【API篇】七、Flink窗口

在批处理统计中，可以等待一批数据都到齐后，统一处理。但是在无界流的实时处理统计中，是来一条就得处理一条，那么如何统计最近一段时间内的数据呢？ ⇒ 窗口的概念：将无限数据切割成一个个的"数据块"

1、窗口

Flink的窗口，可以理解为一个桶，水龙头下面的水桶的桶，窗口把无限流切割成一个个存储桶，流中数据被分发到对应的桶，再按需对每个桶中收集的数据做计算。

2、分类

按照驱动类型分

即按照窗口怎么去截取数据来分：

• 时间窗口：以时间点来定义窗口的开始和结束，定点发车，到点窗口就不再收集数据，且触发计算和窗口的销毁关闭
• 计数窗口：基于当前窗口里的元素个数，人齐发车

按窗口数据分配规则：

滚动窗口：

• 固定大小，均匀切片
• 窗口之间首位相接，没有重叠，也没有间隔
• 每个数据都会被分配到一个窗口，且只会属于一个窗口
• 关键参数：窗口大小Windows size，可以时时长，也可以时元素数

滑动窗口：

• 窗口大小固定，但不是首尾相接
• 关键参数：窗口大小windows size、滑动步长windows slide，滑动步长即代表计算频率
• 滑动步长小于窗口大小时，出现重叠，此时的数据可能会被同时分配到多个窗口（size除以slide）
• 滚动窗口即size=slide的滑动窗口
• 举例：计算最近一个小时的订单数，每10分钟输出一次，即窗口长度一小时，滑动步长10分钟

会话窗口：

• 基于会话来分割数据
• 参数：会话超时时间size
• 相邻两条数据的间隔大于会话超时时间时，切割一次，开新的窗口
• 会话窗口长度不是固定的
• 会话窗口不会重叠，且留至少为size的间隔（session gap）
• 举个例子：上一条数据走了十分钟后，下一条数据还没有到来，即默认会话中止，下次数据来时开启新的会话窗口。关键词：间隔多久没有数据进来

全局窗口：

• 把相同key的所有数据都分配到同一个窗口
• 全局窗口没有结束时间点
• 窗口没结束时，默认不触发计算，因此需要自定义触发器才能做计算。比如Flink的计数窗口底层就是全局窗口

3、窗口API概览

调用窗口API前，要确定是否是基于按键分区（Keyed）的数据流KeyedStream来开窗，即调用窗口算子之前，是否有keyBy操作，按键分区的窗口：

• 对DataStream先keyby，此时数据流被分成多条逻辑流，即一个个KeyedStream
• 基于KeyedStream做窗口操作，窗口计算会在多个并行子任务上同时执行
• 相同key的数据会被发送到同一个并行子任务，而窗口操作会基于每个key进行单独的处理

stream.keyBy(...)
       .window(...)

对于非按键分区的窗口操作，原始的DataStream就不会分成多条逻辑流，这时窗口逻辑只能在一个任务（task）上执行，就相当于强行把并行度变成了1

stream.windowAll(...)

对于非按键分区的窗口操作，手动调大窗口算子的并行度也是无效的，windowAll本身就是一个非并行的操作。

对于窗口的操作，分为窗口分配器和窗口函数，前者指明了窗口的类型，是时间窗口、计数窗口、滑动、滚动还是会话窗口。后者定义窗口数据的计算和处理逻辑

stream.keyBy(<key selector>)
       .window(<window assigner>)
       .aggregate(<window function>)

4、窗口分配器

时间窗口

时间窗口是最常用的窗口类型，又可以细分为滚动、滑动和会话三种：

• 滚动

stream.keyBy(...)
       .window(TumblingProcessingTimeWindows.of(Time.seconds(5)))  //长度为5秒的滚动窗口
       .aggregate(...)

• 滑动

stream.keyBy(...)
		//长度为10秒、滑动步长为5秒的滑动窗口
       .window(SlidingProcessingTimeWindows.of(Time.seconds(10)，Time.seconds(5)))
       .aggregate(...)

• 会话

stream.keyBy(...)
       .window(ProcessingTimeSessionWindows.withGap(Time.seconds(10)))  //会话的超时时间
       .aggregate(...)

看完window方法的传参，窗口分配器由类xxxEventTimeWindows提供：

//滚动
stream.keyBy(...)
       .window(TumblingEventTimeWindows.of(Time.seconds(5)))
       .aggregate(...)

//滑动
stream.keyBy(...)
       .window(SlidingEventTimeWindows.of(Time.seconds(10)，Time.seconds(5)))
       .aggregate(...)

//会话
stream.keyBy(...)
       .window(EventTimeSessionWindows.withGap(Time.seconds(10)))
       .aggregate(...)

计数窗口

• 滚动计数

stream.keyBy(...)
       .countWindow(10)

• 滑动计数

stream.keyBy(...)
       .countWindow(10，3)  //传入两个参数：size和slide

全局窗口

全局窗口是计数窗口的底层实现，一般在需要自定义窗口时使用。它的定义同样是直接调用.window()，分配器由GlobalWindows类提供。

stream.keyBy(...)
       .window(GlobalWindows.create());

使用全局窗口，必须自行定义触发器才能实现窗口计算，否则不起作用。