系列文章目录
Flink1.17实战教程（第一篇：概念、部署、架构）
Flink1.17实战教程（第二篇：DataStream API）
Flink1.17实战教程（第三篇：时间和窗口）
Flink1.17实战教程（第四篇：处理函数）
Flink1.17实战教程（第五篇：状态管理）
Flink1.17实战教程（第六篇：容错机制）
Flink1.17实战教程（第七篇：Flink SQL）
文章目录
- 系列文章目录
- 1. 基本处理函数（ProcessFunction）
- 1.1 处理函数的功能和使用
- 1.2 ProcessFunction解析
- 1.3 处理函数的分类
- 2. 按键分区处理函数（KeyedProcessFunction）
- 2.1 定时器（Timer）和定时服务（TimerService）
- 2.2 KeyedProcessFunction案例
- 3. 窗口处理函数
- 3.1 窗口处理函数的使用
- 3.2 ProcessWindowFunction解析
- 4. 应用案例——Top N
- 4.1 使用ProcessAllWindowFunction
- 4.2 使用KeyedProcessFunction
- 5. 侧输出流（Side Output）
1. 基本处理函数（ProcessFunction）
之前所介绍的流处理API，无论是基本的转换、聚合，还是更为复杂的窗口操作，其实都是基于DataStream进行转换的，所以可以统称为DataStream API。
在Flink更底层，我们可以不定义任何具体的算子（比如map，filter，或者window），而只是提炼出一个统一的“处理”（process）操作——它是所有转换算子的一个概括性的表达，可以自定义处理逻辑，所以这一层接口就被叫作“处理函数”（process function）。
1.1 处理函数的功能和使用
我们之前学习的转换算子，一般只是针对某种具体操作来定义的，能够拿到的信息比较有限。如果我们想要访问事件的时间戳，或者当前的水位线信息，都是完全做不到的。跟时间相关的操作，目前我们只会用窗口来处理。而在很多应用需求中，要求我们对时间有更精细的控制，需要能够获取水位线，甚至要“把控时间”、定义什么时候做什么事，这就不是基本的时间窗口能够实现的了。
这时就需要使用底层的处理函数。处理函数提供了一个“定时服务”（TimerService），我们可以通过它访问流中的事件（event）、时间戳（timestamp）、水位线（watermark），甚至可以注册“定时事件”。而且处理函数继承了AbstractRichFunction抽象类，所以拥有富函数类的所有特性，同样可以访问状态（state）和其他运行时信息。此外，处理函数还可以直接将数据输出到侧输出流（side output）中。所以，处理函数是最为灵活的处理方法，可以实现各种自定义的业务逻辑。
处理函数的使用与基本的转换操作类似，只需要直接基于DataStream调用.process()方法就可以了。方法需要传入一个ProcessFunction作为参数，用来定义处理逻辑。
stream.process(new MyProcessFunction())
这里ProcessFunction不是接口，而是一个抽象类，继承了AbstractRichFunction；MyProcessFunction是它的一个具体实现。所以所有的处理函数，都是富函数（RichFunction），富函数可以调用的东西这里同样都可以调用。
1.2 ProcessFunction解析
在源码中我们可以看到，抽象类ProcessFunction继承了AbstractRichFunction，有两个泛型类型参数：I表示Input，也就是输入的数据类型；O表示Output，也就是处理完成之后输出的数据类型。
内部单独定义了两个方法：一个是必须要实现的抽象方法.processElement()；另一个是非抽象方法.onTimer()。
public abstract class ProcessFunction<I, O> extends AbstractRichFunction {
...
public abstract void processElement(I value, Context ctx, Collector<O> out) throws Exception;
public void onTimer(long timestamp, OnTimerContext ctx, Collector<O> out) throws Exception {}
...
