Flink状态管理之状态清除StateTtlConfig

1、Flink状态去重场景

在Flink运行的时候，往往是无休止的运行，在整个Flink程序运行的长河中，往往会出现很多状态的出现，那么状态的生命周期，也就是创建、使用和销毁，那么在我们写flink程序过程中，往往不需要关注flink 状态的清理，flink内部就会对我们的状态进行清理，例如我们开一个10分钟的窗口，那么在这十分钟的窗口中，这个状态也就是会发生创建、使用和销毁，那么我这里问大家一个问题？就是窗口结束后，状态会销毁吗。这里有一个场景，也就是说当我们开一个一天的窗口，计算当天的消费人数，那么这个时候一个用户可能会有多次消费，那么肯定要去重，肯定很多人想到了Redis，Flink State。这个时候有个疑问诞生了，我们用Redis是可以去重的，并且会持久化，还可以根据key来进行判断当天日期，这是很多人的一个操作，那么flink state也是可以的，我们可以在不管是process方法还是其他的一些方法中开辟一个状态，例如MapState。类似于下面的这段代码

private transient MapState mapState;
private transient final Object OBJECT_VALUE = new Object();

这个时候我们可以在窗口上开辟state，将userid放入map中来进行去重，当然使用KeyedState的时候一定要key by。当然还有non-keyed state 这里我们就不细细讨论了。那么我们现在有个想法，那就是我不开窗口我怎么实现去重的操作，因为开辟一天的窗口，在数据量很大的情况下，并且重复数据很多，真实数据并不多的场景下，开辟一天的窗口，可能压力会大一些。我的想法是，在一个keyby算子之后process方法中对数据进行去重，并不开窗口，那么随着时间的流动，状态会很大，我们要的是一分钟的数据去重，下一分钟再去重下一个分钟内的，这个操作我们怎么解决这个问题？

2、StateTtlConfig的引入

可以将生存时间(TTL)分配给任何类型的keyed State。如果配置了 TTL 并且状态值已过期，则将尽最大努力清理存储的值。

为了使用statettl，必须首先构建StateTtlConfig配置对象。然后，通过以下配置，可以在任何StateDescript 中启用TTL功能：

import org.apache.flink.api.common.state.StateTtlConfig;
import org.apache.flink.api.common.state.ValueStateDescriptor;
import org.apache.flink.api.common.time.Time;

StateTtlConfig ttlConfig = StateTtlConfig
    .newBuilder(Time.seconds(1))
    .setUpdateType(StateTtlConfig.UpdateType.OnCreateAndWrite)
    .setStateVisibility(StateTtlConfig.StateVisibility.NeverReturnExpired)
    .build();
    
ValueStateDescriptor stateDescriptor = new ValueStateDescriptor<>("text state", String.class);
stateDescriptor.enableTimeToLive(ttlConfig);

• Time.seconds(1) 周期过期时间

• setUpdateType 更新类型

• setStateVisibility 是否在访问state的时候返回过期值

setUpdateType：

• StateTtlConfig.UpdateType.OnCreateAndWrite - 只在创建和写的时候清除 （默认）

• StateTtlConfig.UpdateType.OnReadAndWrite - 在读和写的时候清除

setStateVisibility：

• StateTtlConfig.StateVisibility.NeverReturnExpired - 从不返回过期值

• StateTtlConfig.StateVisibility.ReturnExpiredIfNotCleanedUp - 如果仍然可用，则返回

在 NeverReturnExpired 的情况下，过期状态的就好像它不再存在一样，即使它未被删除。这个选项对于 TTL 之后之前的数据数据不可用。

另一个选项 ReturnExpiredIfNotCleanedUp 允许在清理之前返回数据，也就是说他ttl过期了，数据还没有被删除的时候，仍然可以访问。

那么接下来我们就看看怎么用吧：

3、实践场景

我现在有这样的一个需求，我想不开窗口在一分钟，一小时，一天的时候清理数据，也就是清理去重器。

因为是企业场景，将代码进行转换了其他业务类型不进行展示。

Hash 去重

public class HashDuplicationStrategy implements DuplicationStrategy, Serializable {
    private transient MapState studentSetState;
    private transient MapState teacherSetState;
    private transient final Object OBJECT_VALUE = new Object();

