Flink多流处理之Broadcast(广播变量)

写过Spark批处理的应该都知道,有一个广播变量broadcast这样的一个算子,可以优化我们计算的过程,有效的提高效率;同样在Flink中也有broadcast,简单来说和Spark中的类似,但是有所区别,首先Spark中的broadcast是静态的数据,而Flink中的broadcast是动态的,也就是源源不断的数据流.在Flink中会将广播的数据存到state中.

在Flink中主流数据可以获取state中的所有状态数据,使用过window的应该都清楚,当两个streamData中的数据到达窗口的时间刚好错过时就会发生关联不上的情况,如window是2S,sreamData1到达窗口的时间刚好卡在这个2S窗口的尾端,而streamData到达窗口时,这个窗口已经结束了,这种情况就算这两条数据有相同id也无法进行关联了.
但是broadcast会将到达的数据都存储在state中,这样主流到达的每一条数据都可以和state中的广播流数据进行关联比较.

流程图内容可能不够准确,只是为了看起来方便理解.

• 数据源

  # 主流数据
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  # 广播流数据
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• 代码

  import org.apache.flink.api.common.state.BroadcastState;
  import org.apache.flink.api.common.state.MapStateDescriptor;
  import org.apache.flink.api.common.state.ReadOnlyBroadcastState;
  import org.apache.flink.api.common.typeinfo.TypeHint;
  import org.apache.flink.api.common.typeinfo.TypeInformation;
  import org.apache.flink.api.java.tuple.Tuple2;
  import org.apache.flink.api.java.tuple.Tuple3;
  import org.apache.flink.streaming.api.datastream.*;
  import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;
  import org.apache.flink.streaming.api.functions.co.BroadcastProcessFunction;
  import org.apache.flink.util.Collector;
  
  /**
   * @Author: J
   * @Version: 1.0
   * @CreateTime: 2023/8/11
   * @Description: 多流操作-广播流
   **/
  public class FlinkBroadcast {
      public static void main(String[] args) throws Exception {
          // 构建流环境
          StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
          // 设置并行度
          env.setParallelism(3);
          // 数据集源1作为主流数据(用户行为日志[id,behavior,date])
          DataStreamSource<String> sourceStream1 = env.socketTextStream("localhost", 1234);
          // 将字符串切割处理
          SingleOutputStreamOperator<Tuple3<String, String, String>> mainSourceStream = sourceStream1.map(str -> Tuple3.of(str.split(",")[0], str.split(",")[1], str.split(",")[2])).returns(new TypeHint<Tuple3<String, String, String>>() {
          });
          // 数据源2作为广播流数据(用户信息(id,name))
          DataStreamSource<String> sourceStream2 = env.socketTextStream("localhost", 5678);
          // 将字符串切割处理
          SingleOutputStreamOperator<Tuple2<String, String>> mapStream2 = sourceStream2.map(str -> Tuple2.of(str.split(",")[0], str.split(",")[1])).returns(new TypeHint<Tuple2<String, String>>() {
          });
          // 将广播流数据源进行广播
          /**
           *参数说明
           * 这里需要我们传入一个MapStateDescriptor,其实就是一个Map结构的数据
           * >,第一个String类型就是广播流和主流连接的字段,在这个代码中就是id,由实际业务决定
           * >,第二个Tuple2就是实际广播数据流的数据,由实际业务决定
           * "userInfo"就是给一个名字,这个自定义无强制要求
           **/
          // 先构建一个状态,后面也会使用
          MapStateDescriptor<String, Tuple2<String, String>> userInfoState = new MapStateDescriptor<>("userInfo", TypeInformation.of(String.class), TypeInformation.of(new TypeHint<Tuple2<String, String>>() {
          }));
          BroadcastStream<Tuple2<String, String>> userInfoBroadStream = mapStream2.broadcast(userInfoState);
  
          // 将主流数据和广播流数据使用connect连接
          /**
           * 我们将数据转变成广播流之后,在Flink中也不知哪个数据流需要使用这个广播流(userInfoBroadStream),
           * 这个时候就需要我们自己将主流数据和该广播流数据进行连接
           **/
          BroadcastConnectedStream<Tuple3<String, String, String>, Tuple2<String, String>> connectedStream = mainSourceStream.connect(userInfoBroadStream);
  
          /**
           * 在process()中有两类函数供我们选择,KeyedBroadcastProcessFunction和BroadcastProcessFunction,
           * 这里要注意当"connectedStream"是KeyedStream时选择KeyedBroadcastProcessFunction
           * 当"connectedStream"不是KeyedStream时选择BroadcastProcessFunction就可以.
           * 使用keyBy算子返回的就是KeyedStream
           **/
          SingleOutputStreamOperator<String> resultStream = connectedStream.process(new BroadcastProcessFunction<Tuple3<String, String, String>, Tuple2<String, String>, String>() {
  
              // 这个方法写主流数据处理逻辑
              @Override
              public void processElement(Tuple3<String, String, String> value, BroadcastProcessFunction<Tuple3<String, String, String>, Tuple2<String, String>, String>.ReadOnlyContext ctx, Collector<String> out) throws Exception {
                  /**
                   * 要注意,这里我们最好从ReadOnlyContext来获取广播状态数据,因为获取只读的状态数据可以保证数据的安全性,
                   * 如果是通过成员变量的方式获取可修改的状态数据,就会存在数据不安全的问题,如在代码逻辑中出现了对状态数据
                   * 修改的代码,那么共享此状态的并行算子可能看到的状态数据不一致,就会导致数据错误或者代码报错.
                   * 而使用ReadOnlyContext就可以保证processElement这个方法中我们只对状态数据进行读取.
                   **/
                  ReadOnlyBroadcastState<String, Tuple2<String, String>> broadcastState = ctx.getBroadcastState(userInfoState);
                  if (broadcastState != null) {
                      // 通过主流中的ID作为key获取广播变量中的用户信息
                      Tuple2<String, String> userInfo = broadcastState.get(value.f0);
                      // 输出数据的形式(id,behavior,date,name)
                      if (userInfo == null) {
                          out.collect(value.f0 + "," + value.f1 + "," + value.f2 + "," + "NULL");
                      } else {
                          out.collect(value.f0 + "," + value.f1 + "," + value.f2 + "," + userInfo.f1);
                      }
                  } else {
                      out.collect(value.f0 + "," + value.f1 + "," + value.f2 + "," + "NULL");
                  }
  
              }
  
              // 这个方法写广播流数据处理逻辑
              @Override
              public void processBroadcastElement(Tuple2<String, String> value, BroadcastProcessFunction<Tuple3<String, String, String>, Tuple2<String, String>, String>.Context ctx, Collector<String> out) throws Exception {
                  // 使用Context获取状态
                  BroadcastState<String, Tuple2<String, String>> broadcastState = ctx.getBroadcastState(userInfoState);
  
                  // 将数据存入到状态中
                  broadcastState.put(value.f0, value);
              }
          });
          // 打印结果
          resultStream.print();
  
          env.execute("Flink broadcast");
      }
  }
  

• 结果

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  代码内容就不进行详细解释了,注释基本都写清楚了,如有疑问可评论提问,共同探讨.