直入正题!

Flink和Spark类似,也是一种一站式处理的框架;既可以进行批处理(DataSet),也可以进行实时处理(DataStream)。

所以下面将Flink的算子分为两大类:一类是DataSet,一类是DataStream。

DataSet

一、Source算子

1. fromCollection

fromCollection:从本地集合读取数据

例:

val env = ExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
val textDataSet: DataSet[String] = env.fromCollection(
  List("1,张三""2,李四""3,王五""4,赵六")
)
2. readTextFile

readTextFile:从文件中读取:

val textDataSet: DataSet[String]  = env.readTextFile("/data/a.txt")
3. readTextFile:遍历目录

readTextFile可以对一个文件目录内的所有文件,包括所有子目录中的所有文件的遍历访问方式:

val parameters = new Configuration
// recursive.file.enumeration 开启递归
parameters.setBoolean("recursive.file.enumeration"true)
val file = env.readTextFile("/data").withParameters(parameters)
4. readTextFile:读取压缩文件

对于以下压缩类型,不需要指定任何额外的inputformat方法,flink可以自动识别并且解压。但是,压缩文件可能不会并行读取,可能是顺序读取的,这样可能会影响作业的可伸缩性。

压缩方法文件扩展名是否可并行读取
DEFLATE.deflateno
GZip.gz .gzipno
Bzip2.bz2no
XZ.xzno
val file = env.readTextFile("/data/file.gz")

二、Transform转换算子

因为Transform算子基于Source算子操作,所以首先构建Flink执行环境及Source算子,后续Transform算子操作基于此:

val env = ExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
val textDataSet: DataSet[String] = env.fromCollection(
  List("张三,1""李四,2""王五,3""张三,4")
)
1. map

将DataSet中的每一个元素转换为另外一个元素:

// 使用map将List转换为一个Scala的样例类

case class User(name: String, id: String)

val userDataSet: DataSet[User] = textDataSet.map {
  text =>
    val fieldArr = text.split(",")
    User(fieldArr(0), fieldArr(1))
}
userDataSet.print()
2. flatMap

将DataSet中的每一个元素转换为0...n个元素:

// 使用flatMap操作,将集合中的数据:
// 根据第一个元素,进行分组
// 根据第二个元素,进行聚合求值 

val result = textDataSet.flatMap(line => line)
      .groupBy(0// 根据第一个元素,进行分组
      .sum(1// 根据第二个元素,进行聚合求值
      
result.print()
3. mapPartition

将一个分区中的元素转换为另一个元素:

// 使用mapPartition操作,将List转换为一个scala的样例类

case class User(name: String, id: String)

val result: DataSet[User] = textDataSet.mapPartition(line => {
      line.map(index => User(index._1, index._2))
    })
    
result.print()
4. filter

过滤出来一些符合条件的元素,返回boolean值为true的元素:

val source: DataSet[String] = env.fromElements("java""scala""java")
val filter:DataSet[String] = source.filter(line => line.contains("java"))//过滤出带java的数据
filter.print()
5. reduce

可以对一个dataset或者一个group来进行聚合计算,最终聚合成一个元素:

// 使用 fromElements 构建数据源
val source = env.fromElements(("java"1), ("scala"1), ("java"1))
// 使用map转换成DataSet元组
val mapData: DataSet[(StringInt)] = source.map(line => line)
// 根据首个元素分组
val groupData = mapData.groupBy(_._1)
// 使用reduce聚合
val reduceData = groupData.reduce((x, y) => (x._1, x._2 + y._2))
// 打印测试
reduceData.print()
6. reduceGroup

将一个dataset或者一个group聚合成一个或多个元素
reduceGroup是reduce的一种优化方案;
它会先分组reduce,然后在做整体的reduce;这样做的好处就是可以减少网络IO:

// 使用 fromElements 构建数据源
val source: DataSet[(StringInt)] = env.fromElements(("java"1), ("scala"1), ("java"1))
// 根据首个元素分组
val groupData = source.groupBy(_._1)
// 使用reduceGroup聚合
val result: DataSet[(StringInt)] = groupData.reduceGroup {
      (in: Iterator[(StringInt)], out: Collector[(StringInt)]) =>
        val tuple = in.reduce((x, y) => (x._1, x._2 + y._2))
        out.collect(tuple)
    }
// 打印测试
result.print()
7. minBy和maxBy

选择具有最小值或最大值的元素:

// 使用minBy操作,求List中每个人的最小值
// List("张三,1", "李四,2", "王五,3", "张三,4")

case class User(name: String, id: String)
// 将List转换为一个scala的样例类
val text: DataSet[User] = textDataSet.mapPartition(line => {
      line.map(index => User(index._1, index._2))
    })
    
val result = text
          .groupBy(0// 按照姓名分组
          .minBy(1)   // 每个人的最小值
8. Aggregate

在数据集上进行聚合求最值(最大值、最小值):

val data = new mutable.MutableList[(IntStringDouble)]
    data.+=((1"yuwen"89.0))
    data.+=((2"shuxue"92.2))
    data.+=((3"yuwen"89.99))
// 使用 fromElements 构建数据源
val input: DataSet[(IntStringDouble)] = env.fromCollection(data)
// 使用group执行分组操作
val value = input.groupBy(1)
            // 使用aggregate求最大值元素
            .aggregate(Aggregations.MAX2
// 打印测试
value.print()       

Aggregate只能作用于元组上

注意:
要使用aggregate,只能使用字段索引名或索引名称来进行分组groupBy(0) ,否则会报一下错误:
Exception in thread "main" java.lang.UnsupportedOperationException: Aggregate does not support grouping with KeySelector functions, yet.

9. distinct

去除重复的数据:

// 数据源使用上一题的
// 使用distinct操作,根据科目去除集合中重复的元组数据

val value: DataSet[(IntStringDouble)] = input.distinct(1)
value.print()
10. first

取前N个数:

input.first(2// 取前两个数
11. join

将两个DataSet按照一定条件连接到一起,形成新的DataSet:

// s1 和 s2 数据集格式如下:
// DataSet[(Int, String,String, Double)]

 val joinData = s1.join(s2)  // s1数据集 join s2数据集
             .where(0).equalTo(0) {     // join的条件
      (s1, s2) => (s1._1, s1._2, s2._2, s1._3)
    }
12. leftOuterJoin

左外连接,左边的Dataset中的每一个元素,去连接右边的元素

此外还有:

rightOuterJoin:右外连接,左边的Dataset中的每一个元素,去连接左边的元素

fullOuterJoin:全外连接,左右两边的元素,全部连接

下面以 leftOuterJoin 进行示例:

 val data1 = ListBuffer[Tuple2[Int,String]]()
    data1.append((1,"zhangsan"))
    data1.append((2,"lisi"))
    data1.append((3,"wangwu"))
    data1.append((4,"zhaoliu"))

val data2 = ListBuffer[Tuple2[Int,String]]()
    data2.append((1,"beijing"))
    data2.append((2,"shanghai"))
    data2.append((4,"guangzhou"))

val text1 = env.fromCollection(data1)
val text2 = env.fromCollection(data2)

text1.leftOuterJoin(text2).where(0).equalTo(0).apply((first,second)=>{
      if(second==null){
        (first._1,first._2,"null")
      }else{
        (first._1,first._2,second._2)
      }
    }).print()
13. cross

交叉操作,通过形成这个数据集和其他数据集的笛卡尔积,创建一个新的数据集

和join类似,但是这种交叉操作会产生笛卡尔积,在数据比较大的时候,是非常消耗内存的操作:

val cross = input1.cross(input2){
      (input1 , input2) => (input1._1,input1._2,input1._3,input2._2)
    }

cross.print()
14. union

联合操作,创建包含来自该数据集和其他数据集的元素的新数据集,不会去重:

val unionData: DataSet[String] = elements1.union(elements2).union(elements3)
// 去除重复数据
val value = unionData.distinct(line => line)
15. rebalance

