Flink Sql教程（5）

Flink 双流Join

概述

  • 在之前的Flink教程03里面给大家讲过了维表Join，今天来和大家分享一下双流Join
  • 目前Flink双流Join分成两类：UnBounded Join 和 Time Interval Join
  • 在有些场景下，用哪个都行，不过后者的性能会优于前者，而且如果在双流Join之后想要再进行窗口计算，那么只能使用Time Interval Join，目前的UnBounded Join后面是没有办法再进行Event Time的窗口计算

UnBounded Join

  • 分为两种Join，一种是Inner Join，另一种是Outer Join
    • Inner Join：双流Join最大的问题是两边的数据量是不一样的，会存在一条流中的数据已经到达，而另一条流中与之匹配的数据还未到达的情况，那么Flink是如何解决这个问题的呢？举个例子：假设左表先来了3条数据，Join 的key分别是1、2、3，右表中尚未有数据到达，那么Flink 会将左表的那三条数据缓存在Join节点的state中，同时不会有数据下发。此时，右表来了一条key是4的数据，未能与左表中的key关联上，那么这条数据同样也会被缓存在Join节点的state中。而当右表来了一条key为1的数据时，与左表中key为1的数据成功关联，那么此时，会将这两条数据Join起来之后的数据下发，而其他尚未匹配上的数据会在state中继续等待，直到他们的有缘人出现，才能够继续前进。
    • Outer Join：支持LEFT JOIN、RIGHT JOIN、FULL OUTER JOIN三种语法，此处我们以LEFT JOIN为例。还是左表先来三条数据，key分别是1、2、3，不过此时的结果会和上面的不一样，他们三个虽然还会在Join节点的state中缓存，但是会将数据下发，那么大家会问了，右边的数据怎么办，此时并没有Join成功啊，如果下发数据不就存在异常吗？答：Flink会将右边的数据补上NULL，当右表中key为1、2、3的数据出现时，会将刚才下发的三条数据撤回，将右表中的数据重新填充到下发的三条数据中，之后，再将这三条数据下发；而如果右表先到了，左表尚未到达的话，会一直等待，不会先行下发再撤回。RIGHT JOIN与之相似，只是一个下发左边，一个下发右边；FULL OUTER JOIN是两边都会下发和撤回。
    • 缺点：
      • 因为要存放大量的数据在state中，如果左右表的数据一直无法匹配，那么久而久之，内存很容易就被打爆。解决办法有加机器和使用RocksDBStateBackend，同时需要配上合理的状态清理配置，具体的写法可以自行翻看官网文档
      • Join之前最好先根据主键去重，不然会缓存大量无用数据在Join节点的state节点中。举个栗子：key为1的数据因为各种原因出现了三条，而这三条实际上是同一条数据。那么，在Join时，如果右表只有一条key为1的数据，那么只会有一条数据下发（Inner Join）另外两条一直在死等；或者下发一条有右边数据的和两条右边数据为NULL的数据（Left Outer Join），同时，这两条数据也会在Join节点的state中缓存，等待右表的数据到达。同样也会打爆我们的内存。去重可以很好的减少Join节点内存的压力
      • 假设现在有A、B、C三条流要进行JOIN，SQL写法为：A LEFT JOIN B ON A.KEY1 = B.KEY1 LEFT JOIN C ON B.KEY2 = C.KEY2，如果A与B Join的结果产生了大量B.KEY2为NULL的数据，那么在与C Join时，必然会出现热点问题。那么如何解决呢？我们可以交换Join的顺序，让B、C先行Join，产生的结果再与A流进行Join，这样就能很好的解决热点问题
    • 下面我们通过代码和运行结果，来看看UnBounded Join的写法和产生结果
    package FlinkSql;

    import org.apache.flink.api.java.tuple.Tuple2;
    import org.apache.flink.streaming.api.datastream.DataStream;
    import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;
    import org.apache.flink.table.api.EnvironmentSettings;
    import org.apache.flink.table.api.Table;
    import org.apache.flink.table.api.java.StreamTableEnvironment;
    import org.apache.flink.types.Row;
    
    
    public class FlinkSql05 {
    
        public static final String KAFKA_TABLE_SOURCE_DDL_01 = ""+
                "CREATE TABLE t1 (\n" +
                "    user_id BIGINT,\n" +
                "    order_id BIGINT,\n" +
                "    ts BIGINT\n" +
                ") WITH (\n" +
                "    'connector.type' = 'kafka',  -- 指定连接类型是kafka\n" +
                "    'connector.version' = '0.11',  -- 与我们之前Docker安装的kafka版本要一致\n" +
                "    'connector.topic' = 'unBoundedJoin01_t1', -- 之前创建的topic \n" +
                "    'connector.properties.group.id' = 'flink-test-0', -- 消费者组，相关概念可自行百度\n" +
                "    'connector.startup-mode' = 'latest-offset',  --指定从最早消费\n" +
                "    'connector.properties.zookeeper.connect' = 'localhost:2181',  -- zk地址\n" +
                "    'connector.properties.bootstrap.servers' = 'localhost:9092',  -- broker地址\n" +
                "    'format.type' = 'csv'  -- csv格式，和topic中的消息格式保持一致\n" +
                ")";
    
