似于常规时间戳，可以直接访问并且进行计算。按照时间语义的不同，可以把时间属性的定义分成事件时间（event time）和处理时间（processing time）两种情况。

4.1 事件时间

事件时间属性可以在创建表DDL中定义，也可以在数据流和表的转换中定义。

1. 在创建表的DDL中定义

在创建表的DDL（CREATE TABLE语句）中，可以增加一个字段，通过WATERMARK语句来定义事件时间属性。具体定义方式如下：

CREATE TABLE EventTable(
  user STRING,
  url STRING,
  ts TIMESTAMP(3),
  WATERMARK FOR ts AS ts - INTERVAL '5' SECOND
) WITH (
  ...
);

这里我们把ts字段定义为事件时间属性，而且基于ts设置了5秒的水位线延迟。

2. 在数据流转换为表时定义

事件时间属性也可以在将DataStream 转换为表的时候来定义。我们调用fromDataStream()方法创建表时，可以追加参数来定义表中的字段结构；这时可以给某个字段加上.rowtime() 后缀，就表示将当前字段指定为事件时间属性。这个字段可以是数据中本不存在、额外追加上去的“逻辑字段”，也可以是本身固有的字段。不论那种方式，时间属性字段中保存的都是事件的时间戳（TIMESTAMP类型）。需要注意的是，这种方式只负责指定时间属性，而时间戳的提取和水位线的生成应该之前就在DataStream上定义好了。在代码中的定义方式如下：

// 方法一:
// 流中数据类型为二元组Tuple2，包含两个字段；需要自定义提取时间戳并生成水位线
DataStream<Tuple2<String, String>> stream = inputStream.assignTimestampsAndWatermarks(...);
// 声明一个额外的逻辑字段作为事件时间属性
Table table = tEnv.fromDataStream(stream, $("user"), $("url"), $("ts").rowtime());
// 方法二:
// 流中数据类型为三元组Tuple3，最后一个字段就是事件时间戳
DataStream<Tuple3<String, String, Long>> stream = inputStream.assignTimestampsAndWatermarks(...);
// 不再声明额外字段，直接用最后一个字段作为事件时间属性
Table table = tEnv.fromDataStream(stream, $("user"), $("url"), $("ts").rowtime());

4.2 处理时间

在定义处理时间属性时，必须要额外声明一个字段，专门用来保存当前的处理时间。类似地，处理时间属性的定义也有两种方式：创建表DDL中定义，或者在数据流转换成表时定义。

1. 在创建表的DDL中定义

在创建表的DDL（CREATE TABLE语句）中，可以增加一个额外的字段，通过调用系统内置的PROCTIME()函数来指定当前的处理时间属性。

CREATE TABLE EventTable(
  user STRING,
  url STRING,
  ts AS PROCTIME()
) WITH (
  ...
);

2. 在数据流转换为表时定义

处理时间属性同样可以在将DataStream 转换为表的时候来定义。我们调用fromDataStream()方法创建表时，可以用.proctime()后缀来指定处理时间属性字段。由于处理时间是系统时间，原始数据中并没有这个字段，所以处理时间属性一定不能定义在一个已有字段上，只能定义在表结构所有字段的最后，作为额外的逻辑字段出现。代码中定义处理时间属性的方法如下：

DataStream<Tuple2<String, String>> stream = ...;
// 声明一个额外的字段作为处理时间属性字段
Table table = tEnv.fromDataStream(stream, $("user"), $("url"), $("ts").proctime());

4.3 窗口（Window）

有了时间属性，接下来就可以定义窗口进行计算了。在DataStream API中提供了对不同类型的窗口进行定义和处理的接口，而在Table API和SQL中，类似的功能也都可以实现。

1. 分组窗口（Group Window，老版本）

在Flink 1.12之前的版本中，Table API和SQL提供了一组“分组窗口”（Group Window）函数，常用的时间窗口如滚动窗口、滑动窗口、会话窗口都有对应的实现；具体在SQL中就是调用TUMBLE()、HOP()、SESSION()，传入时间属性字段、窗口大小等参数就可以了。以滚动窗口为例：TUMBLE(ts, INTERVAL '1' HOUR) 这里的ts是定义好的时间属性字段，窗口大小用“时间间隔”INTERVAL来定义。在进行窗口计算时，分组窗口是将窗口本身当作一个字段对数据进行分组的，可以对组内的数据进行聚合。基本使用方式如下：

Table result = tableEnv.sqlQuery(
                      "SELECT " +
                          "user, " +
"TUMBLE_END(ts, INTERVAL '1' HOUR) as endT, " +
                          "COUNT(url) AS cnt " +
                      "FROM EventTable " +
                      "GROUP BY " +                     // 使用窗口和用户名进行分组
                          "user, " +
                          "TUMBLE(ts, INTERVAL '1' HOUR)" // 定义1小时滚动窗口
                );

分组窗口的功能比较有限，只支持窗口聚合，所以目前已经处于弃用（deprecated）的状态。

2. 窗口表值函数（Windowing TVFs，新版本）

从1.13版本开始，Flink开始使用窗口表值函数（Windowing table-valued functions， Windowing TVFs）来定义窗口。窗口表值函数是Flink定义的多态表函数（PTF），可以将表进行扩展后返回。表函数（table function）可以看作是返回一个表的函数，关于这部分内容，我们会在11.6节进行介绍。目前Flink提供了以下几个窗口TVF：

滚动窗口（Tumbling Windows）
滑动窗口（Hop Windows，跳跃窗口）
累积窗口（Cumulate Windows）
会话窗口（Session Windows，目前尚未完全支持）

窗口表值函数性能得到了优化，拥有更强大的功能，可以完全替代传统的分组窗口函数。目前窗口TVF的功能还不完善，会话窗口和很多高级功能还不支持，不过正在快速地更新完善。可以预见在未来的版本中，窗口TVF将越来越强大，将会是窗口处理的唯一入口。在SQL中的声明方式，与以前的分组窗口是类似的，直接调用TUMBLE()、HOP()、CUMULATE()就可以实现滚动、滑动和累积窗口，不过传入的参数会有所不同。下面我们就分别对这几种窗口TVF进行介绍。

（1）滚动窗口（TUMBLE）

滚动窗口在SQL中的概念与DataStream API中的定义完全一样，是长度固定、时间对齐、无重叠的窗口，一般用于周期性的统计计算。在SQL中通过调用TUMBLE()函数就可以声明一个滚动窗口，只有一个核心参数就是窗口大小（size）。在SQL中不考虑计数窗口，所以滚动窗口就是滚动时间窗口，参数中还需要将当前的时间属性字段传入；另外，窗口TVF本质上是表函数，可以对表进行扩展，所以还应该把当前查询的表作为参数整体传入。具体声明如下：

TUMBLE(TABLE EventTable, DESCRIPTOR(ts), INTERVAL '1' HOUR)