第七章.Flink EventTime 与 Window

7.1 EventTime 的引入

在 Flink 的 流 式 处 理中 ， 绝 大 部 分 的 业务都 会 使 用 eventTime，一般只在 eventTime 无法使用时，才会被迫使用 ProcessingTime 或者 IngestionTime。
如果要使用 EventTime，那么需要引入 EventTime 的时间属性，引入方式如下所
示：

val env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
// 从调用时刻开始给 env 创建的每一个 stream 追加时间特征
env.setStreamTimeCharacteristic(TimeCharacteristic.EventTime)

7.2 Watermark

7.2.1 基本概念

我们知道，流处理从事件产生，到流经 source，再到 operator，中间是有一个过
程和时间的，虽然大部分情况下，流到 operator 的数据都是按照事件产生的时间顺
序来的，但是也不排除由于网络等原因，导致乱序的产生，所谓乱序，就是指 Flink
接收到的事件的先后顺序不是严格按照事件的 Event Time 顺序排列的。

微信截图_20190524102135.png

那么此时出现一个问题，一旦出现乱序，如果只根据 eventTime 决定 window 的
运行，我们不能明确数据是否全部到位，但又不能无限期的等下去，此时必须要有
个机制来保证一个特定的时间后，必须触发 window 去进行计算了，这个特别的机
制，就是 Watermark。
Watermark 是一种衡量 Event Time 进展的机制，它是数据本身的一个隐藏属性，
数据本身携带着对应的 Watermark。
Watermark 是 用 于 处 理 乱 序 事 件 的 ， 而 正 确 的 处 理 乱 序 事 件 ， 通 常 用 Watermark 机制结合 window 来实现。
数据流中的 Watermark 用于表示 timestamp 小于 Watermark 的数据，都已经 到达了，因此，window 的执行也是由 Watermark 触发的。
Watermark 可以理解成一个延迟触发机制，我们可以设置 Watermark 的延时 时 长 t， 每 次 系 统 会 校 验 已 经 到 达 的 数 据 中 最 大 的 maxEventTime， 然 后 认 定 eventTime 小于 maxEventTime - t 的所有数据都已经到达，如果有窗口的停止时间 等于 maxEventTime – t，那么这个窗口被触发执行。
有序流的 Watermarker 如下图所示：（Watermark 设置为 0）

微信截图_20190524102517.png

乱序流的 Watermarker 如下图所示：（Watermark 设置为 2）

微信截图_20190524102726.png

当 Flink 接收到每一条数据时，都会产生一条 Watermark，这条 Watermark 就等于当前所有到达数据中的 maxEventTime - 延迟时长，也就是说，Watermark 是由数据携带的，一旦数据携带的 Watermark 比当前未触发的窗口的停止时间要 晚，那么就会触发相应窗口的执行。由于 Watermark 是由数据携带的，因此，如果 运行过程中无法获取新的数据，那么没有被触发的窗口将永远都不被触发。
上图中，我们设置的允许最大延迟到达时间为 2s，所以时间戳为 7s 的事件对应
的 Watermark 是 5s，时间戳为 12s 的事件的 Watermark 是 10s，如果我们的窗口 1
是 1s~5s，窗口 2 是 6s~10s，那么时间戳为 7s 的事件到达时的 Watermarker 恰好触
发窗口 1，时间戳为 12s 的事件到达时的 Watermark 恰好触发窗口 2。

7.2.2 Watermark 的引入

val env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
// 从调用时刻开始给 env 创建的每一个 stream 追加时间特征
env.setStreamTimeCharacteristic(TimeCharacteristic.EventTime)
val stream = env.socketTextStream("localhost", 11111).assignTimestampsAndWatermarks(
 new BoundedOutOfOrdernessTimestampExtractor[String](Time.milliseconds(200)) {
 override def extractTimestamp(t: String): Long = {
// EventTime 是日志生成时间，我们从日志中解析 EventTime
t.split(" ")(0).toLong
 }
})

7.3 EvnetTimeWindow API

当使用 EventTimeWindow 时，所有的 Window 在 EventTime 的时间轴上进行划
分，也就是说，在 Window 启动后，会根据初始的 EventTime 时间每隔一段时间划
分一个窗口，如果 Window 大小是 3 秒，那么 1 分钟内会把 Window 划分为如下的
形式：

[00:00:00,00:00:03)
[00:00:03,00:00:06)
...
[00:00:57,00:01:00)

如果 Window 大小是 10 秒，则 Window 会被分为如下的形式：

[00:00:00,00:00:10)
[00:00:10,00:00:20)
...
[00:00:50,00:01:00)