    public HashDuplicationStrategy(RuntimeContext context, int cleanTime) {
        StateTtlConfig stateTtlConfig = StateTtlConfig.newBuilder(Time.seconds(cleanTime)).setUpdateType(StateTtlConfig.UpdateType.OnCreateAndWrite)
                .setStateVisibility(StateTtlConfig.StateVisibility.NeverReturnExpired)
                .build();
        MapStateDescriptor studentSetStateDes =
                new MapStateDescriptor<>(StateDescriptor.STUDENT_SET_NAME_PREFIX + cleanTime, Student.class, Object.class);
        MapStateDescriptor teacherSetStateDes =
                new MapStateDescriptor<>(StateDescriptor.TEACHER_SET_NAME_PREFIX+ cleanTime, Teacher.class, Object.class);
        studentSetStateDes.enableTimeToLive(stateTtlConfig);
        teacherSetStateDes.enableTimeToLive(stateTtlConfig);
        studentSetState = context.getMapState(studentSetStateDes);
        teacherSetState = context.getMapState(teacherSetStateDes);
    }

    @Override
    public boolean doDuplications(Person person) throws Exception {
        if (person instanceof Student) {
            Student student = (Student) person;
            if (!studentSetState.contains(student)) {
                studentSetState.put(student, OBJECT_VALUE);
                return true;
            }
        }
        if (person instanceof TEACHERDO) {
            Teacher teacher = (Teacher) person;
            if (!teacherSetState.contains(teacher)) {
                teacherSetState.put(teacher, OBJECT_VALUE);
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

}

BoomFilter 去重

public class BloomfilterDuplicationStrategy implements DuplicationStrategy {

    private transient  ValueState studentBmState;
    private transient  ValueState teacherBmState;
    private int defaultExpect = 1000000;
    private double defaultFpp = 0.01;

    public BloomfilterDuplicationStrategy(RuntimeContext context, int cleanTime) {
        StateTtlConfig stateTtlConfig = StateTtlConfig.newBuilder(Time.seconds(cleanTime)).setUpdateType(StateTtlConfig.UpdateType.OnCreateAndWrite)
                .setStateVisibility(StateTtlConfig.StateVisibility.NeverReturnExpired)
                .build();
        ValueStateDescriptor studentBmStateDes =
                new ValueStateDescriptor(StateDescriptor.STUDENT_BM_NAME_PREFIX + cleanTime, BloomFilter.class);
        ValueStateDescriptor teacherBmStateDes =
                new ValueStateDescriptor(StateDescriptor.TEACHER_BM_NAME_PREFIX + cleanTime, BloomFilter.class);
        studentBmStateDes.enableTimeToLive(stateTtlConfig);
        teacherBmStateDes.enableTimeToLive(stateTtlConfig);
        studentBmState = context.getState(studentBmStateDes);
        teacherBmState = context.getState(teacherBmStateDes);
    }

    @Override
    public boolean doDuplications(Person person) throws Exception {

        BloomFilter studentBloomFilter = studentBmState.value();
        if (studentBloomFilter == null) {
            studentBloomFilter = BloomFilter.create(Funnels.integerFunnel(), defaultExpect, defaultFpp);
            studentBmState.update(studentBloomFilter);
        }
        BloomFilter teacherBloomFilter = teacherBmState.value();

        if (teacherBloomFilter == null) {
            teacherBloomFilter = BloomFilter.create(Funnels.integerFunnel(), defaultExpect, defaultFpp);
            teacherBmState.update(teacherBloomFilter);
        }

        if (Person instanceof Student) {
            Student student = (Student) person;
            //可以判断一定不包含
            if (!studentBloomFilter.mightContain(student.hashCode())) {
                studentBloomFilter.put(student.hashCode());
                studentBmState.update(studentBloomFilter);
                return true;
            }
        }

        if (person instanceof Teacher) {
            Teacher teacher = (Teacher) person;
            //可以判断一定不包含
            if (!teacherBloomFilter.mightContain(teacher.hashCode())) {
                teacherBloomFilter.put(teacher.hashCode());
                teacherBmState.update(teacherBloomFilter);
                return true;
            }
        }

        return false;
    }

}