Flink也有数据倾斜的时候,比如当前有数据量大概10亿条数据需要处理,在处理过程中可能会发生如图所示的状况:

硬核!一文学完Flink流计算常用算子(Flink算子大全)_java

这个时候本来总体数据量只需要10分钟解决的问题,出现了数据倾斜,机器1上的任务需要4个小时才能完成,那么其他3台机器执行完毕也要等待机器1执行完毕后才算整体将任务完成;所以在实际的工作中,出现这种情况比较好的解决方案就是接下来要介绍的—rebalance(内部使用round robin方法将数据均匀打散。这对于数据倾斜时是很好的选择。)

硬核!一文学完Flink流计算常用算子(Flink算子大全)_java_02

// 使用rebalance操作,避免数据倾斜
val rebalance = filterData.rebalance()
16. partitionByHash

按照指定的key进行hash分区:

val data = new mutable.MutableList[(IntLongString)]
data.+=((11L, "Hi"))
data.+=((22L, "Hello"))
data.+=((32L, "Hello world"))

val collection = env.fromCollection(data)
val unique = collection.partitionByHash(1).mapPartition{
  line =>
    line.map(x => (x._1 , x._2 , x._3))
}

unique.writeAsText("hashPartition"WriteMode.NO_OVERWRITE)
env.execute()
17. partitionByRange

根据指定的key对数据集进行范围分区:

val data = new mutable.MutableList[(IntLongString)]
data.+=((11L, "Hi"))
data.+=((22L, "Hello"))
data.+=((32L, "Hello world"))
data.+=((43L, "Hello world, how are you?"))

val collection = env.fromCollection(data)
val unique = collection.partitionByRange(x => x._1).mapPartition(line => line.map{
  x=>
    (x._1 , x._2 , x._3)
})
unique.writeAsText("rangePartition"WriteMode.OVERWRITE)
env.execute()
18. sortPartition

根据指定的字段值进行分区的排序:

val data = new mutable.MutableList[(IntLongString)]
    data.+=((11L, "Hi"))
    data.+=((22L, "Hello"))
    data.+=((32L, "Hello world"))
    data.+=((43L, "Hello world, how are you?"))

val ds = env.fromCollection(data)
    val result = ds
      .map { x => x }.setParallelism(2)
      .sortPartition(1Order.DESCENDING)//第一个参数代表按照哪个字段进行分区
      .mapPartition(line => line)
      .collect()

println(result)

三、Sink算子

1. collect

将数据输出到本地集合:

result.collect()
2. writeAsText

将数据输出到文件

Flink支持多种存储设备上的文件,包括本地文件,hdfs文件等

Flink支持多种文件的存储格式,包括text文件,CSV文件等

// 将数据写入本地文件
result.writeAsText("/data/a"WriteMode.OVERWRITE)

// 将数据写入HDFS
result.writeAsText("hdfs://node01:9000/data/a"WriteMode.OVERWRITE)

DataStream

和DataSet一样,DataStream也包括一系列的Transformation操作。

一、Source算子

Flink可以使用 StreamExecutionEnvironment.addSource(source) 来为我们的程序添加数据来源。
Flink 已经提供了若干实现好了的 source functions,当然我们也可以通过实现 SourceFunction 来自定义非并行的source或者实现 ParallelSourceFunction 接口或者扩展 RichParallelSourceFunction 来自定义并行的 source。

Flink在流处理上的source和在批处理上的source基本一致。大致有4大类:

