Flink从入门到真香(21、Table转换DataStream及窗口)

Flink提供了Table形式和DataStream两种形式，可以根据实际情况自己选择用哪些方式来实现，但实际开发过程中可能会有需求两种形式互相转换，这里介绍下操作方法

表可以转换为DataStream或DataSet,这样自定义流处理或批处理程序就可以继续在Table API或SQL查询的结果上运行了
将表转换为DataStream或DataSet时，需要指定生成的数据类型，即要将表的每一行转换成的数据类型
表作为流式查询的结果，是动态更新的
转换有两种转换模式： 追加（Appende）模式和撤回（Retract）模式

查看执行计划

Table API提供了一种机制来解释计算表的逻辑和优化查询计划

查看执行计划，可以通过TableEnvironment.explain(table)方法或TableEnvironment.explain()方法完成，返回一个字符串，描述三个计划

优化的逻辑查询计划
优化后的逻辑查询计划
实际执行计划

val explaination: String = tableEnv.explain(resultTable)
println(explaination)

流处理和关系代数的区别

动态表（Dynamic Tables)
动态表是Flink对流数据的Table API和SQL支持的核心概念
与批处理数据的静态表不同，动态表是随时间变化的

持续查询（Continuous Query）
动态表可以像静态的批处理表 一样进行查询，查询一个动态表会产生持续查询（Continuous Query)
连续查询永远不会终止，并会生成另一个动态表
查询会不断更新其动态结果表，以反映其动态输入表上的改动

动态表和持续查询的转换过程

1） 首先输入的流会被转换为动态表，这个动态表只会一直追加
2）对动态表计算连续查询，生成新的动态表
针对之前查询的结果加一个状态，这样子就不用每次从头开始查询，提升效率

3）生成的新的动态表被转换成流然后输出

将流转换成动态表

为了处理带有关系查询的流，必须先将其转换为表
从概念上讲，流的每个数据记录，都被解释为对结果表的插入修改操作

第一个场步，读取访问日志，每来一条数据就插入一次

持续查询栗子，统计每一个用户点击了多少次

持续查询会在动态表上做计算处理，并作为结果生成新的动态表

最后一步，将动态表转换成DataStream

与常规的数据库表一样，动态表可以通过插入（insert)、更新（update）和删除（delete）更改，进行持续的修改
将动态表转换为流或将其写入外部系统时，需要对这些更改进行编码

1,仅追加流（Append-only）

• 仅通过插入（insert）更改来修改的动态表，可以直接转换为仅追加流
  2,撤回流（Retract)
• 撤回流是包含两类消息的流： 添加（add）消息和撤回（Retract）消息
  3,更新插入流（Upsert）
• Upsert流也包含两种类型的消息： Upsert消息和删除（Delete）消息。

将动态表转换成DataStream

Retract操作，每新增一个是insert+操作，撤回一个是delete - 操作，
这里当Mary第一次来的时候，会有一个insert，当Mary第二次来的时候会触发两个操作，Insert和delete，增加一个mary2， 删掉mary1

时间特性（Time Attributes)
基于时间的操作（比如Table API和SQL中的窗口操作），需要定义相关的时间语义和事件数据来源的信息
Table可以提供一个逻辑上的时间字段，用于在表处理程序中，指示时间和访问相应的时间戳
时间属性，可以是每个schema的一部分。一旦定义了时间属性，它就可以作为一个字段引用，并且可以在基于时间的操作中使用
时间属性的行为类似于常规时间戳，可以访问，并且进行计算

定义处理时间 （Processing Time)

处理时间语义下，允许表处理程序根据机器的本地时间生成结果。他是时间最简单的概念，既不需要提取时间戳，也不需要生成watermark

几种定义的方法：
1、由DataStream转换成表时指定（最简单的一种）

在定义schema期间，可以使用.proctime，指定字段名定义处理时间字段
这个proctime属性只能通过附加逻辑字段，来拓展物理schema，因此只能在schema定义的末尾定义它

val sensorTables = tableEnv.fromDataStream(dataStream, 'id,'temperature,'timestamp, 'pt.proctime)

增加pom.xml

<dependency>
    <groupId>org.apache.flink</groupId>
    <artifactId>flink-table-planner-blink_2.12</artifactId>
    <version>1.10.1</version>
</dependency>

