【基础篇】二、Flink的批处理和流处理API

0、demo模块创建

创建个纯Maven工程来做演示，引入Flink的依赖：（注意不同本版需要导入的依赖不一样，这里是1.17版本）

<properties>
	<flink.version>1.17.0flink.version>
properties>


<dependencies>
	
	<dependency>
		<groupId>org.apache.flinkgroupId>
		<artifactId>flink-streaming-javaartifactId>
		<version>${flink.version}version>
	dependency>

	
	<dependency>
		<groupId>org.apache.flinkgroupId>
		<artifactId>flink-clientsartifactId>
		<version>${flink.version}version>
	dependency>
dependencies>

下面写Demo，演示用Flink提供的API统计txt文件里每个单词出现的频次，测试文件位置project目录/input/words.txt，文件内容：

hello flink
hello world
hello java

1、批处理有界流

基本步骤：

• 创建执行环境
• 读取数据
• 处理数据
• 输出

处理数据，包括把从文本读取的每一行String按空格切分成单词 ⇒ 转换二元组（word,1） ⇒ 按二元组的第一个词来分组 ⇒ 按二元组的第二个词来聚合（如求和）

import org.apache.flink.api.common.typeinfo.Types;
import org.apache.flink.api.java.ExecutionEnvironment;
import org.apache.flink.api.java.operators.AggregateOperator;
import org.apache.flink.api.java.operators.DataSource;
import org.apache.flink.api.java.operators.FlatMapOperator;
import org.apache.flink.api.java.operators.UnsortedGrouping;
import org.apache.flink.api.java.tuple.Tuple2;
import org.apache.flink.util.Collector;

public class BatchWordCount {

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

        // 1. 创建执行环境
        ExecutionEnvironment env = ExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
        
        // 2. 从文件读取数据  按行读取(存储的元素就是每行的文本)，获得数据源对象
        DataSource<String> lineDS = env.readTextFile("input/words.txt");
        
        // 3. 转换数据格式（调用数据源对象的flatMap方法）
        FlatMapOperator<String, Tuple2<String, Long>> wordAndOne = lineDS.flatMap(new FlatMapFunction<String, Tuple2<String, Long>>() {

            @Override
            public void flatMap(String line, Collector<Tuple2<String, Long>> out) throws Exception {
				
				//按照空格切分单词
                String[] words = line.split(" ");  
				
				//将每个单词转为二元组Tuple2
                for (String word : words) {
                
					Tuple2<String,Long> wordTuple2 = Tuple2.of(word,1L);
					//使用采集器向下游发送数据，这里将转成二元组的数据继续向下发
                    out.collect(wordTuple2);
                }
            }
        });

        // 4. 此时数据已经变成了(word，1)格式，下面按照 word 进行分组
        //按二元组的第一个元素（索引为0）来分组
        UnsortedGrouping<Tuple2<String, Long>> wordAndOneUG = wordAndOne.groupBy(0);
        
        // 5. 分组内聚合统计（按二元组的第二个元素来聚合，第二个元素索引为1）
        AggregateOperator<Tuple2<String, Long>> sum = wordAndOneUG.sum(1);

        // 6. 打印结果到控制台
        sum.print();
    }
}

//Ctrl+P看下方法的传参提示

FlatMapFunction接口的泛型，第一个为输入Flink的数据类型，第二个为你从Flink输出的类型，也就是你想转换成的类型。比如上面需要把从文本读取的String，分割后转为（word,1)的形式，即String转二元组Tuple2，那就是FlatMapFunction>

flatMap方法的形参是一个FlatMapFunction类型的对象，FlatMapFunction是一个接口，new接口的对象得实现它的方法flatMap，该方法两个形参，第一个即进入Flink的源数据，demo中是String，第二个参数是Collector类型的收集器，向下游发送数据

//复习：这种直接用匿名内部类来new接口的对象的方式下面用的很多，复习下
//有一个接口A，里面有抽象方法a()
interface A{
	void a();
}
//此时new A的对象，可以先写一个它的实现类AImpl，再重写接口的抽象方法，然后A a = new AImpl();
class AImpl implements A{
	@Overrdie
	void a(){
	}
}
A a = new AImpl();

//但这样写很繁琐，直接匿名内部类：
new A(){
	@Overrdie
	void a(){
	}
}

运行结果：

注意，以上的实现是基于DataSet API，即批处理，而Flink是流批统一的处理架构，Flink 1.12开始，官方推荐的做法是直接使用DataStream API，DataStream API更加强大，可以直接处理批处理和流处理的所有场景。该API下，想进行批处理，可：

//在提交任务时通过将执行模式设为BATCH来进行批处理
$ bin/flink run -Dexecution.runtime-mode=BATCH BatchWordCount.jar

上面的DataSet API仅做个演示，以后不用这种API。

2、流处理有界流

继续读words.txt，统计单词频次，这次用流处理：

import org.apache.flink.api.common.typeinfo.Types;
import org.apache.flink.api.java.tuple.Tuple2;
import org.apache.flink.streaming.api.datastream.DataStreamSource;
import org.apache.flink.streaming.api.datastream.SingleOutputStreamOperator;
import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;
import org.apache.flink.util.Collector;
import java.util.Arrays;

public class StreamWordCount {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
    
        // 1. 创建流式的执行环境
        StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
        
        // 2. 读取文件
        DataStreamSource<String> lineStream = env.readTextFile("input/words.txt");
        
