【Flink】(05)Apache Flink 漫谈系列 —— SocketWindowWordCount 程序执行过程源码分析2

本文涉及的产品
实时计算 Flink 版,5000CU*H 3个月
简介: 【Flink】(05)Apache Flink 漫谈系列 —— SocketWindowWordCount 程序执行过程源码分析2


四、操作数据流


进行具体的转换操作:


DataStream<WordWithCount> windowCounts = text
        .flatMap(new FlatMapFunction<String, WordWithCount>() {
            @Override
            public void flatMap(String value, Collector<WordWithCount> out) {
                for (String word : value.split("\\s")) {
                    out.collect(new WordWithCount(word, 1L));
                }
            }
        })
        .keyBy("word")
        .timeWindow(Time.seconds(5), Time.seconds(1))
        .reduce(new ReduceFunction<WordWithCount>() {
            @Override
            public WordWithCount reduce(WordWithCount a, WordWithCount b) {
                return new WordWithCount(a.word, a.count + b.count);
            }
        });

这段逻辑中,对数据流做了四次操作,分别是flatMap、keyBy、timeWindow、reduce,接下来分别介绍每个转换都做了些什么操作。


4.1 flatMap 转换


flatMap的入参是一个FlatMapFunction的具体实现,功能就是将接收到的字符串,按空格切割成不同单词,然后每个单词构建一个WordWithCount实例,然后向下游转发,用于后续的数据统计。然后调用DataStream的flatMap方法,进行数据流的转换,如下:


public <R> SingleOutputStreamOperator<R> flatMap(FlatMapFunction<T, R> flatMapper) {
   TypeInformation<R> outType = TypeExtractor.getFlatMapReturnTypes(clean(flatMapper),
         getType(), Utils.getCallLocationName(), true);
   /** 根据传入的flatMapper这个Function,构建StreamFlatMap这个StreamOperator的具体子类实例 */
   return transform("Flat Map", outType, new StreamFlatMap<>(clean(flatMapper)));
}
public <R> SingleOutputStreamOperator<R> transform(String operatorName, TypeInformation<R> outTypeInfo, OneInputStreamOperator<T, R> operator) {
   /** 读取输入转换的输出类型, 如果是MissingTypeInfo, 则及时抛出异常, 终止操作 */
   transformation.getOutputType();
   OneInputTransformation<T, R> resultTransform = new OneInputTransformation<>(
         this.transformation,
         operatorName,
         operator,
         outTypeInfo,
         environment.getParallelism());
   @SuppressWarnings({ "unchecked", "rawtypes" })
   SingleOutputStreamOperator<R> returnStream = new SingleOutputStreamOperator(environment, resultTransform);
   getExecutionEnvironment().addOperator(resultTransform);
   return returnStream;
}

整个构建过程,与构建数据源的过程相似。


a、先根据传入的flatMapper这个Function构建一个StreamOperator的具体子类StreamFlatMap的实例;

b、根据a中构建的StreamFlatMap的实例,构建出OneInputTransFormation这个StreamTransformation的子类的实例;

c、再构建出DataStream的子类SingleOutputStreamOperator的实例。


除了构建出了 SingleOutputStreamOperator 这个实例为并返回外,还有代码:


getExecutionEnvironment().addOperator(resultTransform);
public void addOperator(StreamTransformation<?> transformation) {
   Preconditions.checkNotNull(transformation, "transformation must not be null.");
   this.transformations.add(transformation);
}

就是将上述构建的OneInputTransFormation的实例,添加到了StreamExecutionEnvironment的属性transformations这个类型为List。


4.2 keyBy 转换


这里的keyBy转换,入参是一个字符串”word”,意思是按照WordWithCount中的word字段进行分区操作。


public KeyedStream<T, Tuple> keyBy(String... fields) {
   return keyBy(new Keys.ExpressionKeys<>(fields, getType()));
}

先根据传入的字段名数组,以及数据流的输出数据类型信息,构建出用来描述key的ExpressionKeys的实例,ExpressionKeys有两个属性:


/** key字段的列表, FlatFieldDescriptor 描述了每个key, 在所在类型中的位置以及key自身的数据类信息 */
private List<FlatFieldDescriptor> keyFields;
/** 包含key的数据类型的类型信息, 与构造函数入参中的字段顺序一一对应 */
private TypeInformation<?>[] originalKeyTypes;


在获取key的描述之后,继续调用keyBy的重载方法:


private KeyedStream<T, Tuple> keyBy(Keys<T> keys) {
   return new KeyedStream<>(this, clean(KeySelectorUtil.getSelectorForKeys(keys,
         getType(), getExecutionConfig())));
}

这里首先构建了一个KeySelector的子类ComparableKeySelector的实例,作用就是从具体的输入实例中,提取出key字段对应的值(可能是多个key字段)组成的元组(Tuple)。


对于这里的例子,就是从每个WordWithCount实例中,提取出word字段的值。


然后构建一个KeyedStream的实例,KeyedStream也是DataStream的子类。构建过程如下:


public KeyedStream(DataStream<T> dataStream, KeySelector<T, KEY> keySelector) {
   this(dataStream, keySelector, TypeExtractor.getKeySelectorTypes(keySelector, dataStream.getType()));
}
public KeyedStream(DataStream<T> dataStream, KeySelector<T, KEY> keySelector, TypeInformation<KEY> keyType) {
   super(
      dataStream.getExecutionEnvironment(),
      new PartitionTransformation<>(
         dataStream.getTransformation(),
         new KeyGroupStreamPartitioner<>(keySelector, StreamGraphGenerator.DEFAULT_LOWER_BOUND_MAX_PARALLELISM)));
   this.keySelector = keySelector;
   this.keyType = validateKeyType(keyType);
}


在进行父类构造函数调用之前,先基于keySelector构造了一个KeyGroupStreamPartitioner的实例,再进一步构造了一个PartitionTransformation实例。


这里与flatMap的转换略有不同:


a、flatMap中,根据传入的flatMapper这个Function构建的是StreamOperator这个接口的子类的实例,而keyBy中,则是根据keySelector构建了ChannelSelector接口的子类实例;

b、keyBy中构建的StreamTransformation实例,并没有添加到StreamExecutionEnvironment的属性transformations这个列表中。


ChannelSelector只有一个接口,根据传入的数据流中的具体数据记录,以及下个节点的并行度来决定该条记录需要转发到哪个通道。


public interface ChannelSelector<T extends IOReadableWritable> {
   int[] selectChannels(T record, int numChannels);
}
    KeyGroupStreamPartitioner中该方法的实现如下:
public int[] selectChannels(
   SerializationDelegate<StreamRecord<T>> record,
   int numberOfOutputChannels) {
   K key;
   try {
      /** 通过keySelector从传入的record中提取出对应的key */
      key = keySelector.getKey(record.getInstance().getValue());
   } catch (Exception e) {
      throw new RuntimeException("Could not extract key from " + record.getInstance().getValue(), e);
   }
   /** 根据提取的key,最大并行度,以及输出通道数,决定出record要转发到的通道编号 */
   returnArray[0] = KeyGroupRangeAssignment.assignKeyToParallelOperator(key, maxParallelism, numberOfOutputChannels);
   return returnArray;
}


再进一步看一下KeyGroupRangerAssignment的assignKeyToParallelOperator方法的实现逻辑。


public static int assignKeyToParallelOperator(Object key, int maxParallelism, int parallelism) {
   return computeOperatorIndexForKeyGroup(maxParallelism, parallelism, assignToKeyGroup(key, maxParallelism));
}
public static int assignToKeyGroup(Object key, int maxParallelism) {
   return computeKeyGroupForKeyHash(key.hashCode(), maxParallelism);
}
public static int computeKeyGroupForKeyHash(int keyHash, int maxParallelism) {
   return MathUtils.murmurHash(keyHash) % maxParallelism;
}
public static int computeOperatorIndexForKeyGroup(int maxParallelism, int parallelism, int keyGroupId) {
   return keyGroupId * parallelism / maxParallelism;
}


a、先通过key的hashCode,算出maxParallelism的余数,也就是可以得到一个[0, maxParallelism)的整数;

b、在通过公式 keyGroupId * parallelism / maxParallelism ,计算出一个[0, parallelism)区间的整数,从而实现分区功能。


