Flink SQL --命令行的使用（02）

1、窗口函数： 

1、创建表：

-- 创建kafka 表
CREATE TABLE bid (
    bidtime  TIMESTAMP(3),
    price  DECIMAL(10, 2) ,
    item  STRING,
    WATERMARK FOR bidtime AS bidtime
) WITH (
  'connector' = 'kafka',
  'topic' = 'bid', -- 数据的topic
  'properties.bootstrap.servers' = 'master:9092,node1:9092,node2:9092', -- broker 列表
  'properties.group.id' = 'testGroup', -- 消费者组
  'scan.startup.mode' = 'latest-offset', -- 读取数据的位置earliest-offset latest-offset
  'format' = 'csv' -- 读取数据的格式
);

kafka-console-producer.sh --broker-list master:9092,node1:9092,node2:9092 --topic bid
2020-04-15 08:05:00,4.00,C
2020-04-15 08:07:00,2.00,A
2020-04-15 08:09:00,5.00,D
2020-04-15 08:11:00,3.00,B
2020-04-15 08:13:00,1.00,E
2020-04-15 08:17:00,6.00,F

2、滚动窗口：

        1、滚动的事件时间窗口：

-- TUMBLE: 滚动窗口函数，函数的作用时在原表的基础上增加[窗口开始时间，窗口结束时间，窗口时间]
-- TABLE；表函数，将里面函数的结果转换成动态表
SELECT * FROM 
TABLE(
   TUMBLE(TABLE bid, DESCRIPTOR(bidtime), INTERVAL '10' MINUTES)
);


-- 在基于窗口函数提供的字段进行聚合计算
-- 实时统计每隔商品的总的金额，每隔10分钟统计一次
SELECT 
    item,
    window_start,
    window_end,
    sum(price) as sum_price
FROM 
TABLE(
    -- 滚动的事件时间窗口
   TUMBLE(TABLE bid, DESCRIPTOR(bidtime), INTERVAL '10' MINUTES)
)
group by item,window_start,window_end;

        2、滚动的处理时间窗口：

CREATE TABLE words (
    word  STRING,
    proctime as PROCTIME() -- 定义处理时间，PROCTIME：获取处理时间的函数
) WITH (
  'connector' = 'kafka',
  'topic' = 'words', -- 数据的topic
  'properties.bootstrap.servers' = 'master:9092,node1:9092,node2:9092', -- broker 列表
  'properties.group.id' = 'testGroup', -- 消费者组
  'scan.startup.mode' = 'latest-offset', -- 读取数据的位置earliest-offset latest-offset
  'format' = 'csv' -- 读取数据的格式
);

kafka-console-producer.sh --broker-list master:9092,node1:9092,node2:9092 --topic words
java
spark

-- 在flink SQL中处理时间和事件时间的sql语法没有区别
SELECT * FROM 
TABLE(
   TUMBLE(TABLE words, DESCRIPTOR(proctime), INTERVAL '5' SECOND)
);


SELECT 
    word,window_start,window_end,
    count(1) as c
FROM 
TABLE(
   TUMBLE(TABLE words, DESCRIPTOR(proctime), INTERVAL '5' SECOND)
)
group by 
    word,window_start,window_end

3、滑动窗口：

-- HOP: 滑动窗口函数
-- 滑动窗口一条数据可能会落到多个窗口中

SELECT * FROM 
TABLE(
   HOP(TABLE bid, DESCRIPTOR(bidtime),INTERVAL '5' MINUTES, INTERVAL '10' MINUTES)
);


-- 每隔5分钟计算最近10分钟所有商品总的金额
SELECT 
     window_start,
     window_end,
     sum(price) as sum_price
FROM 
TABLE(
   HOP(TABLE bid, DESCRIPTOR(bidtime),INTERVAL '5' MINUTES, INTERVAL '10' MINUTES)
)
group by 
    window_start,window_end

