Flink 1.13.0 sql-client 新特性及源码分析-阿里云开发者社区

在 Flink 1.13.0 版本中增加了很多新特征,具体可以参考前面一篇文章,其中很重要的一点是对 sql-client 功能做了加强,支持了初始化脚本和执行 SQL 文件,SQL 客户端是直接运行和部署 SQL 流和批处理作业的便捷方法，而无需从命令行或作为 CI 的一部分来编写任何代码,这个版本大大改进了 SQL 客户端的功能。现在，SQL 客户端和SQL 脚本都支持 Java 应用程序可用的几乎所有操作（通过编程方式从 TableEnvironment 启动查询时）。这意味着 SQL 用户在其 SQL 部署中需要粘贴的代码变的更少.由于篇幅的原因这篇文章只会介绍 SQL CLIENT -i 和 -f 两个新特性的使用以及源码分析其实现原理.

SQL Client: Init scripts and Statement Sets

这个版本极大地改进了 SQL 客户端的功能。现在 SQL Client 和 SQL 脚本都支持 Java 应用程序可用的几乎所有操作(从 TableEnvironment 以编程方式启动查询)。这意味着 SQL 用户在 SQL 部署中需要的代码少了很多。其中最核心的功能就是支持了 -i 命令用来初始化脚本,-f 命令用来执行 SQL 语句,之前的 YAML 文件这个版本不再支持了,相反更多的是通过 SQL 脚本的方式来配置会话和提交任务.

类似于下面这种方式:

sql-client.sh -i init.sql -f test.sql

准备 init.sql 和 test.sql 脚本

init.sql

-- 设置 catalog (这个目前是不支持的)
USE CATALOG myhive;
SET execution.runtime-mode=streaming;
SET pipeline.name=my_flink_job;
SET parallism.default=4;

注意 init.sql 脚本里面是不支持加注释的,官方文档上的 demo 中有通过 -- 的方式加注释,其实这个是不支持的,如果加了的话解析 init.sql 脚本的时候会直接抛出异常.另外 init.sql 初始化脚本文件支持的功能还非常多,我这里就简单的设置了几个,更多的属性可以参考官网.

使用 -i <init.sql> 选项初始化 SQL Client 会话时，初始化 SQL 文件中允许以下语句：

DDL(CREATE/DROP/ALTER),

USE CATALOG/DATABASE,

LOAD/UNLOAD MODULE,

SET command,

RESET command.

test.sql

-- sql
DROP TABLE IF EXISTS PERSON;
CREATE TABLE PERSON (
    name VARCHAR COMMENT '姓名',
    age int COMMENT '年龄',
    city VARCHAR COMMENT '所在城市',
    address VARCHAR COMMENT '家庭住址',
    money DOUBLE COMMENT '金钱',
    ts BIGINT  COMMENT '时间戳',
    t as TO_TIMESTAMP(FROM_UNIXTIME(ts/1000,'yyyy-MM-dd HH:mm:ss')),
    proctime as PROCTIME(),
    WATERMARK FOR t AS t - INTERVAL '5' SECOND
)
WITH (
    'connector' = 'kafka', -- 使用 kafka connector
    'topic' = 'test',  -- kafka topic
    'scan.startup.mode' = 'latest-offset', -- 从起始 offset 开始读取
    'properties.bootstrap.servers' = 'master:9092,storm1:9092,storm2:9092',  -- broker连接信息
    'properties.group.id' = 'jason_flink_test',
    'format' = 'json',  -- 数据源格式为 json
    'json.fail-on-missing-field' = 'false', -- 字段丢失任务不失败
    'json.ignore-parse-errors' = 'true'  -- 解析失败跳过
);
DROP TABLE IF EXISTS print_table_1;
CREATE TABLE print_table_1
(
    name string,
    age INT,
    city string
) 
WITH ('connector' = 'print');
BEGIN STATEMENT SET;
insert into print_table_1 select name,age,city from PERSON;
insert into print_table_1 select name,age,city from PERSON;
END;

test.sql 脚本里面是可以通过 -- 加注释的,并且支持执行一组 SQL 语句,也就是可以同时执行多条 SQL 语句 SQL Client 将每个 INSERT INTO 语句作为单个 Flink 作业执行。但是，由于管道的某些部分可以重复使用，因此有时不是最佳选择。SQL Client 支持 STATEMENT SET 语法来执行一组 SQL 语句。这是 Table API 中StatementSet 的等效功能。STATEMENT SET 语法包含一个或多个 INSERT INTO 语句。全面优化了STATEMENT SET 块中的所有语句，并将其作为单个 Flink 作业执行。联合优化和执行允许重用常见的中间结果，因此可以显着提高执行多个查询的效率。

