【Flink】（十一）Flink CEP 入门

写在前面：我是「云祁」，一枚热爱技术、会写诗的大数据开发猿。昵称来源于王安石诗中一句 [ 云之祁祁，或雨于渊 ] ，甚是喜欢。

写博客一方面是对自己学习的一点点总结及记录，另一方面则是希望能够帮助更多对大数据感兴趣的朋友。如果你也对 数据中台、数据建模、数据分析以及 Flink/Spark/Hadoop/数仓开发 感兴趣，可以关注我 https://blog.csdn.net/BeiisBei ，让我们一起挖掘数据的价值~

每天都要进步一点点，生命不是要超越别人，而是要超越自己！ (ง •_•)ง

文章目录

一、前言
二、Flink CEP

一、前言

什么是复杂事件处理 CEP？

简而言之，就是由一个或多个由简单事件构成的事件流通过一定的规则匹配，然后输出用户想得到的数据，满足规则的复杂事件。

特征：

目标：从有序的简单事件流中发现一些高阶特征
输入：一个或多个由简单事件构成的事件流
处理：识别简单事件之间的内在联系，多个符合一定规则的简单事件构成复杂事件
输出：满足规则的复杂事件

在这里插入图片描述
CEP 用于分析低延迟、频繁产生的不同来源的事件流。CEP 可以帮助在复杂的、不相关的事件流中找出有意义的模式和复杂的关系，以接近实时或准实时的获得通知并阻止一些行为。

CEP 支持在流上进行模式匹配，根据模式的条件不同，分为连续的条件或不连续的条件；模式的条件允许有时间的限制，当在条件范围内没有达到满足的条件时，会导致模式匹配超时。

看起来很简单，但是它有很多不同的功能：

输入的流数据，尽快产生结果
在 2 个 event 流上，基于时间进行聚合类的计算
提供实时/准实时的警告和通知
在多样的数据源中产生关联并分析模式
高吞吐、低延迟的处理

市场上有多种 CEP 的解决方案，例如 Spark、Samza、Beam 等，但他们都没有提供专门的 library 支持。但是 Flink 提供了专门的 CEP library。

二、Flink CEP

Flink 为 CEP 提供了专门的 Flink CEP library，它包含如下组件：

Event Stream
pattern 定义
pattern 检测
生成 Alert

在这里插入图片描述
首先，开发人员要在 DataStream 流上定义出模式条件，之后 Flink CEP 引擎进行模式检测，必要时生成告警。

为了使用 Flink CEP，我们需要导入依赖：

<dependency>
 <groupId>org.apache.flink</groupId>
 <artifactId>flink-cep_${scala.binary.version}</artifactId>
 <version>${flink.version}</version>
</dependency>

Event Streams

以登陆事件流为例：

case class LoginEvent(userId: String, ip: String, eventType: String, eventTime: String)

val env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
	env.setStreamTimeCharacteristic(TimeCharacteristic.EventTime)
	env.setParallelism(1)

val loginEventStream = env.fromCollection(List(
 	LoginEvent("1", "192.168.0.1", "fail", "1558430842"),
 	LoginEvent("1", "192.168.0.2", "fail", "1558430843"),
 	LoginEvent("1", "192.168.0.3", "fail", "1558430844"),
 	LoginEvent("2", "192.168.10.10", "success", "1558430845")
	)).assignAscendingTimestamps(_.eventTime.toLong)

Pattern API

每个 Pattern 都应该包含几个步骤，或者叫做 state。从一个 state 到另一个 state，通常我们需要定义一些条件，例如下列的代码：

val loginFailPattern = Pattern.begin[LoginEvent]("begin")
 .where(_.eventType.equals("fail"))
 .next("next")
 .where(_.eventType.equals("fail"))
 .within(Time.seconds(10)

每个 state 都应该有一个标示：例如.begin[LoginEvent]("begin")中的 "begin"

每个 state 都需要有一个唯一的名字，而且需要一个 filter 来过滤条件，这个过滤条件定义事件需要符合的条件，例如:

.where(_.eventType.equals("fail"))

我们也可以通过 subtype 来限制 event 的子类型：

start.subtype(SubEvent.class).where(...);

事实上，你可以多次调用 subtype 和 where 方法；而且如果 where 条件是不相关的，你可以通过 or 来指定一个单独的 filter 函数：

pattern.where(...).or(...);

之后，我们可以在此条件基础上，通过 next 或者 followedBy 方法切换到下一个state，next 的意思是说上一步符合条件的元素之后紧挨着的元素；而 followedBy 并不要求一定是挨着的元素。这两者分别称为严格近邻和非严格近邻。

val strictNext = start.next("middle")
val nonStrictNext = start.followedBy("middle")

最后，我们可以将所有的 Pattern 的条件限定在一定的时间范围内：

next.within(Time.seconds(10))

这个时间可以是 Processing Time，也可以是 Event Time。

Pattern 检测

通过一个 input DataStream 以及刚刚我们定义的 Pattern，我们可以创建一个PatternStream：

val input = ...
val pattern = ...
val patternStream = CEP.pattern(input, pattern)
val patternStream = CEP.pattern(loginEventStream.keyBy(_.userId), loginFailPattern)

一旦获得 PatternStream，我们就可以通过 select 或 flatSelect，从一个 Map 序列找到我们需要的警告信息。

select

select 方法需要实现一个 PatternSelectFunction，通过 select 方法来输出需要的警告。它接受一个 Map 对，包含 string/event，其中 key 为 state 的名字，event 则为真实的 Event。

val loginFailDataStream = patternStream
 .select((pattern: Map[String, Iterable[LoginEvent]]) => {
 val first = pattern.getOrElse("begin", null).iterator.next()
 val second = pattern.getOrElse("next", null).iterator.next()
 Warning(first.userId, first.eventTime, second.eventTime, "warning")
 })

其返回值仅为 1 条记录。

flatSelect

通过实现 PatternFlatSelectFunction，实现与 select 相似的功能。唯一的区别就是 flatSelect 方法可以返回多条记录，它通过一个 Collector[OUT]类型的参数来将要输出的数据传递到下游。

超时事件的处理

通过 within 方法，我们的 parttern 规则将匹配的事件限定在一定的窗口范围内。当有超过窗口时间之后到达的 event，我们可以通过在 select 或 flatSelect 中，实现PatternTimeoutFunction 和 PatternFlatTimeoutFunction 来处理这种情况。

val patternStream: PatternStream[Event] = CEP.pattern(input, pattern)
val outputTag = OutputTag[String]("side-output")
val result: SingleOutputStreamOperator[ComplexEvent] = patternStream.select
(outputTag){
 (pattern: Map[String, Iterable[Event]], timestamp: Long) => TimeoutEvent
()
} {
 pattern: Map[String, Iterable[Event]] => ComplexEvent()
}
val timeoutResult: DataStream<TimeoutEvent> = result.getSideOutput(outputTag)