        public static final String KAFKA_TABLE_SOURCE_DDL_02 = ""+
                "CREATE TABLE t2 (\n" +
                "    order_id BIGINT,\n" +
                "    item_id BIGINT,\n" +
                "    ts BIGINT\n" +
                ") WITH (\n" +
                "    'connector.type' = 'kafka',  -- 指定连接类型是kafka\n" +
                "    'connector.version' = '0.11',  -- 与我们之前Docker安装的kafka版本要一致\n" +
                "    'connector.topic' = 'unBoundedJoin01_t2', -- 之前创建的topic \n" +
                "    'connector.properties.group.id' = 'flink-test-0', -- 消费者组，相关概念可自行百度\n" +
                "    'connector.startup-mode' = 'latest-offset',  --指定从最早消费\n" +
                "    'connector.properties.zookeeper.connect' = 'localhost:2181',  -- zk地址\n" +
                "    'connector.properties.bootstrap.servers' = 'localhost:9092',  -- broker地址\n" +
                "    'format.type' = 'csv'  -- csv格式，和topic中的消息格式保持一致\n" +
                ")";
        public static final String KAFKA_TABLE_SOURCE_DDL_03 = ""+
                "CREATE TABLE t3 (\n" +
                "    user_id BIGINT,\n" +
                "    order_id BIGINT,\n" +
                "    ts BIGINT,\n" +
                "    r_t AS TO_TIMESTAMP(FROM_UNIXTIME(ts,'yyyy-MM-dd HH:mm:ss'),'yyyy-MM-dd HH:mm:ss'),-- 计算列，因为ts是bigint，没法作为水印，所以用UDF转成TimeStamp\n"+
                "    WATERMARK FOR r_t AS r_t - INTERVAL '5' SECOND -- 指定水印生成方式\n"+
                ") WITH (\n" +
                "    'connector.type' = 'kafka',  -- 指定连接类型是kafka\n" +
                "    'connector.version' = '0.11',  -- 与我们之前Docker安装的kafka版本要一致\n" +
                "    'connector.topic' = 'timeIntervalJoin_01', -- 之前创建的topic \n" +
                "    'connector.properties.group.id' = 'flink-test-0', -- 消费者组，相关概念可自行百度\n" +
                "    'connector.startup-mode' = 'latest-offset',  --指定从最早消费\n" +
                "    'connector.properties.zookeeper.connect' = 'localhost:2181',  -- zk地址\n" +
                "    'connector.properties.bootstrap.servers' = 'localhost:9092',  -- broker地址\n" +
                "    'format.type' = 'csv'  -- csv格式，和topic中的消息格式保持一致\n" +
                ")";
    
        public static final String KAFKA_TABLE_SOURCE_DDL_04 = ""+
                "CREATE TABLE t4 (\n" +
                "    order_id BIGINT,\n" +
                "    item_id BIGINT,\n" +
                "    ts BIGINT,\n" +
                "    r_t AS TO_TIMESTAMP(FROM_UNIXTIME(ts,'yyyy-MM-dd HH:mm:ss'),'yyyy-MM-dd HH:mm:ss'),-- 计算列，因为ts是bigint，没法作为水印，所以用UDF转成TimeStamp\n"+
                "    WATERMARK FOR r_t AS r_t - INTERVAL '5' SECOND -- 指定水印生成方式\n"+
                ") WITH (\n" +
                "    'connector.type' = 'kafka',  -- 指定连接类型是kafka\n" +
                "    'connector.version' = '0.11',  -- 与我们之前Docker安装的kafka版本要一致\n" +
                "    'connector.topic' = 'timeIntervalJoin_02', -- 之前创建的topic \n" +
                "    'connector.properties.group.id' = 'flink-test-0', -- 消费者组，相关概念可自行百度\n" +
                "    'connector.startup-mode' = 'latest-offset',  --指定从最早消费\n" +
                "    'connector.properties.zookeeper.connect' = 'localhost:2181',  -- zk地址\n" +
                "    'connector.properties.bootstrap.servers' = 'localhost:9092',  -- broker地址\n" +
                "    'format.type' = 'csv'  -- csv格式，和topic中的消息格式保持一致\n" +
                ")";
    
    
    //    public static final String MYSQL_TABLE_SINK = "";
    
        public static void main(String argv[]) throws Exception {
    
            //构建StreamExecutionEnvironment
            StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
    
            //构建EnvironmentSettings 并指定Blink Planner
            EnvironmentSettings bsSettings = EnvironmentSettings.newInstance().useBlinkPlanner().inStreamingMode().build();
    