4、会话窗口：

CREATE TABLE words (
    word  STRING,
    proctime as PROCTIME() -- 定义处理时间，PROCTIME：获取处理时间的函数
) WITH (
  'connector' = 'kafka',
  'topic' = 'words', -- 数据的topic
  'properties.bootstrap.servers' = 'master:9092,node1:9092,node2:9092', -- broker 列表
  'properties.group.id' = 'testGroup', -- 消费者组
  'scan.startup.mode' = 'latest-offset', -- 读取数据的位置earliest-offset latest-offset
  'format' = 'csv' -- 读取数据的格式
);

kafka-console-producer.sh --broker-list master:9092,node1:9092,node2:9092 --topic words
java
spark

select 
    word,
    SESSION_START(proctime,INTERVAL '5' SECOND) as window_start,
    SESSION_END(proctime,INTERVAL '5' SECOND) as window_end,
    count(1) as c
from 
    words
group by 
    word,SESSION(proctime,INTERVAL '5' SECOND);

2、OVER聚合：

        1、批处理：

在Flink中的批处理的模式，over函数和hive是一致的。

SET 'execution.runtime-mode' = 'batch';
-- 有界流
CREATE TABLE students_hdfs_batch (
    sid STRING,
    name STRING,
    age INT,
    sex STRING,
    clazz STRING
)WITH (
  'connector' = 'filesystem',           -- 必选：指定连接器类型
  'path' = 'hdfs://master:9000/data/student',  -- 必选：指定路径
  'format' = 'csv'                     -- 必选：文件系统连接器指定 format
);

-- row_number,sum,count,avg,lag,lead,max,min
-- 需要注意的是sum，sum在有排序的是聚合，在没有排序的是全局聚合。
--  获取每隔班级年龄最大的前两个学生

select * 
from(
    select 
    *,
    row_number() over(partition by clazz order by age desc) as r
    from 
    students_hdfs_batch
) as a
where r <=2

        2、流处理：

flink流处理中over聚合使用限制

        1、order by 字段必须是时间字段升序排序或者使用over_number时可以增加条件过滤

        2、在流处理里面，Flink中目前只支持按照时间属性升序定义的over的窗口。因为在批处理中，数据量的大小是固定的，不会有新的数据产生，所以在做排序的时候，只需要一次排序，所以排序字段可以随便指定，但是在流处理中，数据量是源源不断的产生，当每做一次排序的时候，就需要将之前的数据都取出来存储，随着时间的推移，数据量会不断的增加，在做排序时计算量非常大。但是按照时间的顺序，时间是有顺序的，可以减少计算的代价。

        3、也可以选择top N 也可以减少计算量。

        4、在Flink中做排序时，需要考虑计算代价的问题，一般使用的排序的字段是时间字段。

SET 'execution.runtime-mode' = 'streaming'; 
-- 创建kafka 表
CREATE TABLE students_kafka (
    sid STRING,
    name STRING,
    age INT,
    sex STRING,
    clazz STRING,
    proctime as PROCTIME()
) WITH (
  'connector' = 'kafka',
  'topic' = 'students', -- 数据的topic
  'properties.bootstrap.servers' = 'master:9092,node1:9092,node2:9092', -- broker 列表
  'properties.group.id' = 'testGroup', -- 消费者组
  'scan.startup.mode' = 'earliest-offset', -- 读取数据的位置earliest-offset latest-offset
  'format' = 'csv' -- 读取数据的格式
);
-- 在流处理模式下，flink只能按照时间字段进行升序排序

-- 如果按照一个普通字段进行排序，在流处理模式下，每来一条新的数据都需重新计算之前的顺序，计算代价太大
-- 在row_number基础上增加条件，可以限制计算的代价不断增加

select * from (
select 
    *,
    row_number() over(partition by clazz order by age desc) as r
from 
    students_kafka
)
where r <= 2;


-- 在流处理模式下，flink只能按照时间字段进行升序排序
select 
*,
sum(age) over(partition by clazz order by proctime)
from 
students_kafka


