2020年11月29日星期日

CoProcessFunction实战三部曲之一：基本功能

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关于《CoProcessFunction实战三部曲》系列

  • 《CoProcessFunction实战三部曲》旨在通过三次实战，由浅入深的学习和掌握Flink低阶处理函数CoProcessFunction的用法；
  • 整个系列的开篇先介绍CoProcessFunction，然后迅速进入实战，了解CoProcessFunction的基本功能；
  • 下一篇会结合状态，让双流元素的处理彼此保持关系；
  • 终篇的实战会加入定时器功能，确保同一个key的数据在双流场景下能够及时处理；

版本信息

  1. 开发环境操作系统：MacBook Pro 13寸， macOS Catalina 10.15.3
  2. 开发工具：IDEA ULTIMATE 2018.3
  3. JDK：1.8.0_211
  4. Maven：3.6.0
  5. Flink：1.9.2

系列文章链接

  1. 基本功能
  2. 状态处理
  3. 定时器和侧输出

关于CoProcessFunction

  • CoProcessFunction的作用是同时处理两个数据源的数据；
  • 试想在面对两个输入流时，如果这两个流的数据之间有业务关系，该如何编码实现呢，例如下图中的操作，同时监听9998和9999端口，将收到的输出分别处理后，再由同一个sink处理(打印)：
    在这里插入图片描述
  • Flink支持的方式是扩展CoProcessFunction来处理，为了更清楚认识，我们把KeyedProcessFunction和CoProcessFunction的类图摆在一起看，如下所示：
    在这里插入图片描述
  • 从上图可见，CoProcessFunction和KeyedProcessFunction的继承关系一样，另外CoProcessFunction自身也很简单，在processElement1和processElement2中分别处理两个上游流入的数据即可，并且也支持定时器设置；

本篇实战功能简介

本篇咱们要开发的应用，其功能非常简单，描述如下：

  1. 建两个数据源，数据分别来自本地9998和9999端口；
  2. 每个端口收到类似aaa,123这样的数据，转成Tuple2实例，f0是aaa，f1是123；
  3. 在CoProcessFunction的实现类中，对每个数据源的数据都打日志，然后全部传到下游算子；
  4. 下游操作是打印，因此9998和9999端口收到的所有数据都会在控制台打印出来；
  5. 整个demo的功能如下图所示：
    在这里插入图片描述
  • 接下来开始编码；

源码下载

如果您不想写代码，整个系列的源码可在GitHub下载到，地址和链接信息如下表所示(https://github.com/zq2599/blog_demos)：

名称链接备注
项目主页https://github.com/zq2599/blog_demos该项目在GitHub上的主页
git仓库地址(https)https://github.com/zq2599/blog_demos.git该项目源码的仓库地址，https协议
git仓库地址(ssh)git@github.com:zq2599/blog_demos.git该项目源码的仓库地址，ssh协议

这个git项目中有多个文件夹，本章的应用在flinkstudy文件夹下，如下图红框所示：
在这里插入图片描述

代码简介

  1. 开发一个Map算子，将字符串转成Tuple2；
  2. 再开发抽象类AbstractCoProcessFunctionExecutor，功能包括：flink启动、监听端口、调用算子处理数据、双流连接、将双流处理结果打印出来；
  3. 从上面的描述可见，AbstractCoProcessFunctionExecutor做了很多事情，唯独没有实现双流连接后的具体业务逻辑，这些没有做的是留给子类来实现的，整个三部曲系列的重点都集中在AbstractCoProcessFunctionExecutor的子类上，把双流连接后的业务逻辑做好，如下图所示，红色为CoProcessFunction的业务代码，其他的都在抽象类中完成：
    在这里插入图片描述

Map算子

  1. 做一个map算子，用来将字符串aaa,123转成Tuple2实例，f0是aaa，f1是123；
  2. 算子名为WordCountMap.java：
package com.bolingcavalry.coprocessfunction;import org.apache.flink.api.common.functions.MapFunction;import org.apache.flink.api.java.tuple.Tuple2;import org.apache.flink.util.StringUtils;public class WordCountMap implements MapFunction<String, Tuple2<String, Integer>> { @Override public Tuple2<String, Integer> map(String s) throws Exception {  if(StringUtils.isNullOrWhitespaceOnly(s)) {   System.out.println("invalid line");   return null;  }  String[] array = s.split(",");  if(null==array || array.length<2) {   System.out.println("invalid line for array");   return null;  }  return new Tuple2<>(array[0], Integer.valueOf(array[1])); }}

