flink1.13 sql基础语法(二)join操作

(7) DML 之 join 操作

分类:
⭐ Regular Join:流与流的 Join,包括 Inner Equal Join、Outer Equal Join
⭐ Interval Join:流与流的 Join,两条流一段时间区间内的 Join
⭐ Temporal Join:流与流的 Join,包括事件时间,处理时间的 Temporal Join,类似于离线中的快照 Join
⭐ Lookup Join:流与外部维表的 Join
⭐ Array Expansion:表字段的列转行,类似于 Hive 的 explode 数据炸开的列转行
⭐ Table Function:自定义函数的表字段的列转行,支持 Inner Join 和 Left Outer Join

1、Regular Join

流与流的 Join,包括 Inner Equal Join、Outer Equal Join

⭐ Inner Join(Inner Equal Join):流任务中,只有两条流 Join 到才输出,输出 +[L, R]
⭐ Left Join(Outer Equal Join):流任务中,左流数据到达之后,无论有没有 Join 到右流的数据,都会输出(Join 到输出 +[L, R],没 Join 到输出 +[L, null]),
如果右流之后数据到达之后,发现左流之前输出过没有 Join 到的数据,则会发起回撤流,先输出 -[L, null],然后输出 +[L, R]
⭐ Right Join(Outer Equal Join):有 Left Join 一样,左表和右表的执行逻辑完全相反
⭐ Full Join(Outer Equal Join):流任务中,左流或者右流的数据到达之后,无论有没有 Join 到另外一条流的数据,都会输出
(对右流来说:Join 到输出 +[L, R],没 Join 到输出 +[null, R];对左流来说:Join 到输出 +[L, R],没 Join 到输出 +[L, null])。
如果一条流的数据到达之后,发现之前另一条流之前输出过没有 Join 到的数据,则会发起回撤流
(左流数据到达为例:回撤 -[null, R],输出 +[L, R],右流数据到达为例:回撤 -[L, null],输出 +[L, R])。

案例:曝光日志关联点击日志筛选既有曝光又有点击的数据,并且补充点击的扩展参数(show inner click)

-- 曝光日志数据
CREATE TABLE show_log_table (
    log_id BIGINT,
    show_params STRING
) WITH (
  'connector' = 'datagen',
  'rows-per-second' = '2',
  'fields.show_params.length' = '1',
  'fields.log_id.min' = '1',
  'fields.log_id.max' = '100'
);

-- 点击日志数据
CREATE TABLE click_log_table (
  log_id BIGINT,
  click_params     STRING
)
WITH (
  'connector' = 'datagen',
  'rows-per-second' = '2',
  'fields.click_params.length' = '1',
  'fields.log_id.min' = '1',
  'fields.log_id.max' = '10'
);

CREATE TABLE sink_table (
    s_id BIGINT,
    s_params STRING,
    c_id BIGINT,
    c_params STRING
) WITH (
  'connector' = 'print'
);


-- 流的 INNER JOIN,条件为 log_id
INSERT INTO sink_table
SELECT
    show_log_table.log_id as s_id,
    show_log_table.show_params as s_params,
    click_log_table.log_id as c_id,
    click_log_table.click_params as c_params
FROM show_log_table
INNER JOIN click_log_table ON show_log_table.log_id = click_log_table.log_id;

关于 Regular Join 的注意事项:

⭐ 实时 Regular Join 可以不是 等值 join。等值 join 和 非等值 join 区别在于,等值 join 数据 shuffle 策略是 Hash,会按照 Join on 中的等值条件作为 id 发往对应的下游;
非等值 join 数据 shuffle 策略是 Global,所有数据发往一个并发,按照非等值条件进行关联

⭐ Join 的流程是左流新来一条数据之后,会和右流中符合条件的所有数据做 Join,然后输出。

⭐ 流的上游是无限的数据,所以要做到关联的话,Flink 会将两条流的所有数据都存储在 State 中,所以 Flink 任务的 State 会无限增大,因此你需要为 State 配置合适的 TTL,以防止 State 过大。

(2) Interval Join

Interval Join:流与流的 Join,两条流一段时间区间内的 Join。Interval Join 可以让一条流去 Join 另一条流中前后一段时间内的数据

Regular Join 会产生回撤流,但是在实时数仓中一般写入的 sink 都是类似于 Kafka 这样的消息队列,然后后面接 clickhouse 等引擎,这些引擎又不具备处理回撤流的能力。 Interval Join 就是用于消灭回撤流的。

⭐ Interval Join 包含以下几种(以 L 作为左流中的数据标识,R 作为右流中的数据标识):

⭐ Inner Interval Join:流任务中,只有两条流 Join 到(满足 Join on 中的条件:两条流的数据在时间区间 + 满足其他等值条件)才输出,输出 +[L, R]
⭐ Left Interval Join:流任务中,左流数据到达之后,如果没有 Join 到右流的数据,就会等待(放在 State 中等),如果之后右流之后数据到达之后,发现能和刚刚那条左流数据 Join 到,
则会输出 +[L, R]。事件时间中随着 Watermark 的推进(也支持处理时间)。如果发现发现左流 State 中的数据过期了,就把左流中过期的数据从 State 中删除,
然后输出 +[L, null],如果右流 State 中的数据过期了,就直接从 State 中删除。

