Flink教程（11）- Flink高级API（Window）-阿里云开发者社区

Flink教程（11）- Flink高级API（Window）

2023-11-20 103

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本文涉及的产品

实时计算 Flink 版，5000CU*H 3个月

简介： Flink教程（11）- Flink高级API（Window）

01 引言

在前面的博客，我们已经对Flink批流一体API的使用有了一定的了解了，有兴趣的同学可以参阅下：

在前面的教程，我们知道Flink的四大基石十分重要，如下图，本文先讲解下Window：

02 Window

流计算中一般在对流数据进行操作之前都会先进行开窗，即基于一个什么样的窗口上做这个计算，Flink提供了开箱即用的各种窗口，比如滑动窗口、滚动窗口、会话窗口以及非常灵活的自定义的窗口。

2.1 为什么需要Window？

在流处理应用中，数据是连续不断的，有时我们需要做一些聚合类的处理，例如：在过去的1分钟内有多少用户点击了我们的网页。

在这种情况下，我们必须定义一个窗口(window)，用来收集最近1分钟内的数据，并对这个窗口内的数据进行计算。

2.2 Window分类

2.2.1 按照time和count分类

时间窗口（time-window） ：根据时间划分窗口,如:每xx分钟统计最近xx分钟的数据
数量窗口（count-window）：根据数量划分窗口,如:每xx个数据统计最近xx个数据

2.2.2 按照slide和size分类

窗口有两个重要的属性，窗口大小size和滑动间隔slide，根据它们的大小关系可分为:

滚动窗口（tumbling-window）: size=slide，比如: 每隔10s统计最近10s的数据
滑动窗口（sliding-window）：size>slide，比如:每隔5s统计最近10s的数据

注意：当size<slide的时候,如每隔15s统计最近10s的数据,那么中间5s的数据会丢失,所有开发中不用。

2.2.3 总结

按照上面窗口的分类方式进行组合，可以得出如下的窗口:

分类	使用频率
基于时间的滚动窗口：`tumbling-time-window`	用的较多
基于时间的滑动窗口：`sliding-time-window`	用的较多
基于数量的滚动窗口：`tumbling-count-window`	用的较少
基于数量的滑动窗口：`sliding-count-window`	用的较少

注意：Flink还支持一个特殊的窗口，即 Session会话窗口，需要设置一个会话超时时间，如30s：则表示30s内没有数据到来,则触发上个窗口的计算。

2.3 Window API

2.3.1 window和windowAll

何时使用：

使用keyby的流，应该使用window方法
未使用keyby的流，应该调用windowAll方法

2.3.2 WindowAssigner

window/windowAll 方法接收的输入是一个 WindowAssigner， WindowAssigner负责将每条输入的数据分发到正确的 window中，Flink提供了很多各种场景用的WindowAssigner：

如果需要自己定制数据分发策略，则可以实现一个 class，继承自WindowAssigner。

2.3.3 evictor

evictor 主要用于做一些数据的自定义操作，可以在执行用户代码之前，也可以在执行用户代码之后，更详细的描述可以参考org.apache.flink.streaming.api.windowing.evictors.Evictor 的 evicBefore 和 evicAfter两个方法。

Flink 提供了如下三种通用的 evictor：

CountEvictor 保留指定数量的元素
TimeEvictor设定一个阈值 interval，删除所有不再 max_ts - interval范围内的元
素，其中 max_ts 是窗口内时间戳的最大值。
DeltaEvictor通过执行用户给定的 DeltaFunction 以及预设的theshold，判断是否删除一个元素。

2.3.4 trigger

trigger 用来判断一个窗口是否需要被触发，每个 WindowAssigner 都自带一个默认的trigger，如果默认的trigger不能满足你的需求，则可以自定义一个类，继承自Trigger 即可，我们详细描述下 Trigger 的接口以及含义：

onElement() ：每次往 window 增加一个元素的时候都会触发
onEventTime() ：当 event-time timer 被触发的时候会调用
onProcessingTime() ：当 processing-time timer被触发的时候会调用
onMerge() ：对两个 rigger的 state 进行merge 操作
clear() ：window销毁的时候被调用