            //构建StreamTableEnvironment
            StreamTableEnvironment tEnv = StreamTableEnvironment.create(env, bsSettings);
    
            //注册kafka 数据源表
            tEnv.sqlUpdate(KAFKA_TABLE_SOURCE_DDL_01);
    
            tEnv.sqlUpdate(KAFKA_TABLE_SOURCE_DDL_02);
    
            //左表数据  543462,1001,1511658000
            //右表数据  1001,4238,1511658001
            //不用一开始就给kafka灌入数据，可以等任务正常启动没有数据后再输入数据，方便观察现象
    
            //UnBounded 双流Join 之 Inner Join
            Table unBoundedJoin_inner_join = tEnv.sqlQuery("select a.*,b.* from t1 a inner join t2 b on a.order_id = b.order_id");
    
            DataStream<Tuple2<Boolean, Row>> unBoundedJoin_inner_join_DS = tEnv.toRetractStream(unBoundedJoin_inner_join, Row.class);
    
            //在一开始没有数据时，没有输出；当我们往左表的kafka中输入543462,1001,1511658000时，依旧没有数据下发，符合我们之前所说的言论
            //之后再往右表灌入数据，此时会有数据输出
            //(true,543462,1001,1511658000,1001,4238,1511658001)
    //        unBoundedJoin_inner_join_DS.print().setParallelism(1).name("unBoundedJoin_inner_join");
    
            //UnBounded 双流Join 之 Left Join
            //再准备几条kafka数据
            //左表    223813,2042400,1511658002
            //右表    2042400,4104826,1511658001
            //同样也是先别灌入
    
            Table unBoundedJoin_left_join = tEnv.sqlQuery("select a.*,b.* from t1 a left join t2 b on a.order_id = b.order_id");
    
            DataStream<Tuple2<Boolean, Row>> unBoundedJoin_left_join_DS = tEnv.toRetractStream(unBoundedJoin_left_join, Row.class);
    
    //        unBoundedJoin_left_join_DS.print().setParallelism(1).name("unBoundedJoin_left_join");
            //此时左表输入223813,2042400,1511658002，发现数据下发，右边都为NULL
            //输出：(true,223813,2042400,1511658002,null,null,null)
            //然后再将2042400,4104826,1511658001插入右表中
            //(false,223813,2042400,1511658002,null,null,null)
            //(true,223813,2042400,1511658002,2042400,4104826,1511658001)
            //与我们前面所说一致！先是输出右边补齐为NULL的数据，等能够Join上了，再撤回刚才的数据，重新将Join之后的数据下发
            //我们测试的都是左表先到，而右表在等待的情况，那么如果右表先到，左表后到，数据结果又是什么样呢？大家自行尝试吧
        
            //执行任务，必不可少一句话！
            env.execute("双流join");
        }
    }

Time Interval Join

  • 写法：
    • ltime = rtime
    • ltime >= rtime AND ltime < rtime + INTERVAL '10' MINUTE
    • ltime BETWEEN rtime - INTERVAL '10' SECOND AND rtime + INTERVAL '5' SECOND
  • 目前只支持Inner Join，如果想让Join不上的数据最终也下发，只能使用UnBounded Join
  • 要么都是Event Time 要么都是Process Time，不能混用
  • 同样，我们也通过代码来学习如何使用
    //将下面代码嵌入上面的 env.execute("双流join") 前面
    //Time Interval 双流JOIN

    tEnv.sqlUpdate(KAFKA_TABLE_SOURCE_DDL_03);

    tEnv.sqlUpdate(KAFKA_TABLE_SOURCE_DDL_04);

    //左表数据  543462,1001,1511658000
    //右表数据  1001,4238,1511658011

    //使用time interval join，并且指定时间范围为t3.r_t的上下10秒内
    Table timeIntervalJoin = tEnv.sqlQuery(""+
            "select t3.*,t4.item_id,t4.ts from t3 join t4 on t3.order_id = t4.order_id " +
            "and t4.r_t between t3.r_t - interval '10' second and t3.r_t + interval '10' second ");

    //因为是time interval join，所以不会有撤回事件发生，所以使用append流
    DataStream<Row> tiemIntervalJoinDs = tEnv.toAppendStream(timeIntervalJoin, Row.class);

    tiemIntervalJoinDs.print().setParallelism(1).name("timeIntervalJoin");
    //当我们将数据输入各自的kafka topic中后，发现并没有数据输出，因为t3.r_t - t4.r_t = -11，已经超过了我们指定的时间范围
    //右表再输入1001,4238,1511658010
    //输出：543462,1001,1511658000,2017-11-26T09:00,4238,1511658010
    //time interval join之后可以再接窗口计算，这里就不给大家实际演示了，大家自行操作吧

附录

  • 因为这次使用的是csv格式的数据，所以大家记得在pom.xml里面加上依赖
<dependency>
    <groupId>org.apache.flink</groupId>
    <artifactId>flink-csv</artifactId>
    <version>1.10.0</version>
</dependency>
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