一、Flink中的时间语义
在 Flink 的流式处理中，会涉及到时间的不同概念，如下图所示：
Event Time | 是事件创建的时间。它通常由事件中的时间戳描述，例如采集的日志数据中，每一条日志都会记录自己的生成时间Flink 通过时间戳分配器访问事件时间戳 |
Ingestion time | 是数据进入 Flink 的时间 |
Processing Time | 是每一个执行基于时间操作的算子的本地系统时间，与机器相关，默认的时间属性就是 Processing Time |
二、EventTime的引入
在 Flink 的流式处理中，绝大部分的业务都会使用 eventTime，一般只在eventTime 无法使用时，才会被迫使用 ProcessingTime 或者 IngestionTime。如果要使用 EventTime，那么需要引入 EventTime 的时间属性，引入方式如下所示：
val env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
// 从调用时刻开始给 env 创建的每一个 stream 追加时间特征
env.setStreamTimeCharacteristic(TimeCharacteristic.EventTime)
三、Watermark
1.基本概念
我们知道，流处理从事件产生，到流经 source，再到 operator，中间是有一个过程和时间的，虽然大部分情况下，流到 operator 的数据都是按照事件产生的时间顺序来的，但是也不排除由于网络、分布式等原因，导致乱序的产生，所谓乱序，就是指 Flink 接收到的事件的先后顺序不是严格按照事件的 Event Time 顺序排列的。
那么此时出现一个问题，一旦出现乱序，如果只根据 eventTime 决定 window 的运行，我们不能明确数据是否全部到位，但又不能无限期的等下去，此时必须要有个机制来保证一个特定的时间后，必须触发 window 去进行计算了，这个特别的机制，就是 Watermark。
Watermark 是一种衡量 Event Time 进展的机制。 |
Watermark 是用于处理乱序事件的 ，而正确的处理乱序事件，通常用Watermark 机制结合 window 来实现。 |
数据流中的 Watermark 用于表示 timestamp 小于 Watermark 的数据，都已经到达了，因此，window 的执行也是由 Watermark 触发的。 |
Watermark 可以理解成一个延迟触发机制，我们可以设置 Watermark 的延时时长 t，每次系统会校验已经到达的数据中最大的 maxEventTime，然后认定 eventTime小于 maxEventTime - t 的所有数据都已经到达，如果有窗口的停止时间等于 maxEventTime – t，那么这个窗口被触发执行。 |
2.Watermark 的引入
watermark 的引入很简单，对于乱序数据，最常见的引用方式如下：
dataStream.assignTimestampsAndWatermarks( new
BoundedOutOfOrdernessTimestampExtractor[SensorReading](Time.millisecond
s(1000)) {
override def extractTimestamp(element: SensorReading): Long = {
element.timestamp * 1000
}
} )
我们看到上面的例子中创建了一个看起来有点复杂的类，这个类实现的其实就是分配时间戳的接口。Flink 暴露了 TimestampAssigner 接口供我们实现，使我们可以自定义如何从事件数据中抽取时间戳。
val env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
// 从调用时刻开始给 env 创建的每一个 stream 追加时间特性 env.setStreamTimeCharacteristic(TimeCharacteristic.EventTime)
val readings: DataStream[SensorReading] = env
.addSource(new SensorSource)
.assignTimestampsAndWatermarks(new MyAssigner())MyAssigner 有两种类型,这两个接口都继承自 TimestampAssigner。
- AssignerWithPeriodicWatermarks
- AssignerWithPunctuatedWatermarks
3.Assigner with periodic watermarks
周期性的生成 watermark：系统会周期性的将 watermark 插入到流中(水位线也是一种特殊的事件!)。默认周期是 200 毫秒。可以使用ExecutionConfig.setAutoWatermarkInterval() 方法进行设置。
val env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment env.setStreamTimeCharacteristic(TimeCharacteristic.EventTime)
// 每隔 5 秒产生一个 watermark
env.getConfig.setAutoWatermarkInterval(5000)例子，自定义一个周期性的时间戳抽取：
class PeriodicAssigner extends
AssignerWithPeriodicWatermarks[SensorReading] { val bound: Long = 60 * 1000 // 延时为 1 分钟
var maxTs: Long = Long.MinValue // 观察到的最大时间戳
override def getCurrentWatermark: Watermark = { new Watermark(maxTs - bound)
}
override def extractTimestamp(r: SensorReading, previousTS: Long) = { maxTs = maxTs.max(r.timestamp)
r.timestamp
}
}而对于乱序数据流，如果我们能大致估算出数据流中的事件的最大延迟时间，就可以使用如下代码：
val stream: DataStream[SensorReading] = ...