栗子：

package com.mafei.apitest.tabletest

import com.mafei.sinktest.SensorReadingTest5
import org.apache.flink.streaming.api.TimeCharacteristic
import org.apache.flink.streaming.api.scala._
import org.apache.flink.table.api._
import org.apache.flink.table.api.scala._
import org.apache.flink.types.Row

object TimeAndWindowTest {
  def main(args: Array[String]): Unit = {
    val env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
    env.setParallelism(1) //设置1个并发

    //设置处理时间为流处理的时间
    env.setStreamTimeCharacteristic(TimeCharacteristic.ProcessingTime)

    val inputStream = env.readTextFile("/opt/java2020_study/maven/flink1/src/main/resources/sensor.txt")
    //先转换成样例类类型
    val dataStream = inputStream
      .map(data => {
        val arr = data.split(",") //按照,分割数据，获取结果
        SensorReadingTest5(arr(0), arr(1).toLong, arr(2).toDouble) //生成一个传感器类的数据，参数中传toLong和toDouble是因为默认分割后是字符串类别
      })

    //设置环境信息（可以不用）
    val settings = EnvironmentSettings.newInstance()
      .useBlinkPlanner() // Flink 10的时候默认是用的useOldPlanner 11就改为了BlinkPlanner
      .inStreamingMode()
      .build()

    // 设置flink table运行环境
    val tableEnv = StreamTableEnvironment.create(env, settings)

    //流转换成表
    val sensorTables = tableEnv.fromDataStream(dataStream, 'id, 'timestamp,'temperature,'pt.proctime)

    sensorTables.printSchema()

    sensorTables.toAppendStream[Row].print()

    env.execute()

  }
}

代码结构及运行效果：

第二种，定义处理时间（Processing Time)

val filePath = "/opt/java2020_study/maven/flink1/src/main/resources/sensor.txt"
tableEnv.connect(new FileSystem().path(filePath))
  .withFormat(new Csv()) //因为txt里头是以，分割的跟csv一样，所以可以用oldCsv
  .withSchema(new Schema() //这个表结构要跟你txt中的内容对的上
    .field("id", DataTypes.STRING())
    .field("timestamp", DataTypes.BIGINT())
    .field("tem", DataTypes.DOUBLE())
    .field("pt", DataTypes.TIMESTAMP(3))
    .proctime()   //需要注意，只有输出的sink目标里面实现了DefineRowTimeAttributes才能用，否则会报错，文件中不能，但kafka中是可以用的
  ).createTemporaryTable("inputTable")

第三种，定义处理时间（Processing Time)另一种实现，必须使用blink引擎

val sinkDDlL: String =
  """
    |create table dataTable(
    | id varchar(20) not null
    | ts bigint,
    | temperature double,
    | pt AS PROCTIME()
    |) with (
    | 'connector.type' = 'filesystem',
    | 'connector.path' = '/sensor.txt',
    | 'format.type' = 'csv'
    |)
    |""".stripMargin
tableEnv.sqlUpdate(sinkDDlL)

定义事件时间（Event Time)

这种就不是flink从本地取处理时间了，而是取事件中的时间来处理
事件时间语义，允许表处理程序根据每个记录中包含的时间生成结果。这样子即使在乱序事件或者延迟事件时，也可以获得正确的结果。
为了处理无序事件，并区分流中的准时和迟到事件；Flink需要从事件数据中，提取时间戳，并用来推进事件时间的进展
定义事件时间有3种方式
第一种，由DataStream转换成表时指定
在DataStream转换成Table，使用rowtime可以定义事件时间属性

    //先转换成样例类类型
val dataStream = inputStream
  .map(data => {
    val arr = data.split(",") //按照,分割数据，获取结果
    SensorReadingTest5(arr(0), arr(1).toLong, arr(2).toDouble) //生成一个传感器类的数据，参数中传toLong和toDouble是因为默认分割后是字符串类别
  }).assignTimestampsAndWatermarks(new BoundedOutOfOrdernessTimestampExtractor[SensorReadingTest5](Time.seconds(1000L)) {
  override def extractTimestamp(t: SensorReadingTest5): Long =t.timestamp * 1000L
}) //指定watermark

    //流转换成表，指定处理时间-上面的实现方式
//    val sensorTables = tableEnv.fromDataStream(dataStream, 'id, 'timestamp,'temperature,'pt.proctime)

