Flink的DataStream API的使用------源算子（Source）

Flink的DataStream API的使用

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一、Flink的DataStream API的使用------执行环境（Execution Environment）

执行环境这一节请点击超链接阅读https://blog.csdn.net/weixin_44328192/article/details/126952164

二、Flink的DataStream API的使用------源算子（Source）

创建环境之后，就可以构建数据处理的业务逻辑了，想要处理数据，先得有数据，所以首要任务就是把数据读进来。
Flink 可以从各种来源获取数据，然后构建 DataStream 进行转换处理。一般将数据的输入来源称为数据源(data source)，而读取数据的算子就是源算子（source operator）。所以，source就是我们整个处理程序的输入端。
Flink 代码中通用的添加 source 的方式，是调用执行环境的 addSource()方法：

DataStream<String> stream = env.addSource(...);

方法传入一个对象参数，需要实现 SourceFunction 接口；返回 DataStreamSource。这里的DataStreamSource 类继承自 SingleOutputStreamOperator 类，又进一步继承自 DataStream。所以很明显，读取数据的 source 操作是一个算子，得到的是一个数据流（DataStream）。
这里可能会有些麻烦：传入的参数是一个“源函数”（source function），需要实现SourceFunction 接口。这是何方神圣，又该怎么实现呢？自己去实现它显然不会是一件容易的事。好在 Flink 直接提供了很多预实现的接口，此外还有很多外部连接工具也帮我们实现了对应的 source function，通常情况下足以应对我们的实际需求。

1、准备工作

为了更好地理解，我们先构建一个实际应用场景。比如网站的访问操作，可以抽象成一个三元组（用户名，用户访问的 urrl，用户访问 url 的时间戳），所以在这里，我们可以创建一个类 Event，将用户行为包装成它的一个对象。

代码如下：

public class Event {
    public String user;
    public String url;
    public Long timestamp;

    public Event() {
    }

    public Event(String user, String url, Long timestamp) {
        this.user = user;
        this.url = url;
        this.timestamp = timestamp;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Event{" +
                "user='" + user + '\'' +
                ", url='" + url + '\'' +
                ", timestamp=" + new Timestamp(timestamp) +
                '}';
    }
}

这里需要注意，我们定义的 Event，有这样几个特点：
⚫ 类是公有（public）的
⚫ 有一个无参的构造方法
⚫ 所有属性都是公有（public）的
⚫ 所有属性的类型都是可以序列化的
我们这里自定义的 Event POJO 类会在后面的代码中频繁使用，所以在后面的代码中碰到Event，把这里的 POJO 类导入就好了。

2、读取有界流数据

2.1、从文件读取数据

真正的实际应用中，自然不会直接将数据写在代码中。
通常情况下，我们会从存储介质中获取数据，一个比较常见的方式就是读取日志文件。这也是批处理中最常见的读取方式。

DataStreamSource<String> stream1 = env.readTextFile("input/clicks.txt");

说明:
⚫ 参数可以是目录，也可以是文件；
⚫ 路径可以是相对路径，也可以是绝对路径；
⚫ 相对路径是从系统属性 user.dir 获取路径: idea 下是 project 的根目录, standalone 模式下是集群节点根目录；
⚫ 也可以从 hdfs 目录下读取, 使用路径 hdfs://…, 由于 Flink 没有提供 hadoop 相关依赖,
需要 pom 中添加相关依赖:

<dependency>
	 <groupId>org.apache.hadoop</groupId>
	 <artifactId>hadoop-client</artifactId>
	 <version>2.7.5</version>
	 <scope>provided</scope>
</dependency>

2.2、从集合中读取数据

最简单的读取数据的方式，就是在代码中直接创建一个 Java 集合，然后调用执行环境的fromCollection 方法进行读取。这相当于将数据临时存储到内存中，形成特殊的数据结构后，作为数据源使用，一般用于测试。

public static void main(String[] args) throws Exception {
        //创建执行环境
        StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
        env.setParallelism(1);
        
        //从集合中读取数据
        ArrayList<Integer> nums = new ArrayList<>();
        nums.add(2);
        nums.add(5);
        DataStreamSource<Integer> numStream = env.fromCollection(nums);
        
        ArrayList<Event> events = new ArrayList<>();
        events.add(new Event("Mary","./home",1000L));
        events.add(new Event("Bob","./cart",2000L));
        events.add(new Event("Alice","./home",3000L));
        DataStreamSource<Event> stream2 = env.fromCollection(events);
        
        stream1.print("1");
        numStream.print("nums");
        stream2.print("2");
        
        env.execute();
}

我们也可以不构建集合，直接将元素列举出来，调用 fromElements 方法进行读取数据：

//从元素中读取数据
        DataStreamSource<Event> stream3 = env.fromElements(
                new Event("Mary", "./home", 1000L),
                new Event("Bob", "./cart", 2000L),
                new Event("Alice", "./home", 3000L)
        );
        stream3.print("3");

2.3、从 Socket 读取数据

不论从集合还是文件，我们读取的其实都是有界数据。在流处理的场景中，数据往往是无
界的。
一个简单的方式，就是读取 socket 文本流。这种方式由于吞吐量小、稳定性较差，一般也是用于测试。

