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Flink应用程序结构开发介绍

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Flink程序遵循一定的编程模式。DataStream API 和 DataSet API 基本具有相同的程序结构。以下为一个流式程序的示例代码来对文本文件进行词频统计。

package com.realtime.flink.streaming
import org.apache.flink.apijava.utils.ParameterTool
import org.apache.flink.streaming.api.scala.{DataStream, StreamExecutionEnvironment, _}

object WordCount {
    def main(args: Array[String]) {
        //第一步：设定执行环境
        val env = SreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
       //第二步：指定数据源地址，开始读取数据
        val text = env.readTextFile("file:///path/file") 
      //第三步：对数据集指定转换操作逻辑
      val counts ： DataStream[(String, int)]  = text
          .flatMap(_.toLowerCase.split(" ")) 
          .fliter(_.nonEmpty)
          .map(_, 1)
          .sum(1)
      //第四步：指定计算结果输出位置
      if (params.has("output")) {
          counts.writeAsText(params.get("output"))
      } else {
        println("Printing resule to stdout. Use --output to specify output path.")
        counts.print()
      }
      //第五步：指定名称并触发流式任务
      env.execute("Streaming WordCount")
    }
}

整个Flink 程序一共分为5步:

1. Flink执行环境

不同的执行环境决定了应用的类型:

StreamExecutionEnvironmen用来流式处理,ExecutionEnvironment是批量数据处理环境.

获取环境的三种方式:

  • 流处理:

    //设定Flink运行环境,如果在本地启动则创建本地环境,如果在集群启动就创建集群环境
StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
//指定并行度创建本地执行环境
StreamExecutionEnvironment.createLocalEnvironment(5)
//指定远程JobManager ip和RPC 端口以及运行程序所在的jar包和及其依赖包
StreamExecutionEnvironment.createRemoteEnvironment("JobManagerHost", 6021, 5, "/user/application.jar")

    第三种方式直接从本地代码创建与远程集群的JobManager的RPC连接,指定jar将运行程序远程拷贝到JobManager节点上,Flink应用程序运行在远程的环境中,本地程序相当于一个客户端.

  • 批处理:

  //设定Flink运行环境,如果在本地启动则创建本地环境,如果在集群启动就创建集群环境
 ExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
  //指定并行度创建本地执行环境
  ExecutionEnvironment.createLocalEnvironment(5)
  //指定远程JobManager ip和RPC 端口以及运行程序所在的jar包和及其依赖包
 ExecutionEnvironment.createRemoteEnvironment("JobManagerHost", 6021, 5, "/user/application.jar")

注意不同的语言开发Flink应用的时候需要引入不同环境对应的执行环境

2. 初始化数据

  • 创建完执行环境, ExecutionEnvironment 需要提供不同的数据接入接口完成数据初始化,将外部数据转换成DataStream

  • Flink提供了多种从外部读取数据的连接器,包括批量和实时的数据连接器,能够将Flink系统与其他第三方系统进行连接,直接获取外部数据

  • 以下代码通过readTextFile()方法读取flle://pathfile路径中的数据并转换成DataStream

val text: DataStream[String] = env.readTextFlie("flle://pathfile")

读取文件转换为DataStream[String]数据集,完成了从本地文件到分布式数据集的转换

3. 执行转换操作

对数据集的各种Transformation操作通过不同的Operator来实现,每个Operator来实现,每个Operator内部通过实现Function接口完成数据处理逻辑的定义.

DataStream API 和 DataSet API 提供了很多转换算子, 如: map, flatMap, filter, keyBy, 用户只需要定义每个算子执行的函数逻辑,然后应用在数据转换操作Operator 接口即可.

 val counts: DataStream[String, Int] = text
     .flatMap(_.toLowerCase.split(" "))  //执行flatMap操作
     .filter(_.nonEmpty) //过滤空字段
     .map((_, 1) //执行map转换操作,转换成key - value 接口
     .keyBy(0) // 按照指定key对数据重分区
     .sum(1) /执行求和运算操作

flink 定义Function的计算逻辑可以通过以下几种方式完成定义:

1. 通过创建Class 实现Function接口

//实现MapFunction接口
 class MyMapFunction extends MapFunction[String, String] {
     override def map(t: String): String {
         t.toUpperCase()
     }
 }
 
 val dataStream: DataStream[String] = env.fromElements("hello", flink)
 //将MyMapFunction实现类传入进去
 dataStream.map(new MyMapFunction)