-- 时间边界
-- RANGE BETWEEN INTERVAL '10' SECOND PRECEDING AND CURRENT ROW 
select 
*,
sum(age) over(
    partition by clazz
    order by proctime
    -- 统计最近10秒的数据
    RANGE BETWEEN INTERVAL '10' SECOND PRECEDING AND CURRENT ROW
)
from 
students_kafka /*+ OPTIONS('scan.startup.mode' = 'latest-offset') */;


-- 数据边界
--ROWS BETWEEN 10 PRECEDING AND CURRENT ROW
select 
*,
sum(age) over(
    partition by clazz
    order by proctime
    -- 统计最近10秒的数据
   ROWS BETWEEN 2 PRECEDING AND CURRENT ROW
)
from 
students_kafka /*+ OPTIONS('scan.startup.mode' = 'latest-offset') */;


kafka-console-producer.sh --broker-list master:9092,node1:9092,node2:9092 --topic students

1500100003,tom,22,女,理科六班

3、Order  By：

在使用order by进行排序的时候，排序的字段中必须使用到时间字段：

-- 排序字段必须带上时间升序排序，使用到时间字段：proctime
select * from 
students_kafka
order by proctime,age;

-- 限制排序的计算代价，避免全局排序，在使用限制的时候，在做排序的时候，就只需要对限制的进行排序，减少了计算的代价。

select * 
from 
students_kafka
order by age
limit 10;

4、row_number去重

CREATE TABLE students_kafka (
    sid STRING,
    name STRING,
    age INT,
    sex STRING,
    clazz STRING,
    proctime as PROCTIME()
) WITH (
  'connector' = 'kafka',
  'topic' = 'students', -- 数据的topic
  'properties.bootstrap.servers' = 'master:9092,node1:9092,node2:9092', -- broker 列表
  'properties.group.id' = 'testGroup', -- 消费者组
  'scan.startup.mode' = 'earliest-offset', -- 读取数据的位置earliest-offset latest-offset
  'format' = 'csv' -- 读取数据的格式
);
kafka-console-producer.sh --broker-list master:9092,node1:9092,node2:9092 --topic students
1500100003,tom,22,女,理科六班

select * from (
select 
sid,name,age,
row_number() over(partition by sid order by proctime) as r
from students_kafka /*+ OPTIONS('scan.startup.mode' = 'latest-offset') */
) 
where r = 1;

5、JOIN

Regular Joins: 主要用于批处理，如果在流处理上使用，状态会越来越大

Interval Join: 主要用于双流join

Temporal Joins:用于流表关联时态表（不同时间状态不一样，比如汇率表）

Lookup Join:用于流表关联维表（不怎么变化的表）

        1、Regular Joins

                1、批处理：

CREATE TABLE students_hdfs_batch (
    sid STRING,
    name STRING,
    age INT,
    sex STRING,
    clazz STRING
)WITH (
  'connector' = 'filesystem',           -- 必选：指定连接器类型
  'path' = 'hdfs://master:9000/data/student',  -- 必选：指定路径
  'format' = 'csv'                     -- 必选：文件系统连接器指定 format
);

CREATE TABLE score_hdfs_batch (
    sid STRING,
    cid STRING,
    score INT
)WITH (
  'connector' = 'filesystem',           -- 必选：指定连接器类型
  'path' = 'hdfs://master:9000/data/score',  -- 必选：指定路径
  'format' = 'csv'                     -- 必选：文件系统连接器指定 format
);

SET 'execution.runtime-mode' = 'batch';

-- inner join
select a.sid,a.name,b.score from 
students_hdfs_batch as a
inner join
score_hdfs_batch as b
on a.sid=b.sid;

-- left join
select a.sid,a.name,b.score from 
students_hdfs_batch as a
left join
score_hdfs_batch as b
on a.sid=b.sid;

