Flink教程（12）- Flink高级API（Time与Watermaker）-阿里云开发者社区

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，我们已经学习了Flink的四大基石里面的Window了，如下图，本文讲解下Time：

02 Time

在Flink的流式处理中，会涉及到时间的不同概念，如下图所示：

可以看到Time分为如下几类：

事件时间（EventTime）: 事件真真正正发生产生的时间
摄入时间（IngestionTime）: 事件到达Flink的时间
处理时间（ProcessingTime）: 事件真正被处理/计算的时间

毋庸置疑，EventTime事件时间是最为重要的，因为只要事件时间一产生就不会变化，事件时间更能反映事件的本质!

为何事件时间这么重要？

举个例子：比如在地下车库点外卖，下单的时候是11:59分，但是由于地下车库没信号，程序一直在重试提交，当走出地下车库时，已经12:05分了，这个时候，如果要统计12之前的订单金额，那么这笔交易是否应被统计？当然应该统计，因为该数据的真真正正的产生时间为11点59分，这就是时间时间了。

事件时间反映了事件的时间，因为数据可能因为网络延迟等原因，所以需要一种机制来解决一定程度上的数据乱序或延迟到底的问题！也就是我们接下来要学习的Watermaker水印机制/水位线机制。

03 Watermaker水印机制/水位线机制

3.1 Watermaker定义

Watermaker：就是给数据再额外的加的一个时间列，也就是Watermaker是个时间戳!

Watermaker计算公式（这样可以保证Watermaker水位线会一直上升(变大)，不会下降）：

Watermaker = 数据的事件时间（当前窗口的最大的事件时间） - 最大允许的延迟时间或乱序时间

3.2 Watermaker的作用

之前的窗口都是按照系统时间来触发计算的,如: [10:00:00 ~ 10:00:10) 的窗口，

一但系统时间到了10:00:10就会触发计算,那么可能会导致延迟到达的数据丢失!

那么现在有了Watermaker，窗口就可以按照Watermaker来触发计算! 也就是说Watermaker是用来触发窗口计算的！

3.3 Watermaker如何触发窗口计算

窗口计算的触发条件为:

窗口中有数据
Watermaker >= 窗口的结束时间

因为前面说到，Watermaker = 当前窗口的最大的事件时间 - 最大允许的延迟时间或乱序时间，也就是说只要不断有数据来,就可以保证Watermaker水位线是会一直上升/变大的,不会下降/减小的所以最终一定是会触发窗口计算的。

3.4 图解Watermaker

触发公式:

Watermaker >= 窗口的结束时间
Watermaker = 当前窗口的最大的事件时间 - 最大允许的延迟时间或乱序时间
当前窗口的最大的事件时间 - 最大允许的延迟时间或乱序时间 >= 窗口的结束时间
当前窗口的最大的事件时间 >= 窗口的结束时间 + 最大允许的延迟时间或乱序时间

如上图所示的窗口时间为：[10:00:00~10:10:00]，CBDA数据依次到达窗口。

情形一：假如没有Watermaker机制：B数据迟到了（最少迟到了2分钟），那么B数据就丢失了。

情形二：有了Watermaker机制，并设置最大允许的延迟时间或乱序时间为5分钟，那么：

C数据到达时，Watermaker=max（10:11:00）-5=10:06:00 < 窗口结束时间10:10:00 – 不触发条件
B数据到达时，Watermaker=max(10:11:00,10:09:00) -5=10:06:00 < 窗口结束时间10:10:00 – 不触发条件
D数据到达时，Watermaker=max(10:11:00,10:09:00，10:15:00) -5=10:10:00=窗口结束时间10:10:00 – 满足触发条件，这时候窗口才触发计算，B数据不会丢失

注意：Watermaker机制可以在一定程度上解决数据乱序后延迟到达问题，但是更严重的还是无法解决如果A数据到达窗口已经计算完毕，所以A数据还是会丢失。如果要让A数据不丢失，可以将最大允许的延迟时间或乱序时间再设置大一点，或使用后续学习的Allowed Lateness 侧道输出机制。

04 案例演示

4.1 Watermaker案例演示

需求：有订单数据,格式为: (订单ID，用户ID，时间戳/事件时间，订单金额)，要求每隔5s,计算5秒内，每个用户的订单总金额，并添加Watermaker来解决一定程度上的数据延迟和数据乱序问题。

核心API：DataStream.assignTimestampsAndWatermarks(...)

