Flink SQL 实战：双流 join 场景应用

作者：余敖

本文主要介绍在流式场景中 join 的实战。大家都知道在使用 SQL 进行数据分析的过程中，join 是经常要使用的操作。在离线场景中，join 的数据集是有边界的，可以缓存数据有边界的数据集进行查询，有Nested Loop/Hash Join/Sort Merge Join 等多表 join；而在实时场景中，join 两侧的数据都是无边界的数据流，所以缓存数据集对长时间 job 来说，存储和查询压力很大，另外双流的到达时间可能不一致，造成 join 计算结果准确度不够；因此，Flink SQL 提供了多种 join 方法，来帮助用户应对各种 join 场景。

本文主要介绍 regular join/interval join/temproal table join 这种 3 种 join 的实战应用，主要包含如下几个部分：

• 数据准备
• Flink SQL join 之 regular join
• Flink SQL join 之 interval join
• Flink SQL join 之 temproal table join
• 总结

01 数据准备

一般来说大部分公司的实时的数据是保存在 kafka，物料数据保存在 MySQL 等类似的关系型数据库中，根据 Flink SQL 提供的 Kafka/JDBC connector，我们先注册两张 Flink Kafka Table 以及注册一张 Flink MySQL Table，明细建表语句如下所示：

• 注册 Flink Kafka Table, 作为两条需要 join 的数据流；对于点击流，我们定义Process time 时间属性，用来做 temproal table join，同时也定义 Event Time 和 watermark，用来做双流 join；对于曝光流，我们定义 Event Time 和watermark，用来做双流 join。

DROP TABLE IF EXISTS flink_rtdw.demo.adsdw_dwd_max_click_mobileapp;
CREATE TABLE flink_rtdw.demo.adsdw_dwd_max_click_mobileapp (
  ...   
  publisher_adspace_adspaceId INT COMMENT '广告位唯一ID',
  ...
  audience_behavior_click_creative_impressionId BIGINT COMMENT '受众用户点击的广告创意的ImpressionId',
  audience_behavior_click_timestamp BIGINT COMMENT '受众用户点击广告的时间戳(毫秒)',
  ...
  procTime AS PROCTIME(), 
  ets AS TO_TIMESTAMP(FROM_UNIXTIME(audience_behavior_click_timestamp / 1000)),
  WATERMARK FOR ets AS ets - INTERVAL '5' MINUTE
) WITH (
  'connector' = 'kafka',
  'topic' = 'adsdw.dwd.max.click.mobileapp',
  'properties.group.id' = 'adsdw.dwd.max.click.mobileapp_group',
  'properties.bootstrap.servers' = 'broker1:9092,broker2:9092,broker3:9092',
  'properties.sasl.jaas.config' = 'org.apache.kafka.common.security.scram.ScramLoginModule required username="kafka-administrator" password="kafka-administrator-password";',
  'properties.security.protocol' = 'SASL_PLAINTEXT',
  'properties.sasl.mechanism' = 'SCRAM-SHA-256',
  'avro-confluent.schema-registry.url' = 'http://schema.registry.url:8081',
  'avro-confluent.schema-registry.subject' = 'adsdw.dwd.max.click.mobileapp-value',
  'format' = 'avro-confluent'
);

• 注册 Flink Mysql Table, 作为维度表

DROP TABLE IF EXISTS flink_rtdw.demo.adsdw_dwd_max_show_mobileapp;
CREATE TABLE flink_rtdw.demo.adsdw_dwd_max_show_mobileapp (
     ...
     audience_behavior_watch_creative_impressionId BIGINT COMMENT '受众用户观看到的广告创意的ImpressionId',
     audience_behavior_watch_timestamp BIGINT COMMENT '受众用户观看到广告的时间(毫秒)',
     ...
     ets AS TO_TIMESTAMP(FROM_UNIXTIME(audience_behavior_watch_timestamp / 1000)),
     WATERMARK FOR ets AS ets - INTERVAL '5' MINUTE
) WITH (
  'connector' = 'kafka',
  'topic' = 'adsdw.dwd.max.show.mobileapp',
  'properties.group.id' = 'adsdw.dwd.max.show.mobileapp_group',
  'properties.bootstrap.servers' = 'broker1:9092,broker2:9092,broker3:9092',
  'properties.sasl.jaas.config' = 'org.apache.kafka.common.security.scram.ScramLoginModule required username="kafka-administrator" password="kafka-administrator-password";',
  'properties.security.protocol' = 'SASL_PLAINTEXT',
  'properties.sasl.mechanism' = 'SCRAM-SHA-256',
  'avro-confluent.schema-registry.url' = 'http://schema.registry.url:8081',
  'avro-confluent.schema-registry.subject' = 'adsdw.dwd.max.show.mobileapp-value',
  'format' = 'avro-confluent'
);