-- full join
select a.sid,a.name,b.score from 
students_hdfs_batch as a
full join
score_hdfs_batch as b
on a.sid=b.sid;

        2、流处理：

CREATE TABLE students_kafka (
    sid STRING,
    name STRING,
    age INT,
    sex STRING,
    clazz STRING
)WITH (
    'connector' = 'kafka',
    'topic' = 'students', -- 数据的topic
    'properties.bootstrap.servers' = 'master:9092,node1:9092,node2:9092', -- broker 列表
    'properties.group.id' = 'testGroup', -- 消费者组
    'scan.startup.mode' = 'latest-offset', -- 读取数据的位置earliest-offset latest-offset
    'format' = 'csv', -- 读取数据的格式
    'csv.ignore-parse-errors' = 'true' -- 如果数据解析异常自动跳过当前行
);
kafka-console-producer.sh --broker-list master:9092,node1:9092,node2:9092 --topic students
1500100001,tom,22,女,文科六班
1500100002,tom1,24,男,文科六班
1500100003,tom2,22,女,理科六班

CREATE TABLE score_kafka (
    sid STRING,
    cid STRING,
    score INT
)WITH (
    'connector' = 'kafka',
    'topic' = 'scores', -- 数据的topic
    'properties.bootstrap.servers' = 'master:9092,node1:9092,node2:9092', -- broker 列表
    'properties.group.id' = 'testGroup', -- 消费者组
    'scan.startup.mode' = 'latest-offset', -- 读取数据的位置earliest-offset latest-offset
    'format' = 'csv', -- 读取数据的格式
    'csv.ignore-parse-errors' = 'true'
);
kafka-console-producer.sh --broker-list master:9092,node1:9092,node2:9092 --topic scores
1500100001,1000001,98
1500100001,1000002,5
1500100001,1000003,137


SET 'execution.runtime-mode' = 'streaming'; 

-- 使用常规关联方式做流处理，flink会将两个表的数据一直保存在状态中，状态会越来越大
-- 可以设置状态有效期避免状态无限增大
SET 'table.exec.state.ttl' = '5000';

-- full join
select a.sid,b.sid,a.name,b.score from 
students_kafka as a
full join
score_kafka as b
on a.sid=b.sid;

注意：以为在使用流处理的join的时候，首先流处理模式中，会将两张表中的实时数据存入当状态中

假设：前提是流处理模式，需要将两张实时的表中的姓名和成绩关联在一起，此时使用到join，当过了很长一段时间假设是一年，依旧可以将学生姓名和成绩关联在一起，原因就是之前的数据都会存储在状态中，但是也会产生问题，随着时间的推移，状态中的数据会越来越多。可能会导致任务失败。

可以通过参数指定保存状态的时间，时间一过，状态就会消失，数据就不存在：

-- 使用常规关联方式做流处理，flink会将两个表的数据一直保存在状态中，状态会越来越大
-- 可以设置状态有效期避免状态无限增大
SET 'table.exec.state.ttl' = '5000';



  'csv.ignore-parse-errors' = 'true' 
-- 如果数据解析异常自动跳过当前行

2、Interval Join

两个表在join时只关联一段时间内的数据，之前的数据就不需要保存在状态中，可以避免状态无限增大

CREATE TABLE students_kafka_time (
    sid STRING,
    name STRING,
    age INT,
    sex STRING,
    clazz STRING,
    ts TIMESTAMP(3),
    WATERMARK FOR ts AS ts - INTERVAL '5' SECOND
)WITH (
    'connector' = 'kafka',
    'topic' = 'students', -- 数据的topic
    'properties.bootstrap.servers' = 'master:9092,node1:9092,node2:9092', -- broker 列表
    'properties.group.id' = 'testGroup', -- 消费者组
    'scan.startup.mode' = 'latest-offset', -- 读取数据的位置earliest-offset latest-offset
    'format' = 'csv', -- 读取数据的格式
    'csv.ignore-parse-errors' = 'true' -- 如果数据解析异常自动跳过当前行
);
kafka-console-producer.sh --broker-list master:9092,node1:9092,node2:9092 --topic students
1500100001,tom,22,女,文科六班,2023-11-10 17:10:10
1500100001,tom1,24,男,文科六班,2023-11-10 17:10:11
1500100001,tom2,22,女,理科六班,2023-11-10 17:10:12

