Flink流处理API代码详解含多种SourceTransformSink案例Flink学习入门二

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大家好，我是后来，我会分享我在学习和工作中遇到的点滴，希望有机会我的某篇文章能够对你有所帮助，所有的文章都会在公众号首发，欢迎大家关注我的公众号 ” 后来 X 大数据 “，感谢你的支持与认可。

又是一周没更文了，上周末回运城看牙去了，一直都在路上，太累了。说回正题，关于 flink 的入门在上一篇已经讲过了。

今天主要说一下关于 流处理的 API，这一篇所有的代码都是 scala。

那么我们还得回到上次的 WordCount 代码，Flink 程序看起来像转换数据集合的常规程序。每个程序都包含相同的基本部分：

  1. 获得 execution environment
  2. 加载 / 创建初始数据
  3. 指定对此数据的转换
  4. 指定将计算结果放在何处
  5. 触发程序执行

获取执行环境

所以要想处理数据，还得从获取执行环境来说起。StreamExecutionEnvironment 是所有 Flink 程序的基础，所以我们来获取一个执行环境。有以下 3 种静态方法

  1. getExecutionEnvironment()
  2. createLocalEnvironment()
  3. createRemoteEnvironment(host: String, port: Int, jarFiles: String*)
 // 获取上下文环境
val contextEnv = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
// 获取本地环境
val localEnv = StreamExecutionEnvironment.createLocalEnvironment(1)
// 获取集群环境
val romoteEnv = StreamExecutionEnvironment.createRemoteEnvironment("bigdata101",3456,2,"/ce.jar")

但一般来说，我们只需要使用第一种 getExecutionEnvironment()，因为 它将根据上下文执行正确的操作；也即是说，它会根据查询运行的方式决定返回什么样的运行环境，你是 IDE 执行，它会返回本地执行环境，如果你是集群执行，它会返回集群执行环境。

预定义的数据流源

好了，获取到环境之后，我们就开始获取数据源，flink 自身是支持多数据源的，首先来看几个预定义的数据流源

  • 基于文件

    1. readTextFile(path)- TextInputFormat 逐行读取文本文件，并将其作为字符串返回，只读取一次。
    2. readFile(fileInputFormat, path) - 根据 指定的文件输入格式 读取文件，只读取一次。

但事实上，上面的 2 个方法内部都是调用的 readFile(fileInputFormat, path, watchType, interval, pathFilter, typeInfo)
我们来看看源码：


我们选择其中第一个比较简单的方法进入，就看到了下图，发现其实上述的 2 种方法最终都会落到这个 readFile(fileInputFormat, path, watchType, interval, pathFilter)方法上，只不过后面的参数都是默认值了。

所以，这些参数当然也可以自己指定。好了，这个方法大家也不常用，所以就简单介绍下，有需要的小伙伴自己试试这些后面的参数。

  • 基于套接字

socketTextStream-从套接字读取 。元素可以由定界符分隔。
这里提到了套接字，这个我在终于懂了 TCP 协议为什么是可靠的，计算机基础（六）之运输层是讲过的，这里再说一下：
套接字 socket = {IP 地址：端口号}，示例：192.168.1.99：3456
代码使用如下：

val wordDS: DataStream[String] = contextEnv.socketTextStream("bigdata101",3456)

套接字是抽象的，只是为了表示 TCP 连接而存在。

  • 基于集合
  1. fromCollection(Seq)- 从 Java Java.util.Collection 创建数据流。集合中的所有元素必须具有相同的类型。
  2. fromCollection(Iterator)- 从迭代器创建数据流。该类指定迭代器返回的元素的数据类型。
  3. fromElements(elements: _*)- 从给定的对象序列创建数据流。所有对象必须具有相同的类型。
  4. fromParallelCollection(SplittableIterator)- 从迭代器并行创建数据流。该类指定迭代器返回的元素的数据类型。
  5. generateSequence(from, to) - 并行生成给定间隔中的数字序列。