val withTimestampsAndWatermarks = stream.assignTimestampsAndWatermarks(
new SensorTimeAssigner
)
class SensorTimeAssigner extends
BoundedOutOfOrdernessTimestampExtractor[SensorReading](Time.seconds(5)) {
// 抽取时间戳
override def extractTimestamp(r: SensorReading): Long = r.timestamp
}4.Assigner with punctuated watermarks
间断式地生成 watermark。和周期性生成的方式不同，这种方式不是固定时间的，而是可以根据需要对每条数据进行筛选和处理。直接上代码来举个例子，我们只给 sensor_1 的传感器的数据流插入 watermark：
class PunctuatedAssigner extends
AssignerWithPunctuatedWatermarks[SensorReading] {
val bound: Long = 60 * 1000
override def checkAndGetNextWatermark(r: SensorReading, extractedTS:
Long): Watermark = {
if (r.id == "sensor_1") {
new Watermark(extractedTS - bound)
} else { null
}
}
override def extractTimestamp(r: SensorReading, previousTS: Long): Long
= {
r.timestamp
}
}四、EvnetTime 在 window 中的使用
1.滚动窗口
def main(args: Array[String]): Unit = {
//环境
val env: StreamExecutionEnvironment = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
env.setStreamTimeCharacteristic(TimeCharacteristic.EventTime) env.setParallelism(1)
val dstream: DataStream[String] = env.socketTextStream("localhost",7777)
val textWithTsDstream: DataStream[(String, Long, Int)] = dstream.map
{ text =>
val arr: Array[String] = text.split(" ") (arr(0), arr(1).toLong, 1)
}
val textWithEventTimeDstream: DataStream[(String, Long, Int)] = textWithTsDstream.assignTimestampsAndWatermarks(new
BoundedOutOfOrdernessTimestampExtractor[(String, Long,
Int)](Time.milliseconds(1000)) {
override def extractTimestamp(element: (String, Long, Int)): Long = {
return element._2
}
})
val textKeyStream: KeyedStream[(String, Long, Int), Tuple] = textWithEventTimeDstream.keyBy(0)
textKeyStream.print("textkey:")
val windowStream: WindowedStream[(String, Long, Int), Tuple, TimeWindow] = textKeyStream.window(TumblingEventTimeWindows.of(Time.seconds(2)))
val groupDstream: DataStream[mutable.HashSet[Long]] = windowStream.fold(new mutable.HashSet[Long]()) { case (set, (key, ts, count))
=>
set += ts
}
groupDstream.print("window::::").setParallelism(1)
env.execute()
}
}2.滑动窗口
def main(args: Array[String]): Unit = {
//环境
val env: StreamExecutionEnvironment = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
env.setStreamTimeCharacteristic(TimeCharacteristic.EventTime) env.setParallelism(1)
val dstream: DataStream[String] = env.socketTextStream("localhost",7777)
val textWithTsDstream: DataStream[(String, Long, Int)] = dstream.map { text
=>
val arr: Array[String] = text.split(" ") (arr(0), arr(1).toLong, 1)
}
val textWithEventTimeDstream: DataStream[(String, Long, Int)] = textWithTsDstream.assignTimestampsAndWatermarks(new
BoundedOutOfOrdernessTimestampExtractor[(String, Long,
Int)](Time.milliseconds(1000)) {
override def extractTimestamp(element: (String, Long, Int)): Long = {
return element._2
}
})
val textKeyStream: KeyedStream[(String, Long, Int), Tuple] = textWithEventTimeDstream.keyBy(0)
textKeyStream.print("textkey:")
val windowStream: WindowedStream[(String, Long, Int), Tuple, TimeWindow] = textKeyStream.window(SlidingEventTimeWindows.of(Time.seconds(2),Time.millis econds(500)))
val groupDstream: DataStream[mutable.HashSet[Long]] = windowStream.fold(new mutable.HashSet[Long]()) { case (set, (key, ts, count)) =>
set += ts
}
groupDstream.print("window::::").setParallelism(1)
env.execute()
}3.会话窗口
def main(args: Array[String]): Unit = {
//环境
val env: StreamExecutionEnvironment = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment
env.setStreamTimeCharacteristic(TimeCharacteristic.EventTime) env.setParallelism(1)
val dstream: DataStream[String] = env.socketTextStream("localhost",7777)
val textWithTsDstream: DataStream[(String, Long, Int)] = dstream.map { text
=>
val arr: Array[String] = text.split(" ") (arr(0), arr(1).toLong, 1)
}
val textWithEventTimeDstream: DataStream[(String, Long, Int)] = textWithTsDstream.assignTimestampsAndWatermarks(new
BoundedOutOfOrdernessTimestampExtractor[(String, Long,
Int)](Time.milliseconds(1000)) {
override def extractTimestamp(element: (String, Long, Int)): Long = {
return element._2
}
})
val textKeyStream: KeyedStream[(String, Long, Int), Tuple] = textWithEventTimeDstream.keyBy(0)
textKeyStream.print("textkey:")
val windowStream: WindowedStream[(String, Long, Int), Tuple, TimeWindow]
=
textKeyStream.window(EventTimeSessionWindows.withGap(Time.milliseconds(500)
) )
windowStream.reduce((text1,text2)=> ( text1._1,0L,text1._3+text2._3)
) .map(_._3).print("windows:::").setParallelism(1)
env.execute()
}