}
1）抽象方法.processElement()
用于“处理元素”，定义了处理的核心逻辑。这个方法对于流中的每个元素都会调用一次，参数包括三个：输入数据值value，上下文ctx，以及“收集器”（Collector）out。方法没有返回值，处理之后的输出数据是通过收集器out来定义的。
value：当前流中的输入元素，也就是正在处理的数据，类型与流中数据类型一致。ctx：类型是ProcessFunction中定义的内部抽象类Context，表示当前运行的上下文，可以获取到当前的时间戳，并提供了用于查询时间和注册定时器的“定时服务”（TimerService），以及可以将数据发送到“侧输出流”（side output）的方法.output()。out：“收集器”（类型为Collector），用于返回输出数据。使用方式与flatMap算子中的收集器完全一样，直接调用out.collect()方法就可以向下游发出一个数据。这个方法可以多次调用，也可以不调用。
通过几个参数的分析不难发现，ProcessFunction可以轻松实现flatMap、map、filter这样的基本转换功能；而通过富函数提供的获取上下文方法.getRuntimeContext()，也可以自定义状态（state）进行处理，这也就能实现聚合操作的功能了。
2）非抽象方法.onTimer()
这个方法只有在注册好的定时器触发的时候才会调用，而定时器是通过“定时服务”TimerService来注册的。打个比方，注册定时器（timer）就是设了一个闹钟，到了设定时间就会响；而.onTimer()中定义的，就是闹钟响的时候要做的事。所以它本质上是一个基于时间的“回调”（callback）方法，通过时间的进展来触发；在事件时间语义下就是由水位线（watermark）来触发了。
定时方法.onTimer()也有三个参数：时间戳（timestamp），上下文（ctx），以及收集器（out）。这里的timestamp是指设定好的触发时间，事件时间语义下当然就是水位线了。另外这里同样有上下文和收集器，所以也可以调用定时服务（TimerService），以及任意输出处理之后的数据。
既然有.onTimer()方法做定时触发，我们用ProcessFunction也可以自定义数据按照时间分组、定时触发计算输出结果；这其实就实现了窗口（window）的功能。所以说ProcessFunction其实可以实现一切功能。
注意：在Flink中，只有“按键分区流”KeyedStream才支持设置定时器的操作。
1.3 处理函数的分类
我们知道，DataStream在调用一些转换方法之后，有可能生成新的流类型；例如调用.keyBy()之后得到KeyedStream，进而再调用.window()之后得到WindowedStream。对于不同类型的流，其实都可以直接调用.process()方法进行自定义处理，这时传入的参数就都叫作处理函数。当然，它们尽管本质相同，都是可以访问状态和时间信息的底层API，可彼此之间也会有所差异。
Flink提供了8个不同的处理函数：
（1）ProcessFunction
最基本的处理函数，基于DataStream直接调用.process()时作为参数传入。
（2）KeyedProcessFunction
对流按键分区后的处理函数，基于KeyedStream调用.process()时作为参数传入。要想使用定时器，比如基于KeyedStream。
（3）ProcessWindowFunction
开窗之后的处理函数，也是全窗口函数的代表。基于WindowedStream调用.process()时作为参数传入。
（4）ProcessAllWindowFunction
同样是开窗之后的处理函数，基于AllWindowedStream调用.process()时作为参数传入。
（5）CoProcessFunction
合并（connect）两条流之后的处理函数，基于ConnectedStreams调用.process()时作为参数传入。关于流的连接合并操作，我们会在后续章节详细介绍。
（6）ProcessJoinFunction
间隔连接（interval join）两条流之后的处理函数，基于IntervalJoined调用.process()时作为参数传入。
（7）BroadcastProcessFunction
广播连接流处理函数，基于BroadcastConnectedStream调用.process()时作为参数传入。这里的“广播连接流”BroadcastConnectedStream，是一个未keyBy的普通DataStream与一个广播流（BroadcastStream）做连接（conncet）之后的产物。关于广播流的相关操作，我们会在后续章节详细介绍。
（8）KeyedBroadcastProcessFunction
按键分区的广播连接流处理函数，同样是基于BroadcastConnectedStream调用.process()时作为参数传入。与BroadcastProcessFunction不同的是，这时的广播连接流，是一个KeyedStream与广播流（BroadcastStream）做连接之后的产物。
2. 按键分区处理函数（KeyedProcessFunction）