完成对实现将数据集中的字符串转换成大写的数据处理

2. 通过创建匿名类实现Function接口

 val dataStream: DataStream[String] = env.fromElements("hello", flink)
 //通过创建MapFunction匿名实现类来定义map函数的计算逻辑
 dataStream.map(new MapFunction[String, String] {
     //实现对输入字符串大写转换
      override def map(t: String): String{
         t.toUpperCase()
     }
 })

3. 通过实现RichFunction接口

Flink提供了RichFunction接口,用于比较高级的数据处理场景,RichFunction接口中有open、close、getRuntimeContext 以及setRuntimeContext来获取状态、缓存等系统内部数据. 与MapFunction类似,RichFunction子类也有RichMapFunction.

//定义匿名类实现RichMapFunction接口,完成对字符串到整形数字的转换
 dataStream.map(new RichMapFunction[String, Int] {
     //实现对输入字符串大写转换
      override def map(in: String):Int = (in.toInt)
 })

4.分区key指定

某些算子需要指定的key进行转换,常见的算子有: join 、coGroup、groupBy.需要将DataStream或DataSet数据集转换成对应KeyedStream 和GroupDataSet ,主要是将相同key的数据路由到相同的Pipeline中

1.根据字段位置指定

//DataStream API聚合计算

val dataStream : DataStream[(String,Int)] = env.fromElements(("a", 1),("c", 2))

//根据第一个字段重新分区,然后对第二个字段进行求和计算
val result = dataStream.keyBy(0).sum(1)

//DataSet API 聚合计算
val dataSet = env.fromElements(("a", 1),("c", 2))
//根据第一个字段进行数据重分区
val groupDataSet : GroupDataSet[(String , Int)] = dataSet.groupBy(0)
//求取相同key值第二个字段的最大值
groupDataSet.max(1)

2.根据字段名称指定

使用字段名称需要DataStream 中的数据结构类型必须是Tuple类或者POJOs类

val personDataSet = env.fromElements(new Person("Alex", 18), new Person("Peter", 43))
//指定name字段名称来确定groupBy 字段
 personDataSet.groupBy("name").max(1)

如果程序中使用Tuple数据类型,通常情况下字段名称从1开始计算,字段位置索引从0开始计算

val personDataStream = env.fromElements(new Person("Alex", 18), new Person("Peter", 43))
//通过名称指定第一个字段
personDataStream.keyBy("_1")

//通过位置指定第一个字段
personDataStream.keyBy(0)

使用嵌套的复杂数据结构:

class NestedClass {
    var id: int,
    tuples: (Long, Long, String)){
        def this() {
            this(0, (0, 0, " "))
        }
    }

class CompelexClass(var nested: NestedClass, var tag: String) {
    def this() {
        this(null, " ")
    }
}

通过“nested”获取整个NestedClass对象所有字段,调用“tag”获取 CompelexClass中tag字段,调用“nested.id”获取NestedClass的id字段,调用“nested.tuples._1”获取NestedClass中tuple元祖第一个字段

3. 通过Key选择器指定

定义KeySelector,然后复写getKey方法,从Person对象中获取name为指定的Key.

case class Person(name: String, age: Int)
var person = env.fromElements(Person("hello", 1), Person("Flink", 3) )
//
val keyed: KeyedStream[WC] = person.keyBy(new KeySelector[Person, String](){
    override def getKey(person: Person): String = person.name
})

5.输出结果

数据进行转换操作之后,一般会输出到外部系统或者控制台上.Flink 除了基本的数据输出方法,在系统中还定义了很多Connector,用户通过调用addSink()添加输出系统定义的DataSink类算子,这样就可以将数据输出到外部系统.

//将数据输出到文件中
counts.writeAsText("file://path/to/savefile")
//将数据输出控制台
counts.print()

程序触发

计算逻辑全部操作定义好后,需要调ExecutionEnvironment的execute()方法来触发程序的执行,execute()方法返回的结果类型为JobExecutionResult,JobExecutionResult包含了程序执行的时间和累加器等指标.

注意: DataStream流式应用需要显示调用execute()方法,否则Flink应用程序不会执行.但对于DataSet API 输出算子已经包含对execute()方法的调用,不再需要显示调用了,否则会出现程序异常.

//调StreamExecutionEnvironment的execute()方法来执行流式应用程序
env.execute("App Name")

总结

本文主要介绍了Flink应用程序开发的5步:获取执行环境;初始化数据;执行转换操作;分区key指定;输出结果以及程序的触发等开发模式以及内部的一些实现细节.

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