DataStreamSource<String> stream4 = env.socketTextStream("localflink", 7777);

2.4、☆从 Kafka 读取数据☆（重要）

Kafka 作为分布式消息传输队列，是一个高吞吐、易于扩展的消息系统。而消息队列的传输方式，恰恰和流处理是完全一致的。所以可以说 Kafka 和 Flink 天生一对，是当前处理流式数据的双子星。在如今的实时流处理应用中，由 Kafka 进行数据的收集和传输，Flink 进行分析计算，这样的架构已经成为众多企业的首选。

//5.从kafka中读取数据
        Properties properties = new Properties();
        properties.setProperty("bootstrap.server","localflink:9092");
        properties.setProperty("group.id", "consumer-group");
        properties.setProperty("key.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");
        properties.setProperty("value.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");
        properties.setProperty("auto.offset.reset", "latest");
        DataStreamSource<String> kafkaStream = env.addSource(new FlinkKafkaConsumer<String>("clicks", new SimpleStringSchema(), properties));
        kafkaStream.print();
        env.execute();

创建 FlinkKafkaConsumer 时需要传入三个参数：
⚫ 第一个参数 topic，定义了从哪些主题中读取数据。可以是一个 topic，也可以是topic列表，还可以是匹配所有想要读取的 topic 的正则表达式。当从多个 topic 中读取数据 时，Kafka 连接器将会处理所有 topic 的分区，将这些分区的数据放到一条流中去。
⚫ 第二个参数是一个DeserializationSchema 或者KeyedDeserializationSchema。Kafka 消息被存储为原始的字节数据，所以需要反序列化成 Java 或者 Scala 对象。上面代码中使用的 SimpleStringSchema，是一个内置的 DeserializationSchema，它只是将字节数组简单地反序列化成字符串。DeserializationSchema 和 KeyedDeserializationSchema 是公共接口，所以我们也可以自定义反序列化逻辑。
⚫ 第三个参数是一个 Properties 对象，设置了 Kafka 客户端的一些属性。

2.5、自定义 Source

大多数情况下，前面的数据源已经能够满足需要。但是凡事总有例外，如果遇到特殊情况，我们想要读取的数据源来自某个外部系统，而 flink 既没有预实现的方法、也没有提供连接器，又该怎么办呢？
那就只好自定义实现 SourceFunction 了。
接下来我们创建一个自定义的数据源，实现 SourceFunction 接口。主要重写两个关键方法：run()和 cancel()。
⚫ run()方法：使用运行时上下文对象（SourceContext）向下游发送数据；
⚫ cancel()方法：通过标识位控制退出循环，来达到中断数据源的效果。
代码如下：
先自定义一下数据源：

public class ClickSource implements SourceFunction<Event> {
    //声明一个标志位
    private Boolean running=true;

    @Override
    public void run(SourceContext<Event> ctx) throws Exception {
        //随机生成数据
        Random random = new Random();
        //定义字段选取的数据集
        String[] users = {"Mary","Alice","Bob","Cary"};
        String[] urls = {"./home","./cart","./fav","./prod?id=100","./prod?id=200"};

        //循环生成数据
        while (running){
            String user = users[random.nextInt(users.length)];
            String url = urls[random.nextInt(urls.length)];
            Long timeStamp = Calendar.getInstance().getTimeInMillis();
            ctx.collect(new Event(user,url,timeStamp));
            Thread.sleep(1000L);
        }
    }
    @Override
    public void cancel() {
        running=false;
    }
}

这个数据源，我们后面会频繁使用，所以在后面的代码中涉及到 ClickSource()数据源，使用上面的代码就可以了。
下面的代码我们来读取一下自定义的数据源。有了自定义的 source function，接下来只要
调用 addSource()就可以了：

public class SourceCustomTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
        env.setParallelism(1);

        DataStreamSource<Event> customStream = env.addSource(new ClickSource());

        customStream.print();

        env.execute();
    }
}

这里要注意的是 SourceFunction 接口定义的数据源，并行度只能设置为 1，如果数据源设置为大于 1 的并行度，则会抛出异常。
如果我们想要自定义并行的数据源的话，需要使用 ParallelSourceFunction，示例程序
如下：

public class SourceCustomTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
        env.setParallelism(4);

//        DataStreamSource<Event> customStream = env.addSource(new ClickSource());
        DataStreamSource<Integer> customStream = env.addSource(new ParallelCustomSource()).setParallelism(2);

        customStream.print();

        env.execute();
    }

    public static class ParallelCustomSource implements ParallelSourceFunction<Integer>{
        private Boolean running = true;
        private Random random = new Random();



        @Override
        public void run(SourceContext<Integer> ctx) throws Exception {
            while(running){
                ctx.collect(random.nextInt());
            }

        }

        @Override
        public void cancel() {

        }
    }
}

三、Flink的DataStream API的使用------转换算子（Transformation）

转换算子这一节请点击超链接阅读
https://blog.csdn.net/weixin_44328192/article/details/127049140

四、Flink的DataStream API的使用------输出算子（Sink）

输出算子这一节请点击超链接阅读
https://blog.csdn.net/weixin_44328192/article/details/127076297