这些预设的数据源使用的也不是很多，可以说是几乎不用。所以大家可以自己尝试一下。
当然注意，如果使用 fromCollection(Seq)，因为是从 Java.util.Collection 创建数据流，所以如果你是用 scala 编程，那么就需要 引入 隐式转换

import org.apache.flink.streaming.api.scala._

获取数据源 Source

大家也能发现，以上的方法几乎都是从一个固定的数据源中获取数据，适合自己测试，但在生产中肯定是不能使用的，所以我们来看看正儿八经的数据源：
官方支持的 source 与 sink 如下：

  1. Apache Kafka（源 / 接收器）
  2. Apache Cassandra（接收器）
  3. Amazon Kinesis Streams（源 / 接收器）
  4. Elasticsearch（接收器）
  5. Hadoop 文件系统（接收器）
  6. RabbitMQ（源 / 接收器）
  7. Apache NiFi（源 / 接收器）
  8. Twitter Streaming API（源）
  9. Google PubSub（源 / 接收器）

加粗的 3 个日常中比较常用的，那么也发现其实数据源只有 kafka，sink 有 ES 和 HDFS，那么我们先来说说 kafka Source，关于 Kafka 的安装部署这里就不讲了，自行 Google。我们来贴代码与分析。

Kafka Source

  1. 在 pom.xml 中导入 kafka 依赖
<dependency>
  <groupId>org.apache.flink</groupId>
  <artifactId>flink-connector-kafka-0.11_2.11</artifactId>
  <version>1.7.2</version>
</dependency>

这里就涉及到了版本的问题：大家可以根据自己的版本进行调试。但是注意：目前 flink 1.7 版本开始，通用 Kafka 连接器被视为处于 BETA 状态，并且可能不如 0.11 连接器那么稳定。所以建议大家使用flink-connector-kafka-0.11_2.11

  1. 贴测试代码
import java.util.Properties
import org.apache.flink.api.common.serialization.SimpleStringSchema
import org.apache.flink.streaming.api.scala.StreamExecutionEnvironment
import org.apache.flink.streaming.connectors.kafka. FlinkKafkaConsumer011
import org.apache.flink.streaming.api.scala._

/**
  * @description: ${kafka Source 测试}
  * @author: Liu Jun Jun
  * @create: 2020-06-10 10:56
  **/
object kafkaSource {def main(args: Array[String]): Unit = {
// 获取执行环境
    val env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment

    val properties = new Properties()
    // 配置 kafka 连接器
    properties.setProperty("bootstrap.servers", "bigdata101:9092")
    properties.setProperty("group.id", "test")
    // 设置序列化方式
    properties.setProperty("key.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer")
    properties.setProperty("value.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer")
    // 设置 offset 消费方式：可设置的参数为：earliest，latest，none
    properties.setProperty("auto.offset.reset", "latest")
    //earliest：当各分区下有已提交的 offset 时，从提交的 offset 开始消费；无提交的 offset 时，从头开始消费
    //latest：当各分区下有已提交的 offset 时，从提交的 offset 开始消费；无提交的 offset 时，消费新产生的该分区下的数据
    //none：topic 各分区都存在已提交的 offset 时，从 offset 后开始消费；只要有一个分区不存在已提交的 offset，则抛出异常

    val kafkaDS: DataStream[String] = env.addSource(new FlinkKafkaConsumer011[String](
        "test1",
        new SimpleStringSchema(),
        properties
      )
    )
    kafkaDS.print("测试：")
    env.execute("kafkaSource")
  }
}


在这个里面，要注意的是消费 offset 的方式，3 个参数的区别：

  1. 如果存在已经提交的 offest 时，不管设置为 earliest 或者 latest 都会从已经提交的 offest 处开始消费
  2. 如果不存在已经提交的 offest 时，earliest 表示从头开始消费，latest 表示从最新的数据消费, 也就是新产生的数据.
  3. none：topic 各分区都存在已提交的 offset 时，从提交的 offest 处开始消费；只要有一个分区不存在已提交的 offset，则抛出异常