CREATE TABLE score_kafka_time (
    sid STRING,
    cid STRING,
    score INT,
    ts TIMESTAMP(3),
    WATERMARK FOR ts AS ts - INTERVAL '5' SECOND
)WITH (
    'connector' = 'kafka',
    'topic' = 'scores', -- 数据的topic
    'properties.bootstrap.servers' = 'master:9092,node1:9092,node2:9092', -- broker 列表
    'properties.group.id' = 'testGroup', -- 消费者组
    'scan.startup.mode' = 'latest-offset', -- 读取数据的位置earliest-offset latest-offset
    'format' = 'csv', -- 读取数据的格式
    'csv.ignore-parse-errors' = 'true'
);
kafka-console-producer.sh --broker-list master:9092,node1:9092,node2:9092 --topic scores
1500100001,1000001,98,2023-11-10 17:10:09
1500100001,1000002,5,2023-11-10 17:10:11
1500100001,1000003,137,2023-11-10 17:10:12

-- a.ts BETWEEN b.ts - INTERVAL '5' SECOND AND b.ts
-- a表数据的时间需要在b表数据的时间减去5秒到b表数据时间的范围内
SELECT a.sid,b.sid,a.name,b.score
FROM students_kafka_time a, score_kafka_time b
WHERE a.sid = b.sid
AND a.ts BETWEEN b.ts - INTERVAL '5' SECOND AND b.ts

3、Temporal Joins

        1、用于流表关联时态表，比如订单表和汇率表的关联

        2、每一个时间数据都会存在不同的状态，如果只是用普通的关联，之恶能关联到最新的数

-- 订单表
CREATE TABLE orders (
    order_id    STRING, -- 订单编号
    price       DECIMAL(32,2), --订单金额
    currency    STRING, -- 汇率编号
    order_time  TIMESTAMP(3), -- 订单时间
    WATERMARK FOR order_time AS order_time -- 水位线
) WITH (
  'connector' = 'kafka',
  'topic' = 'orders', -- 数据的topic
  'properties.bootstrap.servers' = 'master:9092,node1:9092,node2:9092', -- broker 列表
  'properties.group.id' = 'testGroup', -- 消费者组
  'scan.startup.mode' = 'latest-offset', -- 读取数据的位置earliest-offset latest-offset
  'format' = 'csv' -- 读取数据的格式
);

kafka-console-producer.sh --broker-list master:9092,node1:9092,node2:9092 --topic orders
001,100,CN,2023-11-11 09:48:10
002,200,CN,2023-11-11 09:48:11
003,300,CN,2023-11-11 09:48:14
004,400,CN,2023-11-11 09:48:16
005,500,CN,2023-11-11 09:48:18

-- 汇率表
CREATE TABLE currency_rates (
    currency STRING, -- 汇率编号
    conversion_rate DECIMAL(32, 2), -- 汇率
    update_time TIMESTAMP(3),  -- 汇率更新时间
    WATERMARK FOR update_time AS update_time, -- 水位线
    PRIMARY KEY(currency) NOT ENFORCED -- 主键
) WITH (
  'connector' = 'kafka',
  'topic' = 'currency_rates', -- 数据的topic
  'properties.bootstrap.servers' = 'master:9092,node1:9092,node2:9092', -- broker 列表
  'properties.group.id' = 'testGroup', -- 消费者组
  'scan.startup.mode' = 'earliest-offset', -- 读取数据的位置earliest-offset latest-offset
  'format' = 'canal-json' -- 读取数据的格式
);

insert into currency_rates 
values
('CN',7.2,TIMESTAMP'2023-11-11 09:48:05'),
('CN',7.1,TIMESTAMP'2023-11-11 09:48:10'),
('CN',6.9,TIMESTAMP'2023-11-11 09:48:15'),
('CN',7.4,TIMESTAMP'2023-11-11 09:48:20');

kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server  master:9092,node1:9092,node2:9092 --from-beginning --topic currency_rates