    //将DataStream转换为Table，并指定事件时间字段
    val sensorTables = tableEnv.fromDataStream(dataStream, 'id, 'timestamp.proctime,'temperature)
    //将DataStream转换为Table，并指定事件时间字段-直接追加字段
    val sensorTables = tableEnv.fromDataStream(dataStream,"id","temperature","timestamp","rt".rowtime)

第二种，定义Table Schema时指定

val filePath = "/opt/java2020_study/maven/flink1/src/main/resources/sensor.txt"
tableEnv.connect(new FileSystem().path(filePath))
  .withFormat(new Csv()) //因为txt里头是以，分割的跟csv一样，所以可以用oldCsv
  .withSchema(new Schema() //这个表结构要跟你txt中的内容对的上
    .field("id", DataTypes.STRING())
    .field("tem", DataTypes.DOUBLE())
    .rowtime(
      new Rowtime()
        .timestampsFromField("timestamp") //从数据字段中提取时间戳
        .watermarksPeriodicBounded(2000) //watermark延迟2秒

    )

  ).createTemporaryTable("inputTable")

在创建表的DDL中定义

//在创建表的DDL中定义
  val sinkDDlL: String =
    """
      |create table dataTable(
      | id varchar(20) not null
      | ts bigint,
      | temperature double,
      | rt AS TO_TIMESTAMP( FROM_UNIXTIME(ts)),
      | watermark for rt as rt - interval '1' second   //基于ts减去1秒生成watermark，也就是watermark的窗口时1秒
      |) with (
      | 'connector.type' = 'filesystem',
      | 'connector.path' = '/sensor.txt',
      | 'format.type' = 'csv'
      |)
      |""".stripMargin
  tableEnv.sqlUpdate(sinkDDlL)

Flink 窗口

时间语义需要配合窗口操作才能发挥真正的作用，
在Table ApI和SQL中，主要有两种窗口

Group Windows (分组窗口）

先定义组长什么样子,在根据key进行groupby,最后一步执行聚合函数

根据时间或行计数间隔，将行聚合到有限的组（Group）中，并对每个组的数据执行一次聚合函数

Group Windows是使用window(w:GroupWindow)子句定义的,并且必须由as子句制定一个别名.
为了按照窗口对表进行分组,窗口的别名必须在group by子句中,像常规的分组字段一样引用
val table = input
.window([w;: GroupWindow] as 'w) //定义窗口,别名为w
.groupBy('w,'a) //按照字段a和窗口w分组
.select('a,'b.sum) //聚合操作

Table API提供了一组具有特定语义的预定义window类,这些类会被转换为底层DataStream或DataSet的窗口操作

滚动窗口(Tumbling windows)

滚动窗口要用Tumble类来定义

//定义事件时间的滚动窗口(Tumbling Event-time window
.window(Tumble over 10.minutes on 'rowtime as 'w)

//定义处理时间的滚动窗口(Tumbling Processing-time window)
.window(Tumble over 10.minutes on 'proctime as 'w)

//定义数据数量的滚动窗口(Tumbling Row-count window)
.window(Tumble over 10.rows on 'proctime as 'w)

滑动窗口(Sliding windows)

10分钟一个滑动窗口,每5分钟滑动一次
//Sliding Event-time window
.window(Slide over 10.minutes every 5.minutes on 'rowtime as 'w)

//Sliding Processing-time window
.window(Slide over 10.minutes every 5.minutes on 'proctime as 'w)

//Sliding Row-count window
.window(Slide over 10.minutes every 5.rows on 'proctime as 'w)

会话窗口(Session windows)

会话窗口要用Session类来定义

//Sesion Evnet-time Window
.window(Session withGap 10.minutes on 'rowtime as 'w)

//Session Processing-time Window
.window(Session withGap 10.minutes on 'procetime as 'w)

SQL中的Group Windows

Group Windows定义在SQL查询的Group By子句中
TUMBLE(time_attr, interval)
定义一个滚动窗口,第一个参数是时间字段,第二个参数是窗口长度

HOP(time_attr,interval,interval)
定义的一个滑动窗口,第一个参数是时间字段,第二个参数是窗口滑动步长,第三个是窗口长度
SESSION(time_attr, interval)
定义一个会话窗口,第一个参数是时间字段,第二个参数是窗口间隔

Over Windows

针对每个输入行，计算相邻行范围内的聚合