关于 kafka 序列化的设置这个需要根据实际的需求配置。

上面只是简单的使用 Kafka 作为了数据源获取到了数据，至于怎么做检查点以及精准一次性消费这类共性话题，我们之后单独拿出来再讲，这次先把基本的 API 过一下

Transform 算子

说完了 Source，接下来就是 Transform，这类的算子可以说是很多了，官网写的非常全，我把链接贴在这里，大家可以直接看官网：flink 官网的转换算子介绍

而我们常用的也就是下面这些，功能能 spark 的算子可以说是几乎一样。所以我们简单看一下：

  1. Map 映射 —– 以元素为单位进行映射，会生成新的数据流；DataStream → DataStream
// 输入单词转换为（word，1）wordDS.map((_,1))
  1. FlatMap 压平，DataStream → DataStream
// 输入的一行字符串按照空格切分单词
dataStream.flatMap(_.split(" "))
  1. Filter 过滤，DataStream → DataStream
// 过滤出对 2 取余等于 0 的数字
dataStream.filter（_ % 2 == 0）
  1. KeyBy 分组
// 计算 wordCount，按照单词分组, 这里的 0 指的是 tuple 的位数，因为（word,1）这类新的流，按照 word 分组，而 word 就是第 0 位
wordDS.map((_,1)).keyBy(0)
  1. reduce 聚合
// 对上述 KeyBy 后的（word，count)做聚合，合并当前的元素和上次聚合的结果，实现了 wordCount
wordDS.map((_,1)).keyBy(0).reduce{(s1,s2) =>{(s1._1,s1._2 + s2._2)
      }
    }

关于双流 join 与窗口的算子我在下一站会着重说，这一篇先了解一些常用的简单的 API 目的就达到了。

函数

在 flink 中，对数据处理，除了上述一些简单的转换算子外，还经常碰到一些无法通过上述算子解决的问题，于是就需要我们 自定义实现 UDF 函数
关于 UDF，UDTF，UDAF
UDF：User Defined Function，用户自定义函数，一进一出
UDAF：User- Defined Aggregation Funcation 用户自定义聚合函数，多进一出
UDTF：User-Defined Table-Generating Functions，用户定义表生成函数，用来解决输入一行输出多行

UDF 函数类

其实在我们常用的算子如 map、filter 等都暴露了对应的接口，可以自定义实现：
举例如 map：

 val StuDS: DataStream[Stu] = kafkaDS.map(
 // 在内部我们可以自定义实现 MapFunction，从而实现类型的转换
      new MapFunction[ObjectNode, Stu]() {override def map(value: ObjectNode): Stu = {JSON.parseObject(value.get("value").toString, classOf[Stu])
        }
      }
    )

富函数 Rich Functions

除了上述的函数外，使用多的就还有富函数 Rich Functions，所有 Flink 函数类都有其 Rich 版本。它与常规函数的不同在于，可以获取运行环境的上下文，并拥有一些生命周期方法， open，close，getRuntimeContext，和 setRuntimeContext，所以可以实现更复杂的功能，比如累加器和计算器等。

那我们来简单实现一个累加器

累加器是具有加法运算和最终累加结果的简单结构，可在作业结束后使用。最简单的累加器是一个计数器：您可以使用 Accumulator.add(V value)方法将其递增。在工作结束时，Flink 将汇总（合并）所有部分结果并将结果发送给客户端。

import org.apache.flink.streaming.api.scala.StreamExecutionEnvironment
import org.apache.flink.api.common.accumulators.IntCounter
import org.apache.flink.api.common.functions.RichMapFunction
import org.apache.flink.configuration.Configuration

/**
  * @description: ${description}
  * @author: Liu Jun Jun
  * @create: 2020-06-12 17:55
  **/
object AccumulatorTest {def main(args: Array[String]): Unit = {
    val env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment

    import org.apache.flink.streaming.api.scala._

    val dataDS = env
        .readTextFile("input/word.txt")
      //.socketTextStream("bigdata101", 3456)


    val resultDS: DataStream[String] = dataDS.map(new RichMapFunction[String, String] {