02 Flink SQL join 之 regular join

首先介绍 regular join, 因为 regular join 是最通用的 join 类型，不支持时间窗口以及时间属性，任何一侧数据流有更改都是可见的，直接影响整个 join 结果。如果有一侧数据流增加一个新纪录，那么它将会把另一侧的所有的过去和将来的数据合并在一起，因为 regular join 没有剔除策略，这就影响最新输出的结果; 正因为历史数据不会被清理，所以 regular join 支持数据流的任何更新操作。对于 regular join 来说，更适合用于离线场景和小数据量场景。

• 使用语法

SELECT columns
FROM t1  [AS ]
[LEFT/INNER/FULL OUTER] JOIN t2
ON t1.column1 = t2.key-name1

• 使用场景：离线场景和小数据量场景
• 根据小节 1 中的数据，我们来做一个简单的 regular join，将 click 流和曝光流根据 impressionId 进行 regualr join，输出广告位和 impressionId，具体 SQL语句如下所示：

select adsdw_dwd_max_click_mobileapp.publisher_adspace_adspaceId as publisher_adspace_adspaceId,
       adsdw_dwd_max_click_mobileapp.audience_behavior_click_creative_impressionId as click_impressionId,
       adsdw_dwd_max_show_mobileapp.audience_behavior_watch_creative_impressionId as show_impressionId
from adsdw_dwd_max_click_mobileapp  
inner join adsdw_dwd_max_show_mobileapp 
on adsdw_dwd_max_click_mobileapp.audience_behavior_click_creative_impressionId = adsdw_dwd_max_show_mobileapp.audience_behavior_watch_creative_impressionId;

• 提交到 Flink 集群的 job 以及输出的结果如下所示：

03 Flink SQL join 之 interval join

相对于 regular join，interval Join 则利用窗口的给两个输入表设定一个 Join 的时间界限，超出时间范围的数据则对 join 不可见并可以被清理掉，这样就能修正 regular join 因为没有剔除数据策略带来 join 结果的误差以及需要大量的资源。但是使用interval join，需要定义好时间属性字段，可以是计算发生的 Processing Time，也可以是根据数据本身提取的 Event Time；如果是定义的是 Processing Time，则Flink 框架本身根据系统划分的时间窗口定时清理数据；如果定义的是 Event Time，Flink 框架分配 Event Time 窗口并根据设置的 watermark 来清理数据。而在前面的数据准备中，我们根据点击流和曝光流提取实践时间属性字段，并且设置了允许 5 分钟乱序的 watermark。目前 Interval join 已经支持 inner ,left outer, right outer , full outer 等类型的 join。因此，interval join 只需要缓存时间边界内的数据，存储空间占用小，计算更为准确的实时 join 结果。

• 使用语法

--写法1
SELECT columns
FROM t1  [AS ]
[LEFT/INNER/FULL OUTER] JOIN t2
ON t1.column1 = t2.key-name1 AND t1.timestamp BETWEEN t2.timestamp  AND  BETWEEN t2.timestamp + + INTERVAL '10' MINUTE;

--写法2
SELECT columns
FROM t1  [AS ]
[LEFT/INNER/FULL OUTER] JOIN t2
ON t1.column1 = t2.key-name1 AND t2.timestamp <= t1.timestamp and t1.timestamp <=  t2.timestamp + + INTERVAL ’10' MINUTE ;

• 如何设置边界条件

right.timestamp ∈ [left.timestamp + lowerBound, left.timestamp + upperBound]