上面的接口中前三个会返回一个 TriggerResult， TriggerResult有如下几种可能的选

择：

CONTINUE 不做任何事情；
FIRE 触发window；
PURGE 清空整个 window 的元素并销毁窗口；
FIRE_AND_PURGE 触发窗口，然后销毁窗口。

2.3.5 API调用示例

source.keyBy(0)
.window(TumblingProcessingTimeWindows.of(Time.seconds(5)));
或
source.keyBy(0).
timeWindow(Time.seconds(5))

03 Window案例演示

3.1 基于时间的滚动和滑动窗口

需求1：基于时间的滚动窗口 – 每5秒钟统计一次，最近5秒钟内，各个路口通过红绿灯汽车的数量

需求2：基于时间的滑动窗口 --每5秒钟统计一次，最近10秒钟内，各个路口通过红绿灯汽车的数量

模拟数据如下（信号灯编号和通过该信号灯的车的数量）：

9,3
9,2
9,7
4,9
2,6
1,5
2,3
5,7
5,4

代码实现：

/**
 * TimeWindow
 *
 * @author : YangLinWei
 * @createTime: 2022/3/7 6:35 下午
 */
public class TimeWindow {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1.env
        StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
        //2.Source
        DataStreamSource<String> socketDS = env.socketTextStream("node1", 9999);
        //3.Transformation
        //将9,3转为CartInfo(9,3)
        SingleOutputStreamOperator<CartInfo> cartInfoDS = socketDS.map(new MapFunction<String, CartInfo>() {
            @Override
            public CartInfo map(String value) throws Exception {
                String[] arr = value.split(",");
                return new CartInfo(arr[0], Integer.parseInt(arr[1]));
            }
        });
        //分组
        //KeyedStream<CartInfo, Tuple> keyedDS = cartInfoDS.keyBy("sensorId");
        // * 需求1:每5秒钟统计一次，最近5秒钟内，各个路口/信号灯通过红绿灯汽车的数量--基于时间的滚动窗口
        //timeWindow(Time size窗口大小, Time slide滑动间隔)
        SingleOutputStreamOperator<CartInfo> result1 = cartInfoDS
                .keyBy(CartInfo::getSensorId)
                //.timeWindow(Time.seconds(5))//当size==slide,可以只写一个
                //.timeWindow(Time.seconds(5), Time.seconds(5))
                .window(TumblingProcessingTimeWindows.of(Time.seconds(5)))
                .sum("count");
        // * 需求2:每5秒钟统计一次，最近10秒钟内，各个路口/信号灯通过红绿灯汽车的数量--基于时间的滑动窗口
        SingleOutputStreamOperator<CartInfo> result2 = cartInfoDS
                .keyBy(CartInfo::getSensorId)
                //.timeWindow(Time.seconds(10), Time.seconds(5))
                .window(SlidingProcessingTimeWindows.of(Time.seconds(10), Time.seconds(5)))
                .sum("count");
        //4.Sink
        /*
        1,5
        2,5
        3,5
        4,5
        */
        //result1.print();
        result2.print();
        //5.execute
        env.execute();
    }
    @Data
    @AllArgsConstructor
    @NoArgsConstructor
    public static class CartInfo {
        private String sensorId;//信号灯id
        private Integer count;//通过该信号灯的车的数量
    }
}