  • 基于本地集合的source(Collection-based-source)
  • 基于文件的source(File-based-source)- 读取文本文件,即符合 TextInputFormat 规范的文件,并将其作为字符串返回
  • 基于网络套接字的source(Socket-based-source)- 从 socket 读取。元素可以用分隔符切分。
  • 自定义的source(Custom-source)

下面使用addSource将Kafka数据写入Flink为例:

如果需要外部数据源对接,可使用addSource,如将Kafka数据写入Flink, 先引入依赖:

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.apache.flink/flink-connector-kafka-0.11 -->
<dependency>
    <groupId>org.apache.flink</groupId>
    <artifactId>flink-connector-kafka-0.11_2.11</artifactId>
    <version>1.10.0</version>
</dependency>

将Kafka数据写入Flink:

val properties = new Properties()
properties.setProperty("bootstrap.servers""localhost: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")

val source = env.addSource(new FlinkKafkaConsumer011[String]("sensor"new SimpleStringSchema(), properties))

基于网络套接字的:

val source = env.socketTextStream("IP"PORT)

二、Transform转换算子

1. map

将DataSet中的每一个元素转换为另外一个元素:

dataStream.map { x => x * 2 }
2. FlatMap

采用一个数据元并生成零个,一个或多个数据元。将句子分割为单词的flatmap函数:

dataStream.flatMap { str => str.split(" ") }
3. Filter

计算每个数据元的布尔函数,并保存函数返回true的数据元。过滤掉零值的过滤器:

dataStream.filter { _ != 0 }
4. KeyBy

逻辑上将流分区为不相交的分区。具有相同Keys的所有记录都分配给同一分区。在内部,keyBy()是使用散列分区实现的。指定键有不同的方法。

此转换返回KeyedStream,其中包括使用被Keys化状态所需的KeyedStream:

dataStream.keyBy(0
5. Reduce

被Keys化数据流上的“滚动”Reduce。将当前数据元与最后一个Reduce的值组合并发出新值:

keyedStream.reduce { _ + _ }  
6. Fold

具有初始值的被Keys化数据流上的“滚动”折叠。将当前数据元与最后折叠的值组合并发出新值:

val result: DataStream[String] =  keyedStream.fold("start")((str, i) => { str + "-" + i }) 

// 解释:当上述代码应用于序列(1,2,3,4,5)时,输出结果“start-1”,“start-1-2”,“start-1-2-3”,...
7. Aggregations

在被Keys化数据流上滚动聚合。min和minBy之间的差异是min返回最小值,而minBy返回该字段中具有最小值的数据元(max和maxBy相同):

keyedStream.sum(0);

keyedStream.min(0);

keyedStream.max(0);

keyedStream.minBy(0);

keyedStream.maxBy(0);
8. Window

可以在已经分区的KeyedStream上定义Windows。Windows根据某些特征(例如,在最后5秒内到达的数据)对每个Keys中的数据进行分组。这里不再对窗口进行详解,有关窗口的完整说明,请查看这篇文章:Flink 中极其重要的 Time 与 Window 详细解析

dataStream.keyBy(0).window(TumblingEventTimeWindows.of(Time.seconds(5))); 
9. WindowAll

Windows可以在常规DataStream上定义。Windows根据某些特征(例如,在最后5秒内到达的数据)对所有流事件进行分组。

注意:在许多情况下,这是非并行转换。所有记录将收集在windowAll 算子的一个任务中。

dataStream.windowAll(TumblingEventTimeWindows.of(Time.seconds(5)))
10. Window Apply

将一般函数应用于整个窗口。

注意:如果您正在使用windowAll转换,则需要使用AllWindowFunction。

下面是一个手动求和窗口数据元的函数:

windowedStream.apply { WindowFunction }

allWindowedStream.apply { AllWindowFunction }
11. Window Reduce

将函数缩减函数应用于窗口并返回缩小的值:

windowedStream.reduce { _ + _ }
12. Window Fold

将函数折叠函数应用于窗口并返回折叠值:

val result: DataStream[String] = windowedStream.fold("start", (str, i) => { str + "-" + i }) 