抽象类

  • 抽象类AbstractCoProcessFunctionExecutor.java，源码如下，稍后会说明几个关键点：
package com.bolingcavalry.coprocessfunction;import org.apache.flink.api.java.tuple.Tuple;import org.apache.flink.api.java.tuple.Tuple2;import org.apache.flink.streaming.api.datastream.KeyedStream;import org.apache.flink.streaming.api.datastream.SingleOutputStreamOperator;import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;import org.apache.flink.streaming.api.functions.co.CoProcessFunction;/** * @author will * @email zq2599@gmail.com * @date 2020-11-09 17:33 * @description 串起整个逻辑的执行类，用于体验CoProcessFunction */public abstract class AbstractCoProcessFunctionExecutor { /**  * 返回CoProcessFunction的实例，这个方法留给子类实现  * @return  */ protected abstract CoProcessFunction<   Tuple2<String, Integer>,   Tuple2<String, Integer>,   Tuple2<String, Integer>> getCoProcessFunctionInstance(); /**  * 监听根据指定的端口，  * 得到的数据先通过map转为Tuple2实例，  * 给元素加入时间戳，  * 再按f0字段分区，  * 将分区后的KeyedStream返回  * @param port  * @return  */ protected KeyedStream<Tuple2<String, Integer>, Tuple> buildStreamFromSocket(StreamExecutionEnvironment env, int port) {  return env    // 监听端口    .socketTextStream("localhost", port)    // 得到的字符串"aaa,3"转成Tuple2实例，f0="aaa"，f1=3    .map(new WordCountMap())    // 将单词作为key分区    .keyBy(0); } /**  * 如果子类有侧输出需要处理，请重写此方法，会在主流程执行完毕后被调用  */ protected void doSideOutput(SingleOutputStreamOperator<Tuple2<String, Integer>> mainDataStream) { } /**  * 执行业务的方法  * @throws Exception  */ public void execute() throws Exception {  final StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();  // 并行度1  env.setParallelism(1);  // 监听9998端口的输入  KeyedStream<Tuple2<String, Integer>, Tuple> stream1 = buildStreamFromSocket(env, 9998);  // 监听9999端口的输入  KeyedStream<Tuple2<String, Integer>, Tuple> stream2 = buildStreamFromSocket(env, 9999);  SingleOutputStreamOperator<Tuple2<String, Integer>> mainDataStream = stream1    // 两个流连接    .connect(stream2)    // 执行低阶处理函数，具体处理逻辑在子类中实现    .process(getCoProcessFunctionInstance());  // 将低阶处理函数输出的元素全部打印出来  mainDataStream.print();  // 侧输出相关逻辑，子类有侧输出需求时重写此方法  doSideOutput(mainDataStream);  // 执行  env.execute("ProcessFunction demo : CoProcessFunction"); }}
  • 关键点之一：一共有两个数据源，每个源的处理逻辑都封装到buildStreamFromSocket方法中；
  • 关键点之二：stream1.connect(stream2)将两个流连接起来；
  • 关键点之三：process接收CoProcessFunction实例，合并后的流的处理逻辑就在这里面；
  • 关键点之四：getCoProcessFunctionInstance是抽象方法，返回CoProcessFunction实例，交给子类实现，所以CoProcessFunction中做什么事情完全由子类决定；
  • 关键点之五：doSideOutput方法中啥也没做，但是在主流程代码的末尾会被调用，如果子类有侧输出(SideOutput)的需求，重写此方法即可，此方法的入参是处理过的数据集，可以从这里取得侧输出；

子类，对连接后的双流进行操作

  1. 本篇子类CollectEveryOne.java如下所示，逻辑很简单，将每个源的上游数据直接输出到下游算子：
package com.bolingcavalry.coprocessfunction;import org.apache.flink.api.java.tuple.Tuple2;import org.apache.flink.streaming.api.functions.co.CoProcessFunction;import org.apache.flink.util.Collector;import org.slf4j.Logger;import org.slf4j.LoggerFactory;public class CollectEveryOne extends AbstractCoProcessFunctionExecutor { private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(CollectEveryOne.class); @Override protected CoProcessFunction<Tuple2<String, Integer>, Tuple2<String, Integer>, Tuple2<String, Integer>> getCoProcessFunctionInstance() {  return new CoProcessFunction<Tuple2<String, Integer>, Tuple2<String, Integer>, Tuple2<String, Integer>>() {   @Override   public void processElement1(Tuple2<String, Integer> value, Context ctx, Collector<Tuple2<String, Integer>> out) {    logger.info("处理1号流的元素：{},", value);    out.collect(value);   }   @Override   public void processElement2(Tuple2<String, Integer> value, Context ctx, Collector<Tuple2<String, Integer>> out) {    logger.info("处理2号流的元素：{}", value);    out.collect(value);   }  }; } public static void main(String[] args) throws Exception {  new CollectEveryOne().execute(); }}
  1. 上述代码中，CoProcessFunction后面的泛型定义很长：<Tuple2<String, Integer>, Tuple2<String, Integer>, Tuple2<String, Integer>> ，一共三个Tuple2，分别代表一号数据源输入、二号数据源输入、下游输出的类型；
  2. 编码完成，运行起来试试；

验证

  1. 分别开启本机的9998和9999端口，我这里是MacBook，执行nc -l 9998和nc -l 9999
  2. 启动Flink应用，如果您和我一样是Mac电脑，直接运行CollectEveryOne.main方法即可（如果是windows电脑，我这没试过，不过做成jar在线部署也是可以的）；
  3. 在监听9998和9999端口的控制台分别输入aaa,111和bbb,222
  4. 以下是flink控制台输出的内容，可见processElement1和processElement2方法的日志代码已经执行，并且print方法作为最下游，将两个数据源的数据都打印出来了，符合预期：
12:45:38,774 INFO CollectEveryOne - 处理1号流的元素：(aaa,111),(aaa,111)12:45:43,816 INFO CollectEveryOne - 处理2号流的元素：(bbb,222)(bbb,222)
  • 至此，咱们的第一个双流处理低阶函数就完成了，对CoProcessFunction也有了最基本的认识，当然CoProcessFunction的作用远不及此，下一篇咱们借助状态让processElement1和processElement2分别对方处理过的状态，让每个元素的处理都和另一个流关联，不再孤立；

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