定期生成	根据特殊记录生成
显示时间驱动	数据驱动
每隔一段时间调用生成方法	每一次分配`TimeStamp`都会调用生成方法
实现`AssignerWithPeriodicWathermarks`	实现`AssignerWithPunctuatedWatermarks`

注意:一般我们都是直接使用Flink提供好的BoundedOutOfOrdernessTimestampExtractor

实现方式1：https://ci.apache.org/projects/flink/flink-docs-release-1.12/dev/event_timestamps_watermarks.html

/**
 * @author : YangLinWei
 * @createTime: 2022/3/7 11:07 下午
 * <p>
 * 模拟实时订单数据,格式为: (订单ID，用户ID，订单金额，时间戳/事件时间)
 * 要求每隔5s,计算5秒内(基于时间的滚动窗口)，每个用户的订单总金额
 * 并添加Watermaker来解决一定程度上的数据延迟和数据乱序问题。
 */
public class WatermakerDemo01 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1.env
        StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
        //2.Source
        //模拟实时订单数据(数据有延迟和乱序)
        DataStream<Order> orderDS = env.addSource(new SourceFunction<Order>() {
            private boolean flag = true;
            @Override
            public void run(SourceContext<Order> ctx) throws Exception {
                Random random = new Random();
                while (flag) {
                    String orderId = UUID.randomUUID().toString();
                    int userId = random.nextInt(3);
                    int money = random.nextInt(100);
                    //模拟数据延迟和乱序!
                    long eventTime = System.currentTimeMillis() - random.nextInt(5) * 1000;
                    ctx.collect(new Order(orderId, userId, money, eventTime));
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                }
            }
            @Override
            public void cancel() {
                flag = false;
            }
        });
        //3.Transformation
        //-告诉Flink要基于事件时间来计算!
        //env.setStreamTimeCharacteristic(TimeCharacteristic.EventTime);//新版本默认就是EventTime
        //-告诉Flnk数据中的哪一列是事件时间,因为Watermaker = 当前最大的事件时间 - 最大允许的延迟时间或乱序时间
        /*DataStream<Order> watermakerDS = orderDS.assignTimestampsAndWatermarks(
                new BoundedOutOfOrdernessTimestampExtractor<Order>(Time.seconds(3)) {//最大允许的延迟时间或乱序时间
                    @Override
                    public long extractTimestamp(Order element) {
                        return element.eventTime;
                        //指定事件时间是哪一列,Flink底层会自动计算:
                        //Watermaker = 当前最大的事件时间 - 最大允许的延迟时间或乱序时间
                    }
        });*/
        DataStream<Order> watermakerDS = orderDS
                .assignTimestampsAndWatermarks(
                        WatermarkStrategy.<Order>forBoundedOutOfOrderness(Duration.ofSeconds(3))
                                .withTimestampAssigner((event, timestamp) -> event.getEventTime())
                );
        //代码走到这里,就已经被添加上Watermaker了!接下来就可以进行窗口计算了
        //要求每隔5s,计算5秒内(基于时间的滚动窗口)，每个用户的订单总金额
        DataStream<Order> result = watermakerDS
                .keyBy(Order::getUserId)
                //.timeWindow(Time.seconds(5), Time.seconds(5))
                .window(TumblingEventTimeWindows.of(Time.seconds(5)))
                .sum("money");
        //4.Sink
        result.print();
        //5.execute
        env.execute();
    }
    @Data
    @AllArgsConstructor
    @NoArgsConstructor
    public static class Order {
        private String orderId;
        private Integer userId;
        private Integer money;
        private Long eventTime;
    }
}