在上节中提到，只有在KeyedStream中才支持使用TimerService设置定时器的操作。所以一般情况下，我们都是先做了keyBy分区之后，再去定义处理操作；代码中更加常见的处理函数是KeyedProcessFunction。
2.1 定时器（Timer）和定时服务（TimerService）
在.onTimer()方法中可以实现定时处理的逻辑，而它能触发的前提，就是之前曾经注册过定时器、并且现在已经到了触发时间。注册定时器的功能，是通过上下文中提供的“定时服务”来实现的。
定时服务与当前运行的环境有关。前面已经介绍过，ProcessFunction的上下文（Context）中提供了.timerService()方法，可以直接返回一个TimerService对象。TimerService是Flink关于时间和定时器的基础服务接口，包含以下六个方法：
// 获取当前的处理时间
long currentProcessingTime();
// 获取当前的水位线（事件时间）
long currentWatermark();
// 注册处理时间定时器，当处理时间超过time时触发
void registerProcessingTimeTimer(long time);
// 注册事件时间定时器，当水位线超过time时触发
void registerEventTimeTimer(long time);
// 删除触发时间为time的处理时间定时器
void deleteProcessingTimeTimer(long time);
// 删除触发时间为time的处理时间定时器
void deleteEventTimeTimer(long time);
六个方法可以分成两大类：基于处理时间和基于事件时间。而对应的操作主要有三个：获取当前时间，注册定时器，以及删除定时器。需要注意，尽管处理函数中都可以直接访问TimerService，不过只有基于KeyedStream的处理函数，才能去调用注册和删除定时器的方法；未作按键分区的DataStream不支持定时器操作，只能获取当前时间。
TimerService会以键（key）和时间戳为标准，对定时器进行去重；也就是说对于每个key和时间戳，最多只有一个定时器，如果注册了多次，onTimer()方法也将只被调用一次。
2.2 KeyedProcessFunction案例
基于keyBy之后的KeyedStream，直接调用.process()方法，这时需要传入的参数就是KeyedProcessFunction的实现类。
stream.keyBy( t -> t.f0 )
.process(new MyKeyedProcessFunction())
类似地，KeyedProcessFunction也是继承自AbstractRichFunction的一个抽象类，与ProcessFunction的定义几乎完全一样，区别只是在于类型参数多了一个K，这是当前按键分区的key的类型。同样地，我们必须实现一个.processElement()抽象方法，用来处理流中的每一个数据；另外还有一个非抽象方法.onTimer()，用来定义定时器触发时的回调操作。
代码如下：
public class KeyedProcessTimerDemo {
public static void main(String[] args) throws Exception {
StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
env.setParallelism(1);
SingleOutputStreamOperator<WaterSensor> sensorDS = env
.socketTextStream("hadoop102", 7777)
.map(new WaterSensorMapFunction())
.assignTimestampsAndWatermarks(
WatermarkStrategy
.<WaterSensor>forBoundedOutOfOrderness(Duration.ofSeconds(3))
.withTimestampAssigner((element, ts) -> element.getTs() * 1000L)
);
KeyedStream<WaterSensor, String> sensorKS = sensorDS.keyBy(sensor -> sensor.getId());
// TODO Process:keyed
SingleOutputStreamOperator<String> process = sensorKS.process(
new KeyedProcessFunction<String, WaterSensor, String>() {
/**
* 来一条数据调用一次
* @param value
* @param ctx
* @param out
* @throws Exception
*/
@Override
public void processElement(WaterSensor value, Context ctx, Collector<String> out) throws Exception {
//获取当前数据的key