STATEMENT SET 的语法格式如下:

BEGIN STATEMENT SET;
  -- one or more INSERT INTO statements
  { INSERT INTO|OVERWRITE <select_statement>; }+
END;

上面的 test.sql 脚本里面就用到了这种写法,需要注意的是 STATEMENT SET 中包含的语句必须用分号（;）分隔.我这里为了省事,直接把同一条 SQL 复制了两遍.

提交任务

现在就可以直接提交任务了

sql-client.sh -i init.sql -f test.sql
sql-client.sh -f test.sql

-i 命令是可以选的,不用初始化也可以直接使用 -f 提交任务,在这种模式下,客户端不会打开交互式终端,提交任务完成后会自动退出终端.

可以看到任务提交成功了.接下来就来看一下底层源码是怎么实现的.

源码分析

然后来深入源码分析一下实现的过程.首先从 sql-client.sh 脚本里找到执行的入口类是 org.apache.flink.table.client.SqlClient ,然后来看下 SqlClient 对象属性源码如下:

public class SqlClient {
    private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(SqlClient.class);
    // 标记是否是 embedded 模式
    private final boolean isEmbedded;
    // 提交命令选项
    private final CliOptions options;
    // 用来返回结果的
    private final Supplier<Terminal> terminalFactory;
    public static final String MODE_EMBEDDED = "embedded";
    public static final String MODE_GATEWAY = "gateway";
    public SqlClient(boolean isEmbedded, CliOptions options, Supplier<Terminal> terminalFactory) {
        this.isEmbedded = isEmbedded;
        this.options = options;
        this.terminalFactory = terminalFactory;
    }
}

SQL 客户端，用于提交 SQL 语句。客户端可以以两种模式执行：gateway 和 embedded 目前只支持 embedded 模式,并且默认也是这种模式,SqlClient 对象的属性比较简单,代码里面也都添加了注释,就不在介绍了.

接着来看 SqlClient 的 main 方法,也就是程序的入口.main 方法里面调用的是 startClient 方法,所以直接来看 startClient 方法的源码:

@VisibleForTesting
protected static void startClient(String[] args, Supplier<Terminal> terminalFactory) {
    final String mode;
    final String[] modeArgs;
    // 设置启动模式默认是 embedded
    if (args.length < 1 || args[0].startsWith("-")) {
        // mode is not specified, use the default `embedded` mode
        mode = MODE_EMBEDDED;
        modeArgs = args;
    } else {
        // mode is specified, extract the mode value and reaming args
        mode = args[0];
        // remove mode
        modeArgs = Arrays.copyOfRange(args, 1, args.length);
    }
    switch (mode) {
        case MODE_EMBEDDED:
            // 解析提交命令里的参数
            final CliOptions options = CliOptionsParser.parseEmbeddedModeClient(modeArgs);
            // 打印参数说明
            if (options.isPrintHelp()) {
                CliOptionsParser.printHelpEmbeddedModeClient();
            } else {
                try {
                    // 构建 SqlClient 对象
                    final SqlClient client = new SqlClient(true, options, terminalFactory);
                    client.start();
                } catch (SqlClientException e) {
                    // make space in terminal
                    System.out.println();
                    System.out.println();
                    LOG.error("SQL Client must stop.", e);
                    throw e;
                } catch (Throwable t) {
                    // make space in terminal
                    System.out.println();
                    System.out.println();
                    LOG.error(
                            "SQL Client must stop. Unexpected exception. This is a bug. Please consider filing an issue.",
                            t);
                    throw new SqlClientException(
                            "Unexpected exception. This is a bug. Please consider filing an issue.",
                            t);
                }
            }
            break;
        case MODE_GATEWAY:
            throw new SqlClientException("Gateway mode is not supported yet.");
        default:
            CliOptionsParser.printHelpClient();
    }
}

首先是设置模式,不管你传不传 embedded 参数,都会设置成 embedded 模式,因为目前 Gateway 模式是不支持的.然后会调用 parseEmbeddedModeClient 方法解析提交命令里面的各种参数.包括我们上面用到的 -i 和 -f 都是在这一步解析并赋值的.

