0基础学习PyFlink——个数滚动窗口(Tumbling Count Windows)

之前的案例中，我们的Source都是确定内容的数据。而Flink是可以处理流式（Streaming）数据的，就是数据会源源不断输入。

对于这种数据，我们称之为无界流，即没有“终止的界限”。但是程序在底层一定不能等着无止境的数据都传递结束再处理，因为“无止境”就意味着“终止的界限”触发计算的条件是不存在的。那么我们可以人为的给它设置一个“界”，这就是我们本节介绍的窗口。

Tumbling Count Windows

Tumbling Count Windows是指按元素个数计数的滚动窗口。
滚动窗口是指没有元素重叠的窗口，比如下面图是个数为2的窗口。（元素重叠的窗口我们会在《0基础学习PyFlink——个数滑动窗口（Sliding Count Windows）》介绍）

个数为3的窗口

我们用代码探索下这个概念

map

word_count_data = [
    ("A",2),("A",1),
    ("B",3),("B",1),("B",2),
    ("C",3),("C",1),("C",4),("C",2),
    ("D",3),("D",1),("D",4),("D",2),("D",5),
    ("E",3),("E",1),("E",4),("E",2),("E",6),("E",5)]

def word_count():
    env = StreamExecutionEnvironment.get_execution_environment()
    env.set_runtime_mode(RuntimeExecutionMode.STREAMING)
    # write all the data to one file
    env.set_parallelism(1)

    source_type_info = Types.TUPLE([Types.STRING(), Types.INT()])
    # define the source
    # mappging
    source = env.from_collection(word_count_data, source_type_info)
    # source.print()

    # keying
    keyed=source.key_by(lambda i: i[0]) 

这段代码构造了一个KeyedStream，用于存储word_count_data中的数据。
我们并没有让Source是流的形式，是因为为了降低例子复杂度。但是我们将runntime mode设置为流（STREAMING）模式。

reduce

我们需要定义一个Reduce类，用于对元组中的数据进行计算。这个类需要继承于WindowFunction，并实现相应方法（本例中是apply）。
apply会计算一个相同key的元素个数。比如key是“E”的元组个数是6。

class SumWindowFunction(WindowFunction[tuple, tuple, str, CountWindow]):
    def apply(self, key: str, window: CountWindow, inputs: Iterable[tuple]):
        return [(key,  len([e for e in inputs]))]

Window Size为2

    # reducing
    reduced=keyed.count_window(2) \
                .apply(SumWindowFunction(),
                       Types.TUPLE([Types.STRING(), Types.INT()]))

    # # define the sink
    reduced.print()

    # submit for execution
    env.execute()

(A,2)
(B,2)
(C,2)
(C,2)
(D,2)
(D,2)
(E,2)
(E,2)
(E,2)

• A的个数是2是因为A的确只有两个元组，而一个Size为2的Window正好承载了这两个元素。于是有（A,2）这个结果；
• B的个数是3。但是会产生两个窗口，第一个窗口承载了前两个元素，第二个窗口当前只有一个元素。于是第一个窗口进行了Reduce计算，得出一个(B,2)；第二个窗口还没进行reduce计算，就没有展现出结果；
• C有4个，正好可以被2个窗口承载。这样我们就看到2个(C,2)。
• D有5个，情况和B类似。它被分成了3个窗口，只有2个窗口满足个数条件，于是就输出2个(D,2)；最后一个窗口因为元素不够，就没尽兴reduce计算了。
• E有6个，正好被3个窗口承载。我们就看到3个(E,2)。
  

Window Size为3

    # reducing
    reduced=keyed.count_window(3) \
                .apply(SumWindowFunction(),
                       Types.TUPLE([Types.STRING(), Types.INT()]))

(B,3)
(C,3)
(D,3)
(E,3)
(E,3)

Window Size为4

    # reducing
    reduced=keyed.count_window(4) \
                .apply(SumWindowFunction(),
                       Types.TUPLE([Types.STRING(), Types.INT()]))

(C,4)
(D,4)
(E,4)

Window Size为5

    # reducing
    reduced=keyed.count_window(5) \
                .apply(SumWindowFunction(),
                       Types.TUPLE([Types.STRING(), Types.INT()]))

(D,5)
(E,5)

Window Size为6

    # reducing
    reduced=keyed.count_window(6) \
                .apply(SumWindowFunction(),
                       Types.TUPLE([Types.STRING(), Types.INT()]))

(E,6)

完整代码

from typing import Iterable

from pyflink.common import Types
from pyflink.datastream import StreamExecutionEnvironment, RuntimeExecutionMode, WindowFunction
from pyflink.datastream.window import CountWindow

class SumWindowFunction(WindowFunction[tuple, tuple, str, CountWindow]):
    def apply(self, key: str, window: CountWindow, inputs: Iterable[tuple]):
        return [(key,  len([e for e in inputs]))]


word_count_data = [
    ("A",2),("A",1),
    ("B",3),("B",1),("B",2),
    ("C",3),("C",1),("C",4),("C",2),
    ("D",3),("D",1),("D",4),("D",2),("D",5),
    ("E",3),("E",1),("E",4),("E",2),("E",6),("E",5)]

def word_count():
    env = StreamExecutionEnvironment.get_execution_environment()
    env.set_runtime_mode(RuntimeExecutionMode.STREAMING)
    # write all the data to one file
    env.set_parallelism(1)

    source_type_info = Types.TUPLE([Types.STRING(), Types.INT()])
    # define the source
    # mappging
    source = env.from_collection(word_count_data, source_type_info)
    # source.print()

    # keying
    keyed=source.key_by(lambda i: i[0]) 
    
    # reducing
    reduced=keyed.count_window(2) \
                .apply(SumWindowFunction(),
                       Types.TUPLE([Types.STRING(), Types.INT()]))

    # # define the sink
    reduced.print()

    # submit for execution
    env.execute()

if __name__ == '__main__':
    word_count()

参考资料

• https://nightlies.apache.org/flink/flink-docs-release-1.18/zh/docs/learn-flink/streaming_analytics/