⭐ Right Interval Join:和 Left Interval Join 执行逻辑一样,只不过左表和右表的执行逻辑完全相反

⭐ Full Interval Join:流任务中,左流或者右流的数据到达之后,如果没有 Join 到另外一条流的数据,就会等待(左流放在左流对应的 State 中等,右流放在右流对应的 State 中等),
如果之后另一条流数据到达之后,发现能和刚刚那条数据 Join 到,则会输出 +[L, R]。
事件时间中随着 Watermark 的推进(也支持处理时间),发现 State 中的数据能够过期了,就将这些数据从 State 中删除并且输出(左流过期输出 +[L, null],右流过期输出 -[null, R]

实际案例:曝光日志关联点击日志筛选既有曝光又有点击的数据,条件是曝光关联之后发生 4 小时之内的点击,并且补充点击的扩展参数(show inner interval click):

INSERT INTO sink_table
SELECT
    show_log_table.log_id as s_id,
    show_log_table.show_params as s_params,
    click_log_table.log_id as c_id,
    click_log_table.click_params as c_params
FROM show_log_table 
INNER JOIN click_log_table ON show_log_table.log_id = click_log_table.log_id
AND show_log_table.row_time BETWEEN click_log_table.row_time - INTERVAL '4' HOUR AND click_log_table.row_time;
关于 Interval Join 的注意事项:

⭐ 实时 Interval Join 可以不是 等值 join。等值 join 和 非等值 join 区别在于,等值 join 数据 shuffle 策略是 Hash,会按照 Join on 中的等值条件作为 id 发往对应的下游;
非等值 join 数据 shuffle 策略是 Global,所有数据发往一个并发,然后将满足条件的数据进行关联输出

(3) Temporal Join(快照 Join)

Temporal Join 中,Versioned Table 其实就是对同一条 key(在 DDL 中以 primary key 标记同一个 key)的历史版本(根据时间划分版本)做一个维护,当有明细表 Join 这个表时,
可以根据明细表中的时间版本选择 Versioned Table 对应时间区间内的快照数据进行 join。

比如常见的汇率数据(实时的根据汇率计算总金额),在 12:00 之前(事件时间),人民币和美元汇率是 7:1,在 12:00 之后变为 6:1,那么在 12:00 之前数据就要按照 7:1 进行计算,
12:00 之后就要按照 6:1 计算。

在事件时间语义的任务中,事件时间 12:00 之前的数据,要按照 7:1 进行计算,12:00 之后的数据,要按照 6:1 进行计算。这其实就是离线中快照的概念,
维护具体汇率的表在 Flink SQL 体系中就叫做 Versioned Table。

Verisoned Table:Verisoned Table 中存储的数据通常是来源于 CDC 或者会发生更新的数据。Flink SQL 会为 Versioned Table 维护 Primary Key 下的所有历史时间版本的数据。

PRIMARY KEY 定义方式:

-- 定义一个汇率 versioned 表,其中 versioned 表的概念下文会介绍到
CREATE TABLE currency_rates (
    currency STRING,
    conversion_rate DECIMAL(32, 2),
    update_time TIMESTAMP(3) METADATA FROM `values.source.timestamp` VIRTUAL,
    WATERMARK FOR update_time AS update_time,
    -- PRIMARY KEY 定义方式
    PRIMARY KEY(currency) NOT ENFORCED
) WITH (
   'connector' = 'kafka',
   'value.format' = 'debezium-json',
   /* ... */
);

(4) Lookup Join(维表 Join)

上面说的这几种 Join 都是流与流之间的 Join,而 Lookup Join 是流与 Redis,Mysql,HBase 这种存储介质的 Join。Lookup 的意思就是实时查找,
而实时的画像数据一般都是存储在 Redis,Mysql,HBase 中,这就是 Lookup Join 的由来

实际案例:使用曝光用户日志流(show_log)关联用户画像维表(user_profile)关联到用户的维度之后,提供给下游计算分性别,年龄段的曝光用户数使用。

-- lookup join 的 query 逻辑
INSERT INTO sink_table
SELECT 
    s.log_id as log_id
    , s.`timestamp` as `timestamp`
    , s.user_id as user_id
    , s.proctime as proctime
    , u.sex as sex
    , u.age as age
FROM show_log AS s
LEFT JOIN user_profile FOR SYSTEM_TIME AS OF s.proctime AS u
ON s.user_id = u.user_id

注意:
实时的 lookup 维表关联能使用 处理时间 去做关联

所有的维表性能问题都可以总结为:高 qps 下访问维表存储引擎产生的任务背压,数据产出延迟问题。

那么当然,解决方案也是有很多的。抛开 Flink SQL 想一下,如果我们使用 DataStream API,常用的优化方案有哪些?这里列举一下:

⭐1、 按照 redis 维表的 key 分桶 + local cache:通过按照 key 分桶的方式,让大多数据的维表关联的数据访问走之前访问过得 local cache 即可。
这样就可以把访问外部存储 2.1 ms 处理一个 query 变为访问内存的 0.1 ms 处理一个 query 的时长。

⭐2、异步访问外存:DataStream api 有异步算子,可以利用线程池去同时多次请求维表外部存储。
这样就可以把 2.1 ms 处理 1 个 query 变为 2.1 ms 处理 10 个 query。吞吐可变优化到 10 / 2.1 ms = 4761 qps。

⭐3、 批量访问外存:除了异步访问之外,我们还可以批量访问外部存储。
举一个例子:在访问 redis 维表的 1 query 占用 2.1 ms 时长中,其中可能有 2 ms 都是在网络请求上面的耗时 ,其中只有 0.1 ms 是 redis server 处理请求的时长。
那么我们就可以使用 redis 提供的 pipeline 能力,在客户端(也就是 flink 任务 lookup join 算子中),攒一批数据,使用 pipeline 去同时访问 redis sever。
这样就可以把 2.1 ms 处理 1 个 query 变为 7ms(2ms + 50 * 0.1ms) 处理 50 个 query。吞吐可变为 50 query / 7 ms = 7143 qps。

最好用的是 1 + 3,2 相比 3 还是一条一条发请求,性能会差一些。

(5)Array Expansion(数组列转行)

将表中 ARRAY 类型字段(列)拍平,转为多行
实际案例:比如某些场景下,日志是合并、攒批上报的,就可以使用这种方式将一个 Array 转为多行。

CREATE TABLE show_log_table (
    log_id BIGINT,
    show_params ARRAY<STRING>
) WITH (
  'connector' = 'datagen',
  'rows-per-second' = '1',
  'fields.log_id.min' = '1',
  'fields.log_id.max' = '10'
);

CREATE TABLE sink_table (
    log_id BIGINT,
    show_param STRING
) WITH (
  'connector' = 'print'
);

INSERT INTO sink_table
SELECT
    log_id,
    t.show_param as show_param
FROM show_log_table
-- array 炸开语法
CROSS JOIN UNNEST(show_params) AS t (show_param)

(6) Table Function(自定义列转行)

Table Function 本质上是个 UDTF 函数,和离线 Hive SQL 一样,我们可以自定义 UDTF 去决定列转行的逻辑

Table Function 使用分类:
⭐ Inner Join Table Function:如果 UDTF 返回结果为空,则相当于 1 行转为 0 行,这行数据直接被丢弃
⭐ Left Join Table Function:如果 UDTF 返回结果为空,折行数据不会被丢弃,只会在结果中填充 null 值

/**
 * 自定义列转行
 */
public class _07_TableFunctionInnerJoin {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        StreamTableEnvironment tabEnv = FlinkSqlUtils.getTabEnv();

        String sql = "CREATE FUNCTION user_profile_table_func AS 'com.yyds.flink_sql.ddl_create"
                + "._07_TableFunctionInnerJoin$UserProfileTableFunction';\n"
                + "\n"
                + "CREATE TABLE source_table (\n"
                + "    user_id BIGINT NOT NULL,\n"
                + "    name STRING,\n"
                + "    row_time AS cast(CURRENT_TIMESTAMP as timestamp(3)),\n"
                + "    WATERMARK FOR row_time AS row_time - INTERVAL '5' SECOND\n"
                + ") WITH (\n"
                + "  'connector' = 'datagen',\n"
                + "  'rows-per-second' = '10',\n"
                + "  'fields.name.length' = '1',\n"
                + "  'fields.user_id.min' = '1',\n"
                + "  'fields.user_id.max' = '10'\n"
                + ");\n"
                + "\n"
                + "CREATE TABLE sink_table (\n"
                + "    user_id BIGINT,\n"
                + "    name STRING,\n"
                + "    age INT,\n"
                + "    row_time TIMESTAMP(3)\n"
                + ") WITH (\n"
                + "  'connector' = 'print'\n"
                + ");\n"
                + "\n"
                + "INSERT INTO sink_table\n"
                + "SELECT user_id,\n"
                + "       name,\n"
                + "       age,\n"
                + "       row_time\n"
                + "FROM source_table,\n"
                // Table Function Join 语法对应 LATERAL TABLE
                + "LATERAL TABLE(user_profile_table_func(user_id)) t(age)";

        Arrays.stream(sql.split(";"))
                .forEach(tabEnv::executeSql);
    }

    public static class UserProfileTableFunction extends TableFunction<Integer> {

        public void eval(long userId) {
            // 自定义输出逻辑
            if (userId <= 5) {
                // 一行转 1 行
                collect(1);
            } else {
                // 一行转 3 行
                collect(1);
                collect(2);
                collect(3);
            }
        }

    }
}

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