// 上述代码应用于序列(1,2,3,4,5)时,将序列折叠为字符串“start-1-2-3-4-5”
13. Union

两个或多个数据流的联合,创建包含来自所有流的所有数据元的新流。注意:如果将数据流与自身联合,则会在结果流中获取两次数据元:

dataStream.union(otherStream1, otherStream2, ...)
14. Window Join

在给定Keys和公共窗口上连接两个数据流:

dataStream.join(otherStream)
    .where(<key selector>).equalTo(<key selector>)
    .window(TumblingEventTimeWindows.of(Time.seconds(3)))
    .apply (new JoinFunction () {...})
15. Interval Join

在给定的时间间隔内使用公共Keys关联两个被Key化的数据流的两个数据元e1和e2,以便e1.timestamp + lowerBound <= e2.timestamp <= e1.timestamp + upperBound

am.intervalJoin(otherKeyedStream)
    .between(Time.milliseconds(-2), Time.milliseconds(2)) 
    .upperBoundExclusive(true
    .lowerBoundExclusive(true
    .process(new IntervalJoinFunction() {...})
16. Window CoGroup

在给定Keys和公共窗口上对两个数据流进行Cogroup:

dataStream.coGroup(otherStream)
    .where(0).equalTo(1)
    .window(TumblingEventTimeWindows.of(Time.seconds(3)))
    .apply (new CoGroupFunction () {...})
17. Connect

“连接”两个保存其类型的数据流。连接允许两个流之间的共享状态:

DataStream<Integer> someStream = ... DataStream<String> otherStream = ... ConnectedStreams<IntegerString> connectedStreams = someStream.connect(otherStream)

// ... 代表省略中间操作
18. CoMap,CoFlatMap

类似于连接数据流上的map和flatMap:

connectedStreams.map(
    (_ : Int) => true,
    (_ : String) => false)connectedStreams.flatMap(
    (_ : Int) => true,
    (_ : String) => false)
19. Split

根据某些标准将流拆分为两个或更多个流:

val split = someDataStream.split(
  (num: Int) =>
    (num % 2match {
      case 0 => List("even")
      case 1 => List("odd")
    })      
20. Select

从拆分流中选择一个或多个流:

SplitStream<Integer> split;DataStream<Integer> even = split.select("even");DataStream<Integer> odd = split.select("odd");DataStream<Integer> all = split.select("even","odd")

三、Sink算子

支持将数据输出到:

  • 本地文件(参考批处理)
  • 本地集合(参考批处理)
  • HDFS(参考批处理)

除此之外,还支持:

  • sink到kafka
  • sink到mysql
  • sink到redis

下面以sink到kafka为例:

val sinkTopic = "test"

//样例类
case class Student(id: Int, name: String, addr: String, sex: String)
val mapper: ObjectMapper = new ObjectMapper()

//将对象转换成字符串
def toJsonString(TObject): String = {
    mapper.registerModule(DefaultScalaModule)
    mapper.writeValueAsString(T)
}

def main(args: Array[String]): Unit = {
    //1.创建流执行环境
    val env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
    //2.准备数据
    val dataStream: DataStream[Student] = env.fromElements(
      Student(8"xiaoming""beijing biejing""female")
    )
    //将student转换成字符串
    val studentStream: DataStream[String] = dataStream.map(student =>
      toJsonString(student) // 这里需要显示SerializerFeature中的某一个,否则会报同时匹配两个方法的错误
    )
    //studentStream.print()
    val prop = new Properties()
    prop.setProperty("bootstrap.servers""node01:9092")

    val myProducer = new FlinkKafkaProducer011[String](sinkTopic, new KeyedSerializationSchemaWrapper[String](new SimpleStringSchema()), prop)
    studentStream.addSink(myProducer)
    studentStream.print()
    env.execute("Flink add sink")
}