• 使用场景：双流join场景
• 根据小节1中的数据，我们来做一个inertval join(用between and 的方式)，将click流和曝光流根据impressionId进行interval join, 边界条件是点击流介于曝光流发生到曝光流发生后的10分钟，输出广告位和impressionId，具体SQL语句如下所示：

select adsdw_dwd_max_click_mobileapp.publisher_adspace_adspaceId as publisher_adspace_adspaceId,
       adsdw_dwd_max_click_mobileapp.audience_behavior_click_creative_impressionId as click_impressionId,
       adsdw_dwd_max_show_mobileapp.audience_behavior_watch_creative_impressionId as show_impressionId
from adsdw_dwd_max_click_mobileapp  
inner join adsdw_dwd_max_show_mobileapp
on adsdw_dwd_max_click_mobileapp.audience_behavior_click_creative_impressionId = adsdw_dwd_max_show_mobileapp.audience_behavior_watch_creative_impressionId and
   adsdw_dwd_max_click_mobileapp.ets between adsdw_dwd_max_show_mobileapp.ets and adsdw_dwd_max_show_mobileapp.ets + INTERVAL '10' MINUTE;

提交到 Flink 集群的job以及输出的结果如下所示：

• Interval join 有多种写法来实现 interval join，根据小节1中的数据我们用 <= 的方式来实现，还是做同样的逻辑，将 click 流和曝光流根据 impressionId 进行 interval join, 边界条件是点击流介于曝光流发生到曝光流发生后的 10 分钟，输出广告位和 impressionId，具体 SQL 语句如下所示：

select adsdw_dwd_max_click_mobileapp.publisher_adspace_adspaceId as publisher_adspace_adspaceId,
       adsdw_dwd_max_click_mobileapp.audience_behavior_click_creative_impressionId as click_impressionId,
       adsdw_dwd_max_show_mobileapp.audience_behavior_watch_creative_impressionId as show_impressionId
from adsdw_dwd_max_click_mobileapp  
inner join adsdw_dwd_max_show_mobileapp
on adsdw_dwd_max_click_mobileapp.audience_behavior_click_creative_impressionId = adsdw_dwd_max_show_mobileapp.audience_behavior_watch_creative_impressionId and 
   adsdw_dwd_max_show_mobileapp.ets <= adsdw_dwd_max_click_mobileapp.ets and adsdw_dwd_max_click_mobileapp.ets <= adsdw_dwd_max_show_mobileapp.ets + INTERVAL '10' MINUTE;

• 提交到 Flink 集群的 job 以及输出的结果如下所示：

04 Flink SQL join 之 temproal table join

上节中 interval Join 提供了剔除数据的策略，解决资源问题以及计算更加准确，这是有个前提：join 的两个流需要时间属性，需要明确时间的下界，来方便剔除数据；显然，这种场景不适合维度表的 join，因为维度表没有时间界限，对于这种场景，Flink 提供了 temproal table join 来覆盖此类场景。

在 regular join和interval join中，join 两侧的表是平等的，任意的一个表的更新，都会去和另外的历史纪录进行匹配，temproal table 的更新对另一表在该时间节点以前的记录是不可见的。而在temproal table join 中，比较明显的使用场景之一就是点击流去 join 广告位的维度表，引入广告位的中文名称。

• 使用语法

SELECT columns
FROM t1  [AS ]
[LEFT] JOIN t2 FOR SYSTEM_TIME AS OF t1.proctime [AS ]
ON t1.column1 = t2.key-name1

• 使用场景：维度表 join 场景

根据小节1中的数据，我们来做一个 temproal table join，将 click 流和广告位维度表根据广告位 Id 进行 temproal rable join，输出广告位和广告位中文名字，具体 SQL 语句如下所示：

select adsdw_dwd_max_click_mobileapp.publisher_adspace_adspaceId as publisher_adspace_adspaceId,
       mysql_dim_table.name as publisher_adspace_name
from adsdw_dwd_max_click_mobileapp
join mysql_dim_table FOR SYSTEM_TIME AS OF adsdw_dwd_max_click_mobileapp.procTime
on adsdw_dwd_max_click_mobileapp.publisher_adspace_adspaceId = mysql_dim_table.ID;

• 提交到 Flink 集群的 job 以及输出的结果如下所示：

05 总结

上面简单介绍 Flink SQL 三种 join 方式的使用，一般对于流式 join 来说，对于双流join 的场景，推荐使用 interval join，对于流和维度表 join 的场景推荐使用 temproal table join。

作者简介

余敖，360 数据开发高级工程师，目前专注于基于 Flink 的实时数仓建设与平台化工作。对 Flink、Kafka、Hive、Spark 等进行数据 ETL 和数仓开发有丰富的经验。