4.3 timeWindow 转换


这里timeWindow转换的入参是两个时间,第一个参数表示窗口长度,第二个参数表示窗口滑动的时间间隔。


public WindowedStream<T, KEY, TimeWindow> timeWindow(Time size, Time slide) {
   if (environment.getStreamTimeCharacteristic() == TimeCharacteristic.ProcessingTime) {
      return window(SlidingProcessingTimeWindows.of(size, slide));
   } else {
      return window(SlidingEventTimeWindows.of(size, slide));
   }
}


根据环境配置的数据流处理时间特征构建不同的WindowAssigner的具体实例。


WindowAssigner的功能就是对于给定的数据流中的记录,决定出该记录应该放入哪些窗口中,并提供触发器等供。默认的时间特征是ProcessingTime,所以这里会构建一个SlidingProcessingTimeWindow实例,来看下SlidingProcessingTimeWindow类的assignWindows方法的实现逻辑。


public Collection<TimeWindow> assignWindows(Object element, long timestamp, WindowAssignerContext context) {
   /** 根据传入的WindowAssignerContext获取当前处理时间 */
   timestamp = context.getCurrentProcessingTime();
   List<TimeWindow> windows = new ArrayList<>((int) (size / slide));
   /** 获取最近一次的窗口的开始时间 */
   long lastStart = TimeWindow.getWindowStartWithOffset(timestamp, offset, slide);
   /** 循环找出满足条件的所有窗口 */
   for (long start = lastStart;
      start > timestamp - size;
      start -= slide) {
      windows.add(new TimeWindow(start, start + size));
   }
   return windows;
}


看一下根据给定时间戳获取最近一次的窗口的开始时间的实现逻辑。


public static long getWindowStartWithOffset(long timestamp, long offset, long windowSize) {
   return timestamp - (timestamp - offset + windowSize) % windowSize;
}

通过一个例子来解释上述代码的逻辑。比如:


a、timestamp = 1520406257000 // 2018-03-07 15:04:17

b、offset = 0

c、windowSize = 60000

d、(timestamp - offset + windowSize) % windowSize = 17000

e、说明在时间戳 1520406257000 之前最近的窗口是在 17000 毫秒的地方

f、timestamp - (timestamp - offset + windowSize) % windowSize = 1520406240000 // 2018-03-07 15:04:00

g、这样就可以保证每个时间窗口都是从整点开始, 而offset则是由于时区等原因需要时间调整而设置。


通过上述获取WindowAssigner的子类实例后,调用window方法:


public <W extends Window> WindowedStream<T, KEY, W> window(WindowAssigner<? super T, W> assigner) {
   return new WindowedStream<>(this, assigner);
}

比keyBy转换的逻辑还简单,就是构建了一个WindowedStream实例,然后返回,就结束了。而WindowedStream是一个新的数据流,不是DataStream的子类。


WindowedStream描述一个数据流中的元素会基于key进行分组,并且对于每个key,对应的元素会被划分到多个时间窗口内。然后窗口会基于触发器,将对应窗口中的数据转发到下游节点。