      // 第一步：定义累加器
      private val numLines = new IntCounter

      override def open(parameters: Configuration): Unit = {super.open(parameters)
        // 注册累加器
        getRuntimeContext.addAccumulator("num-lines", this.numLines)
      }

      override def map(value: String): String = {this.numLines.add(1)
        value
      }

      override def close(): Unit = super.close()
    })
    resultDS.print("单词输入")

    val jobExecutionResult = env.execute("单词统计")
    // 输出单词个数
    println(jobExecutionResult.getAccumulatorResult("num-lines"))
  }
}

注意：这个案例中，我使用的是有限流，原因是这个累加器的值只有在最后程序的结束的时候才能打印出来，或者是可以直接在 Flink UI 中体现。

那么如何实现随时打印打印出累加器的值呢？那就需要我们自定义实现累加器了：

而实现自定义的累加器我还没写完。。。。。

Sink

那么当我们通过 flink 对数据处理结束后，要把结果数据放到相应的数据存放点，也就是 sink 了，方便后续通过接口调用做报表统计。

那么数据放哪里呢?

  1. ES
  2. redis
  3. Hbase
  4. MYSQL
  5. kafka

ES sink

关于 ES 的介绍，我也发过一篇文章，只不过是入门级别的，有需要的可以看看，贴链接如下：ES 最新版快速入门详解

来吧，贴代码，注意看其中的注释

import org.apache.flink.api.common.functions.RuntimeContext
import org.apache.flink.api.common.serialization.SimpleStringSchema
import org.apache.flink.streaming.api.datastream.DataStream
import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment
import org.apache.flink.streaming.connectors.elasticsearch.{ElasticsearchSinkFunction, RequestIndexer}
import org.apache.flink.streaming.connectors.elasticsearch6.ElasticsearchSink
import org.apache.flink.streaming.connectors.kafka.FlinkKafkaConsumer011
import org.apache.http.HttpHost
import org.elasticsearch.action.index.IndexRequest
import org.elasticsearch.client.Requests

/**
  * @description: ${description}
  * @author: Liu Jun Jun
  * @create: 2020-06-01 11:44
  **/
object flink2ES {def main(args: Array[String]): Unit = {
    // 1. 获取执行环境
    val env: StreamExecutionEnvironment =
      StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
      //2. 设置并行度为 2
    env.setParallelism(2)
    //3. 设置关于 kafka 数据源的配置，主题，节点，消费者组，序列化，消费 offset 形式
    val topic = "ctm_student"
    val properties = new java.util.Properties()
    properties.setProperty("bootstrap.servers", "bigdata101:9092")
    properties.setProperty("group.id", "consumer-group")
    properties.setProperty("key.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer")
    properties.setProperty("value.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer")
    properties.setProperty("auto.offset.reset", "latest")

    // 从 kafka 中获取数据
    val kafkaDS: DataStream[String] =
      env.addSource(new FlinkKafkaConsumer011[String](
          topic,
          new SimpleStringSchema(),
          properties) )

    // 添加 ES 连接
    val httpHosts = new java.util.ArrayList[HttpHost]()
    httpHosts.add(new HttpHost("bigdata101", 9200))
    
    // 创建 ESSink 对象，在其中对数据进行操作
    val esSinkBuilder = new ElasticsearchSink.Builder[String](httpHosts, new ElasticsearchSinkFunction[String] {def createIndexRequest(element: String): IndexRequest = {val json = new java.util.HashMap[String, String]
          json.put("data", element)

          return Requests.indexRequest()
            .index("ws")
            .`type`("readingData")
            .source(json)
        }
        // 重写 process 方法，对输入的数据进行处理，runtimeContext 为上下文环境，requestIndexer 为操作 index 的对象
     override def process(t: String, runtimeContext: RuntimeContext, requestIndexer: RequestIndexer): Unit = {