        // 3. 转换、分组、求和，得到统计结果
        SingleOutputStreamOperator<Tuple2<String, Long>> sum = lineStream.flatMap(new FlatMapFunction<String, Tuple2<String, Long>>() {
            @Override
            public void flatMap(String line, Collector<Tuple2<String, Long>> out) throws Exception {

                String[] words = line.split(" ");

                for (String word : words) {
                    out.collect(Tuple2.of(word, 1L));
                }
            }
        }).keyBy(data -> data.f0)  //分组 ，类比Person -> Person.age，fo是二元组类的一个属性名
           .sum(1);   //聚合，链式编程

        // 4. 打印
        sum.print();
        
        // 5. 执行，因为是流，要手动触发开始执行
        env.execute();
    }
}

注意流处理下的分组用的keyBy方法，该方法的传参是一个KeySelector接口类型，接口中有一个getKey方法，给我们定义如何从数据中提取到分组的字段。根据源码中getKey的返回类型和形参类型分析，可以得出结论：KeySelector接口上的泛型，第一个是数据类型，从哪个类型的数据中提取分组的字段key，第二个泛型则是分组的时候，分组的字段类型是啥。

因为该接口有@FunctionalInterface注解标识，即是可以用Lambda表达式，上面代码中就是Lambad的写法，展开就是这样：

可以看出，写Lambda省事，KeySelector的泛型也不用分析了，运行下：

和批处理相比，流处理的代码：

• 创建执行环境的不同，流处理程序使用的是StreamExecutionEnvironment
• 转换处理之后，得到的数据对象类型不同，流处理为DataStreamSource
• 流处理分组操作调用的是keyBy方法，可以传入一个匿名函数作为键选择器（KeySelector），指定当前分组的key是什么
• 流处理代码末尾需要多调用env的execute方法，开始执行任务

3、流处理无界流

在实际的生产环境中，真正的数据流其实是无界的，有开始却没有结束，这就要求我们需要持续地处理捕获的数据。下面监听一台Linux主机的socket端口，然后向该端口不断的发送数据，模拟一个无界流的数据源。

import org.apache.flink.api.common.typeinfo.Types;
import org.apache.flink.api.java.tuple.Tuple2;
import org.apache.flink.streaming.api.datastream.DataStreamSource;
import org.apache.flink.streaming.api.datastream.SingleOutputStreamOperator;
import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;
import org.apache.flink.util.Collector;

import java.util.Arrays;

public class SocketStreamWordCount {

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

        // 1. 创建流式执行环境
        StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
        
        // 2. 读取文本流：选择socket方法，传入发送端主机名、9527表示端口号
        DataStreamSource<String> lineStream = env.socketTextStream(10.6.134.81, 9527);
        
        // 3. 转换、分组、求和，得到统计结果
        //这里用匿名内部类写FlatMapFunction接口的对象
        //形参列表拿过来，加一个箭头，后面{}里写逻辑，很像映射
        SingleOutputStreamOperator<Tuple2<String, Long>> sum = lineStream.flatMap((String line, Collector<Tuple2<String, Long>> out) -> {
            String[] words = line.split(" ");

            for (String word : words) {
                out.collect(Tuple2.of(word, 1L));
            }
            
        }).returns(Types.TUPLE(Types.STRING, Types.LONG))   //消除Java泛型擦除的问题，注意这个Type类是Flink包下的
                .keyBy(data -> data.f0)  //分组
                .sum(1);  //聚合

        // 4. 打印
        sum.print();
        
        // 5. 执行
        env.execute();
    }
}

启动程序前，先去Linux主机启动监听：

# 监听9527端口，l即保持连接
nc -lk 9527

Linux里你可能遇到的坑一：

# 安装
yum install -y netcat
# 或者
yum install -y nc

坑二：启动Flink程序后超时连接异常

# 原因：你代码里写的那个端口未开放出来

systemctl status firewalld # 应该是开着的active状态
# systemctl start firewalld

firewall-cmd --add-port 9527/tcp --permanent
firewall-cmd --reload
# 再看下，你的端口应该出来了
firewall-cmd --list-ports

此时启动Flink程序，可以发现程序启动之后没有任何输出、也不会退出。这是正常的，因为Flink的流处理是事件驱动的，当前程序会一直处于监听状态，只有接收到数据才会执行任务、输出统计结果。向Linux主机输入hello flink，Flink程序中输出：

3> (flink,1)
5> (hello,1)

再输入hello world，Flink程序中输出：

2> (world,1)
5> (hello,2)

开两个窗口，体验一下流的概念，来一个处理一个，不像批处理，程序直接就执行结束exit code 0 了

4、The generic type parameters of ‘Collector’ are missing

Flink还具有一个类型提取系统，可以分析函数的输入和返回类型，自动获取类型信息，从而获得对应的序列化器和反序列化器。但是，由于Java中泛型擦除的存在，在某些特殊情况下（比如Lambda表达式中），自动提取的信息是不够精细的——只告诉Flink当前的元素由“船头、船身、船尾”构成，根本无法重建出“大船”的模样；这时就需要显式地提供类型信息，才能使应用程序正常工作或提高其性能。

上面flatMap里传入的Lambda表达式，系统只能推断出返回的是Tuple2类型，而无法得到Tuple2。只有显式地告诉系统当前的返回类型，才能正确地解析出完整数据。

(Types.TUPLE(Types.STRING, Types.Integer)
//即二元组的第一个元素类型为String，第二个元素为Integer
//注意Types类是Flink包下的