3.2 基于数量的滚动和滑动窗口

需求1：基于数量的滚动窗口：统计在最近5条消息中，各自路口通过的汽车数量，相同的key每出现5次进行统计

需求2：基于数量的滑动窗口：统计在最近5条消息中，各自路口通过的汽车数量，相同的key每出现3次进行统计

示例代码如下：

/**
 * CountWindow
 *
 * @author : YangLinWei
 * @createTime: 2022/3/7 6:40 下午
 */
public class CountWindow {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1.env
        StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
        //2.Source
        DataStreamSource<String> socketDS = env.socketTextStream("node1", 9999);
        //3.Transformation
        //将9,3转为CartInfo(9,3)
        SingleOutputStreamOperator<CartInfo> cartInfoDS = socketDS.map(new MapFunction<String, CartInfo>() {
            @Override
            public CartInfo map(String value) throws Exception {
                String[] arr = value.split(",");
                return new CartInfo(arr[0], Integer.parseInt(arr[1]));
            }
        });
        //分组
        //KeyedStream<CartInfo, Tuple> keyedDS = cartInfoDS.keyBy("sensorId");
        // * 需求1:统计在最近5条消息中,各自路口通过的汽车数量,相同的key每出现5次进行统计--基于数量的滚动窗口
        //countWindow(long size, long slide)
        SingleOutputStreamOperator<CartInfo> result1 = cartInfoDS
                .keyBy(CartInfo::getSensorId)
                //.countWindow(5L, 5L)
                .countWindow(5L)
                .sum("count");
        // * 需求2:统计在最近5条消息中,各自路口通过的汽车数量,相同的key每出现3次进行统计--基于数量的滑动窗口
        //countWindow(long size, long slide)
        SingleOutputStreamOperator<CartInfo> result2 = cartInfoDS
                .keyBy(CartInfo::getSensorId)
                .countWindow(5L, 3L)
                .sum("count");
        //4.Sink
        //result1.print();
        /*
        1,1
        1,1
        1,1
        1,1
        2,1
        1,1
         */
        result2.print();
        /*
        1,1
        1,1
        2,1
        1,1
        2,1
        3,1
        4,1
         */
        //5.execute
        env.execute();
    }
    @Data
    @AllArgsConstructor
    @NoArgsConstructor
    public static class CartInfo {
        private String sensorId;//信号灯id
        private Integer count;//通过该信号灯的车的数量
    }
}

3.3 会话窗口

需求：设置会话超时时间为10s，10s内没有数据到来,则触发上个窗口的计算

示例代码如下：

/**
 * SessionWindow
 *
 * @author : YangLinWei
 * @createTime: 2022/3/7 6:42 下午
 */
public class SessionWindow {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1.env
        StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
        //2.Source
        DataStreamSource<String> socketDS = env.socketTextStream("node1", 9999);
        //3.Transformation
        //将9,3转为CartInfo(9,3)
        SingleOutputStreamOperator<CartInfo> cartInfoDS = socketDS.map(new MapFunction<String, CartInfo>() {
            @Override
            public CartInfo map(String value) throws Exception {
                String[] arr = value.split(",");
                return new CartInfo(arr[0], Integer.parseInt(arr[1]));
            }
        });
        //需求:设置会话超时时间为10s,10s内没有数据到来,则触发上个窗口的计算(前提是上一个窗口得有数据!)
        SingleOutputStreamOperator<CartInfo> result = cartInfoDS.keyBy(CartInfo::getSensorId)
                .window(ProcessingTimeSessionWindows.withGap(Time.seconds(10)))
                .sum("count");
        //4.Sink
        result.print();
        //5.execute
        env.execute();
    }
    @Data
    @AllArgsConstructor
    @NoArgsConstructor
    public static class CartInfo {
        private String sensorId;//信号灯id
        private Integer count;//通过该信号灯的车的数量
    }
}

04 文末

本文主要讲解Flink高级API之Window，谢谢大家的阅读，本文完！

Flink教程（11）- Flink高级API（Window）

01 引言

02 Window

2.1 为什么需要Window？

2.2 Window分类

2.2.1 按照time和count分类

2.2.2 按照slide和size分类

2.2.3 总结

2.3 Window API

2.3.1 window和windowAll

2.3.2 WindowAssigner

2.3.3 evictor

2.3.4 trigger

2.3.5 API调用示例

03 Window案例演示

3.1 基于时间的滚动和滑动窗口

3.2 基于数量的滚动和滑动窗口

3.3 会话窗口

04 文末

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01 引言

02 Window

2.1 为什么需要Window？

2.2 Window分类

2.2.1 按照time和count分类

2.2.2 按照slide和size分类

2.2.3 总结

2.3 Window API

2.3.1 window和windowAll

2.3.2 WindowAssigner

2.3.3 evictor

2.3.4 trigger

2.3.5 API调用示例

03 Window案例演示

3.1 基于时间的滚动和滑动窗口

3.2 基于数量的滚动和滑动窗口

3.3 会话窗口

04 文末

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