-- 如果使用常规关联方式，取的时最新的汇率，不是对应时间的汇率
select a.order_id,b.* from 
orders as a
left join
currency_rates as b
on a.currency=b.currency;


-- 时态表join
-- FOR SYSTEM_TIME AS OF orders.order_time: 使用订单表的时间到汇率表中查询对应时间的数据
SELECT 
     order_id,
     price,
     conversion_rate,
     order_time
FROM orders
LEFT JOIN currency_rates FOR SYSTEM_TIME AS OF orders.order_time
ON orders.currency = currency_rates.currency;

 4、Look Join：主要是用来关联维度表。维度表：指的是数据不怎么变化的表。

        1、传统的方式是将数据库中的数据都读取到流表中，当来一条数据就会取关联一条数据。如果数据库中学生表更新了，flink不知道，关联不到最新的数据。

        2、Look Join使用的原理：是当流表中的数据发生改变的时候，就会使用关联字段维表的数据源中查询数据。

优化：

        在使用的时候可以使用缓存，将数据进行缓存，但是随着时间的推移，缓存的数量就会越来大，此时就可以对缓存设置一个过期时间。可以在建表的时候设置参数：

 'lookup.cache.max-rows' = '1000', -- 缓存的最大行数
 'lookup.cache.ttl' = '20000' -- 缓存过期时间

-- 学生表
CREATE TABLE students_jdbc (
    id BIGINT,
    name STRING,
    age BIGINT,
    gender STRING,
    clazz STRING,
    PRIMARY KEY (id) NOT ENFORCED -- 主键
) WITH (
    'connector' = 'jdbc',
    'url' = 'jdbc:mysql://master:3306/student',
    'table-name' = 'students',
    'username' ='root',
    'password' ='123456',
    'lookup.cache.max-rows' = '1000', -- 缓存的最大行数
    'lookup.cache.ttl' = '20000' -- 缓存过期时间
);

-- 分数表
CREATE TABLE score_kafka (
    sid BIGINT,
    cid STRING,
    score INT,
    proc_time as PROCTIME()
)WITH (
    'connector' = 'kafka',
    'topic' = 'scores', -- 数据的topic
    'properties.bootstrap.servers' = 'master:9092,node1:9092,node2:9092', -- broker 列表
    'properties.group.id' = 'testGroup', -- 消费者组
    'scan.startup.mode' = 'latest-offset', -- 读取数据的位置earliest-offset latest-offset
    'format' = 'csv', -- 读取数据的格式
    'csv.ignore-parse-errors' = 'true'
);
kafka-console-producer.sh --broker-list master:9092,node1:9092,node2:9092 --topic scores
1500100001,1000001,98
1500100001,1000002,5
1500100001,1000003,137


-- 使用常规关联方式，关联维度表
-- 1、任务在启动的时候会将维表加载到flink 的状态中，如果数据库中学生表更新了，flink不知道，关联不到最新的数据
select 
b.id,b.name,a.score
from 
score_kafka as a
left join 
students_jdbc as b
on a.sid=b.id; 


-- lookup join 
-- FOR SYSTEM_TIME AS OF a.proc_time : 使用关联字段到维表中查询最新的数据
-- 优点: 流表每来一条数据都会去mysql中查询，可以关联到最新的数据
-- 每次查询mysql会降低性能
select 
b.id,b.name,a.score
from 
score_kafka as a
left join 
students_jdbc FOR SYSTEM_TIME AS OF a.proc_time  as b
on a.sid=b.id;