String currentKey = ctx.getCurrentKey();
// TODO 1.定时器注册
TimerService timerService = ctx.timerService();
// 1、事件时间的案例
Long currentEventTime = ctx.timestamp(); // 数据中提取出来的事件时间
timerService.registerEventTimeTimer(5000L);
System.out.println("当前key=" + currentKey + ",当前时间=" + currentEventTime + ",注册了一个5s的定时器");
// 2、处理时间的案例
// long currentTs = timerService.currentProcessingTime();
// timerService.registerProcessingTimeTimer(currentTs + 5000L);
// System.out.println("当前key=" + currentKey + ",当前时间=" + currentTs + ",注册了一个5s后的定时器");
// 3、获取 process的 当前watermark
// long currentWatermark = timerService.currentWatermark();
// System.out.println("当前数据=" + value + ",当前watermark=" + currentWatermark);
// 注册定时器： 处理时间、事件时间
// timerService.registerProcessingTimeTimer();
// timerService.registerEventTimeTimer();
// 删除定时器： 处理时间、事件时间
// timerService.deleteEventTimeTimer();
// timerService.deleteProcessingTimeTimer();
// 获取当前时间进展： 处理时间-当前系统时间， 事件时间-当前watermark
// long currentTs = timerService.currentProcessingTime();
// long wm = timerService.currentWatermark();
}
/**
* TODO 2.时间进展到定时器注册的时间，调用该方法
* @param timestamp 当前时间进展，就是定时器被触发时的时间
* @param ctx 上下文
* @param out 采集器
* @throws Exception
*/
@Override
public void onTimer(long timestamp, OnTimerContext ctx, Collector<String> out) throws Exception {
super.onTimer(timestamp, ctx, out);
String currentKey = ctx.getCurrentKey();
System.out.println("key=" + currentKey + "现在时间是" + timestamp + "定时器触发");
}
}
);
process.print();
env.execute();
}
}
3. 窗口处理函数
除了KeyedProcessFunction，另外一大类常用的处理函数，就是基于窗口的ProcessWindowFunction和ProcessAllWindowFunction了。在第六章窗口函数的介绍中，我们之前已经简单地使用过窗口处理函数了。
3.1 窗口处理函数的使用
进行窗口计算，我们可以直接调用现成的简单聚合方法（sum/max/min），也可以通过调用.reduce()或.aggregate()来自定义一般的增量聚合函数（ReduceFunction/AggregateFucntion）；而对于更加复杂、需要窗口信息和额外状态的一些场景，我们还可以直接使用全窗口函数、把数据全部收集保存在窗口内，等到触发窗口计算时再统一处理。窗口处理函数就是一种典型的全窗口函数。
窗口处理函数ProcessWindowFunction的使用与其他窗口函数类似，也是基于WindowedStream直接调用方法就可以，只不过这时调用的是.process()。
stream.keyBy( t -> t.f0 )
.window( TumblingEventTimeWindows.of(Time.seconds(10)) )
.process(new MyProcessWindowFunction())
3.2 ProcessWindowFunction解析
ProcessWindowFunction既是处理函数又是全窗口函数。从名字上也可以推测出，它的本质似乎更倾向于“窗口函数”一些。事实上它的用法也确实跟其他处理函数有很大不同。我们可以从源码中的定义看到这一点：
public abstract class ProcessWindowFunction<IN, OUT, KEY, W extends Window> extends AbstractRichFunction {
...