注意，窗口是左闭右开的，形式为：[window_start_time,window_end_time)。 Window 的设定无关数据本身，而是系统定义好了的，也就是说，Window 会一 直按照指定的时间间隔进行划分，不论这个 Window 中有没有数据，EventTime 在 这个 Window 期间的数据会进入这个 Window。
Window 会不断产生，属于这个 Window 范围的数据会被不断加入到 Window 中，
所有未被触发的 Window 都会等待触发，只要 Window 还没触发，属于这个 Window
范围的数据就会一直被加入到 Window 中，直到 Window 被触发才会停止数据的追
加，而当 Window 触发之后才接受到的属于被触发 Window 的数据会被丢弃。
Window 会在以下的条件满足时被触发执行：
 watermark 时间 >= window_end_time；
 在[window_start_time,window_end_time)中有数据存在。
我们通过下图来说明 Watermark、EventTime 和 Window 的关系。

微信截图_20190524104119.png

7.3.1 滚动窗口（TumblingEventTimeWindows）

// 获取执行环境
val env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
env.setStreamTimeCharacteristic(TimeCharacteristic.EventTime)
// 创建 SocketSource
val stream = env.socketTextStream("localhost", 11111)
// 对 stream 进行处理并按 key 聚合
val streamKeyBy = stream.assignTimestampsAndWatermarks(
 new BoundedOutOfOrdernessTimestampExtractor[String](Time.milliseconds(3000)) {
override def extractTimestamp(element: String): Long = {
 val sysTime = element.split(" ")(0).toLong
 println(sysTime)
 sysTime
}}).map(item => (item.split(" ")(1), 1)).keyBy(0)
// 引入滚动窗口
val streamWindow = streamKeyBy.window(TumblingEventTimeWindows.of(Time.seconds(10)))
// 执行聚合操作
val streamReduce = streamWindow.reduce(
 (item1, item2) => (item1._1, item1._2 + item2._2)
)
// 将聚合数据写入文件
streamReduce.print
// 执行程序
env.execute("TumblingWindow")

结果是按照 Event Time 的时间窗口计算得出的，而无关系统的时间（包括输入 的快慢）。

7.3.2 滑动窗口（SlidingEventTimeWindows）

// 获取执行环境
val env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
env.setStreamTimeCharacteristic(TimeCharacteristic.EventTime)
// 创建 SocketSource
val stream = env.socketTextStream("localhost", 11111)
// 对 stream 进行处理并按 key 聚合
val streamKeyBy = stream.assignTimestampsAndWatermarks(
 new BoundedOutOfOrdernessTimestampExtractor[String](Time.milliseconds(0)) {
override def extractTimestamp(element: String): Long = {
 val sysTime = element.split(" ")(0).toLong
 println(sysTime)
 sysTime
}}).map(item => (item.split(" ")(1), 1)).keyBy(0)
// 引入滚动窗口
val streamWindow = streamKeyBy.window(SlidingEventTimeWindows.of(Time.seconds(10), 
Time.seconds(5)))
// 执行聚合操作
val streamReduce = streamWindow.reduce(
 (item1, item2) => (item1._1, item1._2 + item2._2)
)
// 将聚合数据写入文件
streamReduce.print
// 执行程序
env.execute("TumblingWindow")

7.3.3 会话窗口（EventTimeSessionWindows）

相邻两次数据的 EventTime 的时间差超过指定的时间间隔就会触发执行。如果
加入 Watermark，那么当触发执行时，所有满足时间间隔而还没有触发的 Window 会
同时触发执行。

// 获取执行环境
val env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
env.setStreamTimeCharacteristic(TimeCharacteristic.EventTime)
// 创建 SocketSource
val stream = env.socketTextStream("localhost", 11111)
// 对 stream 进行处理并按 key 聚合
val streamKeyBy = stream.assignTimestampsAndWatermarks(
 new BoundedOutOfOrdernessTimestampExtractor[String](Time.milliseconds(0)) {
override def extractTimestamp(element: String): Long = {
 val sysTime = element.split(" ")(0).toLong
 println(sysTime)
 sysTime
}}).map(item => (item.split(" ")(1), 1)).keyBy(0)
// 引入滚动窗口
val streamWindow = streamKeyBy.window(EventTimeSessionWindows.withGap(Time.seconds(5)))
// 执行聚合操作
val streamReduce = streamWindow.reduce(
 (item1, item2) => (item1._1, item1._2 + item2._2)
)
// 将聚合数据写入文件
streamReduce.print
// 执行程序
env.execute("TumblingWindow")