相关实践学习
基于Hologres轻松玩转一站式实时仓库
本场景介绍如何利用阿里云MaxCompute、实时计算Flink和交互式分析服务Hologres开发离线、实时数据融合分析的数据大屏应用。
Linux入门到精通
本套课程是从入门开始的Linux学习课程,适合初学者阅读。由浅入深案例丰富,通俗易懂。主要涉及基础的系统操作以及工作中常用的各种服务软件的应用、部署和优化。即使是零基础的学员,只要能够坚持把所有章节都学完,也一定会受益匪浅。
目录
相关文章
|
1月前
|
存储 人工智能 大数据
The Past, Present and Future of Apache Flink
本文整理自阿里云开源大数据负责人王峰(莫问)在 Flink Forward Asia 2024 上海站主论坛开场的分享,今年正值 Flink 开源项目诞生的第 10 周年,借此时机,王峰回顾了 Flink 在过去 10 年的发展历程以及 Flink社区当前最新的技术成果,最后展望下一个十年 Flink 路向何方。
341 33
The Past, Present and Future of Apache Flink
|
3月前
|
SQL Java API
Apache Flink 2.0-preview released
Apache Flink 社区正积极筹备 Flink 2.0 的发布,这是自 Flink 1.0 发布以来的首个重大更新。Flink 2.0 将引入多项激动人心的功能和改进,包括存算分离状态管理、物化表、批作业自适应执行等,同时也包含了一些不兼容的变更。目前提供的预览版旨在让用户提前尝试新功能并收集反馈,但不建议在生产环境中使用。
943 13
Apache Flink 2.0-preview released
|
3月前
|
存储 缓存 算法
分布式锁服务深度解析:以Apache Flink的Checkpointing机制为例
【10月更文挑战第7天】在分布式系统中,多个进程或节点可能需要同时访问和操作共享资源。为了确保数据的一致性和系统的稳定性,我们需要一种机制来协调这些进程或节点的访问,避免并发冲突和竞态条件。分布式锁服务正是为此而生的一种解决方案。它通过在网络环境中实现锁机制,确保同一时间只有一个进程或节点能够访问和操作共享资源。
143 3
|
3月前
|
数据挖掘 物联网 数据处理
深入探讨Apache Flink:实时数据流处理的强大框架
在数据驱动时代,企业需高效处理实时数据流。Apache Flink作为开源流处理框架,以其高性能和灵活性成为首选平台。本文详细介绍Flink的核心特性和应用场景,包括实时流处理、强大的状态管理、灵活的窗口机制及批处理兼容性。无论在实时数据分析、金融服务、物联网还是广告技术领域,Flink均展现出巨大潜力,是企业实时数据处理的理想选择。随着大数据需求增长,Flink将继续在数据处理领域发挥重要作用。
271 0
|
SQL 大数据 Apache
Apache Flink 2021 最新入门课程 | 图谱精选课程
轻松收获 Flink 生产环境开发技能
Apache Flink 2021 最新入门课程 | 图谱精选课程
|
5月前
|
存储 消息中间件 Java
Apache Flink 实践问题之原生TM UI日志问题如何解决
Apache Flink 实践问题之原生TM UI日志问题如何解决
55 1
|
4月前
|
SQL 消息中间件 关系型数据库
Apache Doris Flink Connector 24.0.0 版本正式发布
该版本新增了对 Flink 1.20 的支持,并支持通过 Arrow Flight SQL 高速读取 Doris 中数据。
|
5月前
|
消息中间件 监控 数据挖掘
基于RabbitMQ与Apache Flink构建实时分析系统
【8月更文第28天】本文将介绍如何利用RabbitMQ作为数据源,结合Apache Flink进行实时数据分析。我们将构建一个简单的实时分析系统,该系统能够接收来自不同来源的数据,对数据进行实时处理,并将结果输出到另一个队列或存储系统中。
336 2
|
5月前
|
消息中间件 分布式计算 Hadoop
Apache Flink 实践问题之Flume与Hadoop之间的物理墙问题如何解决
Apache Flink 实践问题之Flume与Hadoop之间的物理墙问题如何解决
72 3
|
5月前
|
消息中间件 运维 Kafka
Apache Flink 实践问题之达到网卡的最大速度如何解决
Apache Flink 实践问题之达到网卡的最大速度如何解决
65 2

热门文章

最新文章

推荐镜像

更多