public static CliOptions parseEmbeddedModeClient(String[] args) {
    try {
        DefaultParser parser = new DefaultParser();
        CommandLine line = parser.parse(EMBEDDED_MODE_CLIENT_OPTIONS, args, true);
        return new CliOptions(
                line.hasOption(CliOptionsParser.OPTION_HELP.getOpt()),
                checkSessionId(line),
                checkUrl(line, CliOptionsParser.OPTION_ENVIRONMENT),
                checkUrl(line, CliOptionsParser.OPTION_DEFAULTS),
             // 这里就是 -i
                checkUrl(line, CliOptionsParser.OPTION_INIT_FILE),
             // 这里就是 -f
                checkUrl(line, CliOptionsParser.OPTION_FILE),
                checkUrls(line, CliOptionsParser.OPTION_JAR),
                checkUrls(line, CliOptionsParser.OPTION_LIBRARY),
                line.getOptionValue(CliOptionsParser.OPTION_UPDATE.getOpt()),
                line.getOptionValue(CliOptionsParser.OPTION_HISTORY.getOpt()),
                getPythonConfiguration(line));
    } catch (ParseException e) {
        throw new SqlClientException(e.getMessage());
    }
}
public static final Option OPTION_INIT_FILE =
            Option.builder("i")
                    .required(false)
                    .longOpt("init")
                    .numberOfArgs(1)
                    .argName("initialization file")
                    .desc(
                            "Script file that used to init the session context. "
                                    + "If get error in execution, the sql client will exit. Notice it's not allowed to add query or insert into the init file.")
                    .build();
public static final Option OPTION_FILE =
            Option.builder("f")
                    .required(false)
                    .longOpt("file")
                    .numberOfArgs(1)
                    .argName("script file")
                    .desc(
                            "Script file that should be executed. In this mode, "
                                    + "the client will not open an interactive terminal.")
                    .build();

解析参数完成后会构建 SqlClient 对象,然后就可以启动 SqlClient .

private void start() {
        if (isEmbedded) {
            // create local executor with default environment
            DefaultContext defaultContext = LocalContextUtils.buildDefaultContext(options);
            // 创建执行器
            final Executor executor = new LocalExecutor(defaultContext);
            // 启动
            executor.start();
            // Open an new session
            String sessionId = executor.openSession(options.getSessionId());
            try {
                // add shutdown hook
                Runtime.getRuntime()
                        .addShutdownHook(new EmbeddedShutdownThread(sessionId, executor));
                // do the actual work
                openCli(sessionId, executor);
            } finally {
                executor.closeSession(sessionId);
            }
        } else {
            throw new SqlClientException("Gateway mode is not supported yet.");
        }
    }

接着会创建一个 LocalExecutor 对象,用于本地执行程序,然后会启动起来,真正执行 SQL 的地方是 openCli 方法,源码如下:

private void openCli(String sessionId, Executor executor) {
    Path historyFilePath;
    if (options.getHistoryFilePath() != null) {
        historyFilePath = Paths.get(options.getHistoryFilePath());
    } else {
        historyFilePath =
                Paths.get(
                        System.getProperty("user.home"),
                        SystemUtils.IS_OS_WINDOWS ? "flink-sql-history" : ".flink-sql-history");
    }
    boolean hasSqlFile = options.getSqlFile() != null;
    boolean hasUpdateStatement = options.getUpdateStatement() != null;
    if (hasSqlFile && hasUpdateStatement) {
        throw new IllegalArgumentException(
                String.format(
                        "Please use either option %s or %s. The option %s is deprecated and it's suggested to use %s instead.",
                        CliOptionsParser.OPTION_FILE,
                        CliOptionsParser.OPTION_UPDATE,
                        CliOptionsParser.OPTION_UPDATE.getOpt(),
                        CliOptionsParser.OPTION_FILE.getOpt()));
    }
    try (CliClient cli = new CliClient(terminalFactory, sessionId, executor, historyFilePath)) {
        if (options.getInitFile() != null) {
            // 执行初始化 SQL -i 参数
            boolean success = cli.executeInitialization(readFromURL(options.getInitFile()));
            if (!success) {
                System.out.println(
                        String.format(
                                "Failed to initialize from sql script: %s. Please refer to the LOG for detailed error messages.",
                                options.getInitFile()));
                return;
            } else {
                System.out.println(
                        String.format(
                                "Successfully initialized from sql script: %s",
                                options.getInitFile()));
            }
        }
        if (!hasSqlFile && !hasUpdateStatement) {
            cli.executeInInteractiveMode();
        } else {
            // 执行真正的 SQL 文件 -f
            cli.executeInNonInteractiveMode(readExecutionContent());
        }
    }
}