运行结果：

实现方式2：

/**
 * Check
 *
 * @author : YangLinWei
 * @createTime: 2022/3/7 11:15 下午
 */
public class WatermakerDemo02 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        FastDateFormat df = FastDateFormat.getInstance("HH:mm:ss");
        //1.env
        StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
        //2.Source
        //模拟实时订单数据(数据有延迟和乱序)
        DataStreamSource<Order> orderDS = env.addSource(new SourceFunction<Order>() {
            private boolean flag = true;
            @Override
            public void run(SourceContext<Order> ctx) throws Exception {
                Random random = new Random();
                while (flag) {
                    String orderId = UUID.randomUUID().toString();
                    int userId = random.nextInt(3);
                    int money = random.nextInt(100);
                    //模拟数据延迟和乱序!
                    long eventTime = System.currentTimeMillis() - random.nextInt(5) * 1000;
                    System.out.println("发送的数据为: " + userId + " : " + df.format(eventTime));
                    ctx.collect(new Order(orderId, userId, money, eventTime));
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                }
            }
            @Override
            public void cancel() {
                flag = false;
            }
        });
        //3.Transformation
        /*DataStream<Order> watermakerDS = orderDS
                .assignTimestampsAndWatermarks(
                        WatermarkStrategy.<Order>forBoundedOutOfOrderness(Duration.ofSeconds(3))
                                .withTimestampAssigner((event, timestamp) -> event.getEventTime())
                );*/
        //开发中直接使用上面的即可
        //学习测试时可以自己实现
        DataStream<Order> watermakerDS = orderDS
                .assignTimestampsAndWatermarks(
                        new WatermarkStrategy<Order>() {
                            @Override
                            public WatermarkGenerator<Order> createWatermarkGenerator(WatermarkGeneratorSupplier.Context context) {
                                return new WatermarkGenerator<Order>() {
                                    private int userId = 0;
                                    private long eventTime = 0L;
                                    private final long outOfOrdernessMillis = 3000;
                                    private long maxTimestamp = Long.MIN_VALUE + outOfOrdernessMillis + 1;
                                    @Override
                                    public void onEvent(Order event, long eventTimestamp, WatermarkOutput output) {
                                        userId = event.userId;
                                        eventTime = event.eventTime;
                                        maxTimestamp = Math.max(maxTimestamp, eventTimestamp);
                                    }
                                    @Override
                                    public void onPeriodicEmit(WatermarkOutput output) {
                                        //Watermaker = 当前最大事件时间 - 最大允许的延迟时间或乱序时间
                                        Watermark watermark = new Watermark(maxTimestamp - outOfOrdernessMillis - 1);
                                        System.out.println("key:" + userId + ",系统时间:" + df.format(System.currentTimeMillis()) + ",事件时间:" + df.format(eventTime) + ",水印时间:" + df.format(watermark.getTimestamp()));
                                        output.emitWatermark(watermark);
                                    }
                                };
                            }
                        }.withTimestampAssigner((event, timestamp) -> event.getEventTime())
                );
        //代码走到这里,就已经被添加上Watermaker了!接下来就可以进行窗口计算了
        //要求每隔5s,计算5秒内(基于时间的滚动窗口)，每个用户的订单总金额
       /* DataStream<Order> result = watermakerDS
                 .keyBy(Order::getUserId)
                //.timeWindow(Time.seconds(5), Time.seconds(5))
                .window(TumblingEventTimeWindows.of(Time.seconds(5)))
                .sum("money");*/
        //开发中使用上面的代码进行业务计算即可
        //学习测试时可以使用下面的代码对数据进行更详细的输出,如输出窗口触发时各个窗口中的数据的事件时间,Watermaker时间
        DataStream<String> result = watermakerDS
                .keyBy(Order::getUserId)
                .window(TumblingEventTimeWindows.of(Time.seconds(5)))
                //把apply中的函数应用在窗口中的数据上
                //WindowFunction<IN, OUT, KEY, W extends Window>
                .apply(new WindowFunction<Order, String, Integer, TimeWindow>() {
                    @Override
                    public void apply(Integer key, TimeWindow window, Iterable<Order> input, Collector<String> out) throws Exception {
                        //准备一个集合用来存放属于该窗口的数据的事件时间
                        List<String> eventTimeList = new ArrayList<>();
                        for (Order order : input) {
                            Long eventTime = order.eventTime;
                            eventTimeList.add(df.format(eventTime));
                        }
                        String outStr = String.format("key:%s,窗口开始结束:[%s~%s),属于该窗口的事件时间:%s",
                                key.toString(), df.format(window.getStart()), df.format(window.getEnd()), eventTimeList);
                        out.collect(outStr);
                    }
                });
        //4.Sink
        result.print();
        //5.execute
        env.execute();
    }
    @Data
    @AllArgsConstructor
    @NoArgsConstructor
    public static class Order {
        private String orderId;
        private Integer userId;
        private Integer money;
        private Long eventTime;
    }
}