        // 在 add 方法中，参数可以为：增、删、改、行动请求
       requestIndexer.add(createIndexRequest(t))
       println("saved successfully")
      }
    })
    // 测试时这句代码一定要写，意思时：每一个请求都进行刷新
    // 否则在测试的适合，kafka 生产几条数据，但 ES 中却查不到，默认 ES 是 5000 条消息刷新一次，这就涉及到了 ES 的架构中索引的刷新频率，下面会写相应的配置。esSinkBuilder.setBulkFlushMaxActions(1)
    // 真正将数据发送到 ES 中
    kafkaDS.addSink(esSinkBuilder.build())
    // 触发执行
    env.execute()}
}

我们在上面的代码中，初步的通过 kafka 来获取数据，然后直接写到了 ES 中，但模拟的只是执行单个索引请求，我们在日常的生产中，肯定不是说一次请求刷新一次，这对 ES 来说，压力太大了，所以会有批量提交的配置。

  • bulk.flush.max.actions：刷新前要缓冲的最大操作数。

  • bulk.flush.max.size.mb：刷新前要缓冲的最大数据大小（以兆字节为单位）。

    • bulk.flush.interval.ms：刷新间隔，无论缓冲操作的数量或大小如何。

对于 ES 现在的版本，还支持配置重试临时请求错误的方式：

  • bulk.flush.backoff.enable：如果刷新的一个或多个操作由于临时原因而失败，是否对刷新执行延迟退避重试 EsRejectedExecutionException。

    • bulk.flush.backoff.type：退避延迟的类型，可以是 CONSTANT 或 EXPONENTIAL
    • bulk.flush.backoff.delay：延迟的延迟量。对于恒定的退避，这只是每次重试之间的延迟。对于指数补偿，这是初始基准延迟。
    • bulk.flush.backoff.retries：尝试尝试的退避重试次数

Redis Sink

关于 Redis 大家应该很熟悉了，我们来模拟一下数据处理结束后存入 Redis，我这里模拟的是 redis 单点。

注意：因为我们是在 IDE 中要访问远程的 redis，所以 redis 的 redis.conf 配置文件中，需要修改 2 个地方：

  1. 注释 bind 127.0.0.1，否则只能安装 redis 的本机连接，其他机器不能访问

  1. 关闭保护模式

protected-mode no

然后就可以启动 redis 啦，这里再把几个简单的命令贴一下，做到全套服务，哈哈

  • 启动 redis 服务：redis-server /usr/local/redis/redis.conf
  • 进入 redis：

进入的命令：redis-cli
指定 IP：redis-cli -h master102
redis 中文显示问题：redis-cli -h master -raw（也就是多加一个 -raw）
多个 Redis 同时启动，则需指定端口号访问 redis-cli -p 端口号

  • 关闭 redis 服务：
    1) 单实例关闭

如果还未通过客户端访问，可直接 redis-cli shutdown
如果已经进入客户端, 直接 shutdown 即可.

2) 多实例关闭

指定端口关闭 redis-cli -p 端口号 shutdown

import org.apache.flink.api.common.serialization.SimpleStringSchema
import org.apache.flink.streaming.api.datastream.DataStream
import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment
import org.apache.flink.streaming.connectors.kafka.FlinkKafkaConsumer011
import org.apache.flink.streaming.connectors.redis.RedisSink
import org.apache.flink.streaming.connectors.redis.common.config.FlinkJedisPoolConfig
import org.apache.flink.streaming.connectors.redis.common.mapper.{RedisCommand, RedisCommandDescription, RedisMapper}

