Flink Stream 处理数据倾斜

数据倾斜的场景

1. 在数据源发生的数据倾斜。例如，Kafka 的分区，有的分区数据量特别的少，有的特别的多，这样在消费数据后，各个 subtask 拿到的数据量就有了差异。
2. 在 keyBy 之后，产生的数据倾斜。例如，wordcount 的场景中，可能有的单词特别的多，有的特别的少，那么就造成 keyBy 之后的聚合算子中，有的接收到的数据特表的大，有的特别的少。

如何处理数据倾斜

数据源造成的倾斜

Flink 为我们提供了重分区的 8 个算子，shuffle、rebalance、rescale、broadcast、global、forward、keyBy、partitionCustom ，我们可以使用 shuffle、rebalance、rescale 三个算子，做重分区。它们的功能是：

1. shuffle 是 random().nextInt()%parallelism 随机的分发到下游的算子。
2. rebalance 是 nextPartition = (nextPartition + 1)%numberOfChannel
3. rescale 是 nextPartition = if ++nextPartition > numberOfChannel then 0 else nextPartition
   从上面的三个分区算法的查看，他们都能解决数据倾斜的问题。通过这三个算子之后，根据后续算子的并发度了重新分区，而且各个分区中的数据量是相同的。例如，在算子中，我们只有转化类型的算子，并没有分组聚合的需求，此时就可以使用这三个算子来解决问题。

keyBy 造成的倾斜

keyBy 造成的倾斜，通常的做法是 combiner 的做法，做本地预聚合，减少 keyBy 之后的数据量。具体的思路是，通过给每条数据指定一个随机值，然后分发到不同分区，这样相同的 word 会均匀的分发到分区中，然后使用算子来做第一次聚合，最后使用 keyBy + 聚合算子做第二次聚合。实际的实现有两种。

第一种，通过 shuffle、rebalance、rescale 实现将 word 随机落到分区中，然后可以使用 flatMap 将分区中的 word 做第一次聚合，最后使用 keyBy + 聚合算子做第二次聚合。

第二种， Tuple2(word,1) 转换为 Tuple3(word, UUID%10 , 1) ，然后对 uuid%10 做 keyBy ，这样也可以实现第一次随机聚合的步骤。第二次聚合和第一种实现方式相同。

第一种实现方式的代码：

        StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
        DataStream<Tuple3<String, String, Integer>> src = env.socketTextStream("127.0.0.1", 6666)
                .flatMap(new RichFlatMapFunction<String, Tuple3<String, String, Integer>>() {
                    @Override
                    public void flatMap(String s, Collector<Tuple3<String, String, Integer>> collector) throws Exception {
                        Arrays.stream(s.split("\\s+")).forEach(x -> {
                            collector.collect(new Tuple3<String, String, Integer>(x, UUID.randomUUID().toString(), 1));
                        });
                    }
                }).setParallelism(1);
        src.rebalance()
                .flatMap(new LocalCombiner())
                .keyBy(new KeySelector<Tuple2<String,Integer> , String>(){
            @Override
            public String getKey(Tuple2<String, Integer> record) throws Exception {
                return record.f0;
            }
        }).sum(1).print("--------");
        env.execute();

第二种实现方式：

        StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
        SingleOutputStreamOperator<Tuple2<String, Integer>> firstPhase = env.socketTextStream("127.0.0.1", 6666)
                .flatMap(new RichFlatMapFunction<String, Tuple3<String, String, Integer>>() {
                    @Override
                    public void flatMap(String s, Collector<Tuple3<String, String, Integer>> collector) throws Exception {
                        Arrays.stream(s.split("\\s+")).forEach(x -> {
                            collector.collect(new Tuple3<String, String, Integer>(x, UUID.randomUUID().toString(), 1));
                        });
                    }
                }).keyBy(new KeySelector<Tuple3<String, String, Integer>, Integer>() {
                    @Override
                    public Integer getKey(Tuple3<String, String, Integer> t3) throws Exception {
                        return t3.f1.hashCode() % 10;
                    }
                }).timeWindow(Time.seconds(10))
                .process(new ProcessWindowFunction<Tuple3<String, String, Integer>, Tuple2<String, Integer>, Integer, TimeWindow>() {
                    @Override
                    public void process(Integer integer, ProcessWindowFunction<Tuple3<String, String, Integer>, Tuple2<String, Integer>, Integer, TimeWindow>.Context context, Iterable<Tuple3<String, String, Integer>> iterable, Collector<Tuple2<String, Integer>> collector) throws Exception {
                        Map<String, Integer> wordCnt = new HashMap<>();
                        iterable.forEach(x -> {
                            wordCnt.computeIfPresent(x.f0, (k, oldValue) -> oldValue + 1);
                            wordCnt.computeIfAbsent(x.f0, k -> 1);
                        });
                        wordCnt.entrySet().forEach(x -> {
                            collector.collect(new Tuple2<String, Integer>(x.getKey(), x.getValue()));
                        });
                    }
                });
        firstPhase.keyBy(new KeySelector<Tuple2<String,Integer> , String>(){

            @Override
            public String getKey(Tuple2<String, Integer> record) throws Exception {
                return record.f0;
            }
        }).sum(1).print("--------");
        env.execute();