这个里面会先获取 historyFilePath 的路径,然后判断是否存在 -i -f 这两个文件,如果有的话会先调用 executeInitialization 执行初始化的脚本.实际调用的是 executeInitialization#executeFile 方法来执行脚本,executeFile 的源码如下:

private boolean executeFile(String content, ExecutionMode mode) {
    terminal.writer().println(CliStrings.messageInfo(CliStrings.MESSAGE_EXECUTE_FILE).toAnsi());
    for (String statement : CliStatementSplitter.splitContent(content)) {
        terminal.writer()
                .println(
                        new AttributedString(String.format("%s%s", prompt, statement))
                                .toString());
        terminal.flush();
        if (!executeStatement(statement, mode)) {
            // cancel execution when meet error or ctrl + C;
            return false;
        }
    }
    return true;
}

其实不管是 -i 还是 -f 最终都会调用 executeFile 这个方法去解析脚本里的内容并且执行,这里方法里面先调用

splitContent 方法去做解析.

public static List<String> splitContent(String content) {
    List<String> statements = new ArrayList<>();
    List<String> buffer = new ArrayList<>();
    for (String line : content.split("\n")) {
        if (isEndOfStatement(line)) {
            buffer.add(line);
            statements.add(String.join("\n", buffer));
            buffer.clear();
        } else {
            buffer.add(line);
        }
    }
    if (!buffer.isEmpty()) {
        statements.add(String.join("\n", buffer));
    }
    return statements;
}
private static boolean isEndOfStatement(String line) {
    return line.replaceAll(MASK, "").trim().endsWith(";");
}

其实就是一行一行的读取初始化脚本和 SQL 脚本里面的内容,然后放到一个 List 里面.然后循环这个 List 调用 executeStatement 方法去执行 SQL 脚本.

private boolean executeStatement(String statement, ExecutionMode executionMode) {
    try {
        final Optional<Operation> operation = parseCommand(statement);
        operation.ifPresent(op -> callOperation(op, executionMode));
    } catch (SqlExecutionException e) {
        printExecutionException(e);
        return false;
    }
    return true;
}

执行之前会先对 SQL 做一个清洗,具体逻辑在 parseCommand 方法中.

private Optional<Operation> parseCommand(String stmt) {
    // normalize
    stmt = stmt.trim();
    // remove ';' at the end
    if (stmt.endsWith(";")) {
        stmt = stmt.substring(0, stmt.length() - 1).trim();
    }
    // meet bad case, e.g ";\n"
    if (stmt.trim().isEmpty()) {
        return Optional.empty();
    }
    Operation operation = executor.parseStatement(sessionId, stmt);
    return Optional.of(operation);
}

其实就是把 SQL 后面的 ; 去掉,并在遇到 bad case 的时候返回空.然后调用 parseStatement 方法将 SQL 语句解析成 Operation,后面的过程就跟 Flink SQL 翻译成代码的过程差不多.就不在往后面跟了.

-f 参数调用的是 executeInNonInteractiveMode 方法,实际也会调用 executeFile 方法,跟 -i 的执行逻辑是一样的.这里就不再分析了.

其实在新版本中除了 -i 和 -f 外还有很多其他的功能,感兴趣的同学可以到官网查看详细内容 https://ci.apache.org/projects/flink/flink-docs-release-1.13/docs/dev/table/sqlclient/#sql-client-configuration

另外当前的 SQL Client 仅支持嵌入式模式(也就是 embedded 模式)。将来，社区计划通过提供基于 REST 的SQL 客户端网关来扩展其功能，有关更多信息，请参见 FLIP-24 和 FLIP-91。

总结

这篇文章主要介绍了 Flink 1.13.0 版本中对于 SQL Client 在初始化会话和提交 SQL 脚本方面的增强.以及结合源码分析了其实现的原理.

Flink 1.13.0 sql-client 新特性及源码分析

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