/**
  * @description: ${连接单节点 redis 测试}
  * @author: Liu Jun Jun
  * @create: 2020-06-12 11:23
  **/
object flink2Redis {def main(args: Array[String]): Unit = {
    // 转换
    val env: StreamExecutionEnvironment = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
    env.setParallelism(2)

    val topic = "test1"
    val properties = new java.util.Properties()
    properties.setProperty("bootstrap.servers", "bigdata101:9092")
    properties.setProperty("group.id", "consumer-group")
    properties.setProperty("key.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer")
    properties.setProperty("value.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer")
    properties.setProperty("auto.offset.reset", "latest")

    // 从 kafka 中获取数据
    val kafkaDS: DataStream[String] =
      env.addSource(new FlinkKafkaConsumer011[String](
          topic,
          new SimpleStringSchema(),
          properties) )

    kafkaDS.print("data:")

    val conf = new FlinkJedisPoolConfig.Builder().setHost("bigdata103").setPort(6379).build()

    kafkaDS.addSink(new RedisSink[String](conf, new RedisMapper[String] {
      override def getCommandDescription: RedisCommandDescription = {new RedisCommandDescription(RedisCommand.HSET,"sensor")
      }

      override def getKeyFromData(t: String): String = {t.split(",")(0)
      }

      override def getValueFromData(t: String): String = {t.split(",")(1)
      }
    }))

    env.execute()}
}

flink to Hbase

有的时候，还需要把 Flink 处理过的数据写到 Hbase，那我们也来简单试试。

import org.apache.flink.streaming.api.scala.StreamExecutionEnvironment

/**
  * @description: ${flink to Hbase}
  * @author: Liu Jun Jun
  * @create: 2020-05-29 17:53
  **/
object flink2Hbase {def main(args: Array[String]): Unit = {
    val env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment

    import org.apache.flink.streaming.api.scala._

    val stuDS = env
        .socketTextStream("bigdata101",3456)
      .map(s => {
      // 这里我创建了一个 student 样例类，只有 name 和 age
        val stu: Array[String] = s.split(",")
        student(stu(0),stu(1).toInt)
      })
   // 这里我们模拟的比较简单，没有对数据进行处理，直接写入到 Hbase，这个 HBaseSink 是自己写的类，往下看
    val hBaseSink: HBaseSink = new HBaseSink("WordCount","info1")

    stuDS.addSink(hBaseSink)

    env.execute("app")
  }
}

case class student(name : String,age : Int)

/**
  * @description: ${封装 Hbase 连接}
  * @author: Liu Jun Jun
  * @create: 2020-06-01 14:41
  **/
import org.apache.flink.configuration.Configuration
import org.apache.flink.streaming.api.functions.sink.{RichSinkFunction, SinkFunction}
import org.apache.hadoop.hbase.{HBaseConfiguration, HConstants, TableName}
import org.apache.hadoop.hbase.client._
import org.apache.hadoop.hbase.util.Bytes

class HBaseSink(tableName: String, family: String) extends RichSinkFunction[student] {

  var conn: Connection = _
// 创建连接
  override def open(parameters: Configuration): Unit = {conn = HbaseFactoryUtil.getConn()
  }

// 调用
  override def invoke(value: student): Unit = {val t: Table = conn.getTable(TableName.valueOf(tableName))

    val put: Put = new Put(Bytes.toBytes(value.age))
    put.addColumn(Bytes.toBytes(family), Bytes.toBytes("name"), Bytes.toBytes(value.name))
    put.addColumn(Bytes.toBytes(family), Bytes.toBytes("age"), Bytes.toBytes(value.age))
    t.put(put)
    t.close()}
  override def close(): Unit = {}
}

好了，到这里 flink 的一些基本流处理 API 已经差不多说完了，但是关于 flink 特别重要的 窗口、精准一次性、状态编程、时间语义等重点还没说，所以下一篇关于 flink 的文章就再聊聊这些关键点。

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正文完
flink
发表至： flink
2020-06-17
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关于flink:基于-Flink-ML-搭建的智能运维算法服务及应用
关于flink:新特性-可以替代-Canal-的数据同步方案FlinkCDC
关于flink:Zeppelin-SDK-Flink-平台建设的基石

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