运行结果：

4.2 Watermaker案例演示

需求：有订单数据,格式为: (订单ID，用户ID，时间戳/事件时间，订单金额)

要求每隔5s,计算5秒内，每个用户的订单总金额并添加Watermaker来解决一定程度上的数据延迟和数据乱序问题。并使用OutputTag+allowedLateness解决数据丢失问题。

API：

示例代码：

/**
 * allowedLateness
 *
 * @author : YangLinWei
 * @createTime: 2022/3/7 11:18 下午
 */
public class WatermakerDemo03 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1.env
        StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
        //2.Source
        //模拟实时订单数据(数据有延迟和乱序)
        DataStreamSource<Order> orderDS = env.addSource(new SourceFunction<Order>() {
            private boolean flag = true;
            @Override
            public void run(SourceContext<Order> ctx) throws Exception {
                Random random = new Random();
                while (flag) {
                    String orderId = UUID.randomUUID().toString();
                    int userId = random.nextInt(3);
                    int money = random.nextInt(100);
                    //模拟数据延迟和乱序!
                    long eventTime = System.currentTimeMillis() - random.nextInt(10) * 1000;
                    ctx.collect(new Order(orderId, userId, money, eventTime));
                    //TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                }
            }
            @Override
            public void cancel() {
                flag = false;
            }
        });
        //3.Transformation
        DataStream<Order> watermakerDS = orderDS
                .assignTimestampsAndWatermarks(
                        WatermarkStrategy.<Order>forBoundedOutOfOrderness(Duration.ofSeconds(3))
                                .withTimestampAssigner((event, timestamp) -> event.getEventTime())
                );
        //代码走到这里,就已经被添加上Watermaker了!接下来就可以进行窗口计算了
        //要求每隔5s,计算5秒内(基于时间的滚动窗口)，每个用户的订单总金额
        OutputTag<Order> outputTag = new OutputTag<>("Seriouslylate", TypeInformation.of(Order.class));
        SingleOutputStreamOperator<Order> result = watermakerDS
                .keyBy(Order::getUserId)
                //.timeWindow(Time.seconds(5), Time.seconds(5))
                .window(TumblingEventTimeWindows.of(Time.seconds(5)))
                .allowedLateness(Time.seconds(5))
                .sideOutputLateData(outputTag)
                .sum("money");
        DataStream<Order> result2 = result.getSideOutput(outputTag);
        //4.Sink
        result.print("正常的数据和迟到不严重的数据");
        result2.print("迟到严重的数据");
        //5.execute
        env.execute();
    }
    @Data
    @AllArgsConstructor
    @NoArgsConstructor
    public static class Order {
        private String orderId;
        private Integer userId;
        private Integer money;
        private Long eventTime;
    }
}

运行结果：

05 文末

本文主要讲解了Time和Watermaker的原理与用法，谢谢大家的阅读，本文完！

Flink教程（12）- Flink高级API（Time与Watermaker）

01 引言

02 Time

03 Watermaker水印机制/水位线机制

3.1 Watermaker定义

3.2 Watermaker的作用

3.3 Watermaker如何触发窗口计算

3.4 图解Watermaker

04 案例演示

4.1 Watermaker案例演示

4.2 Watermaker案例演示

05 文末

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01 引言

02 Time

03 Watermaker水印机制/水位线机制

3.1 Watermaker定义

3.2 Watermaker的作用

3.3 Watermaker如何触发窗口计算

3.4 图解Watermaker

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4.1 Watermaker案例演示

4.2 Watermaker案例演示

05 文末

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