public abstract void process(
KEY key, Context context, Iterable<IN> elements, Collector<OUT> out) throws Exception;
public void clear(Context context) throws Exception {}
public abstract class Context implements java.io.Serializable {...}
}
ProcessWindowFunction依然是一个继承了AbstractRichFunction的抽象类，它有四个类型参数：
- IN：input，数据流中窗口任务的输入数据类型。
- OUT：output，窗口任务进行计算之后的输出数据类型。
- KEY：数据中键key的类型。
- W：窗口的类型，是Window的子类型。一般情况下我们定义时间窗口，W就是TimeWindow。
ProcessWindowFunction里面处理数据的核心方法.process()。方法包含四个参数。
- key：窗口做统计计算基于的键，也就是之前keyBy用来分区的字段。
- context：当前窗口进行计算的上下文，它的类型就是ProcessWindowFunction内部定义的抽象类Context。
- elements：窗口收集到用来计算的所有数据，这是一个可迭代的集合类型。
- out：用来发送数据输出计算结果的收集器，类型为Collector。
可以明显看出，这里的参数不再是一个输入数据，而是窗口中所有数据的集合。而上下文context所包含的内容也跟其他处理函数有所差别：
public abstract class Context implements java.io.Serializable {
public abstract W window();
public abstract long currentProcessingTime();
public abstract long currentWatermark();
public abstract KeyedStateStore windowState();
public abstract KeyedStateStore globalState();
public abstract <X> void output(OutputTag<X> outputTag, X value);
}
除了可以通过.output()方法定义侧输出流不变外，其他部分都有所变化。这里不再持有TimerService对象，只能通过currentProcessingTime()和currentWatermark()来获取当前时间，所以失去了设置定时器的功能；另外由于当前不是只处理一个数据，所以也不再提供.timestamp()方法。与此同时，也增加了一些获取其他信息的方法：比如可以通过.window()直接获取到当前的窗口对象，也可以通过.windowState()和.globalState()获取到当前自定义的窗口状态和全局状态。注意这里的“窗口状态”是自定义的，不包括窗口本身已经有的状态，针对当前key、当前窗口有效；而“全局状态”同样是自定义的状态，针对当前key的所有窗口有效。
所以我们会发现，ProcessWindowFunction中除了.process()方法外，并没有.onTimer()方法，而是多出了一个.clear()方法。从名字就可以看出，这主要是方便我们进行窗口的清理工作。如果我们自定义了窗口状态，那么必须在.clear()方法中进行显式地清除，避免内存溢出。
至于另一种窗口处理函数ProcessAllWindowFunction，它的用法非常类似。区别在于它基于的是AllWindowedStream，相当于对没有keyBy的数据流直接开窗并调用.process()方法：
stream.windowAll( TumblingEventTimeWindows.of(Time.seconds(10)) )
.process(new MyProcessAllWindowFunction())
4. 应用案例——Top N
案例需求：实时统计一段时间内的出现次数最多的水位。例如，统计最近10秒钟内出现次数最多的两个水位，并且每5秒钟更新一次。我们知道，这可以用一个滑动窗口来实现。于是就需要开滑动窗口收集传感器的数据，按照不同的水位进行统计，而后汇总排序并最终输出前两名。这其实就是著名的“Top N”问题。
4.1 使用ProcessAllWindowFunction
思路一：一种最简单的想法是，我们干脆不区分不同水位，而是将所有访问数据都收集起来，统一进行统计计算。所以可以不做keyBy，直接基于DataStream开窗，然后使用全窗口函数ProcessAllWindowFunction来进行处理。
在窗口中可以用一个HashMap来保存每个水位的出现次数，只要遍历窗口中的所有数据，自然就能得到所有水位的出现次数。最后把HashMap转成一个列表ArrayList，然后进行排序、取出前两名输出就可以了。
代码具体实现如下：
public class ProcessAllWindowTopNDemo {
public static void main(String[] args) throws Exception {
StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
env.setParallelism(1);
SingleOutputStreamOperator<WaterSensor> sensorDS = env
.socketTextStream("hadoop102", 7777)
.map(new WaterSensorMapFunction())
.assignTimestampsAndWatermarks(
WatermarkStrategy
.<WaterSensor>forBoundedOutOfOrderness(Duration.ofSeconds(3))
.withTimestampAssigner((element, ts) -> element.getTs() * 1000L)
);
// 最近10秒= 窗口长度， 每5秒输出 = 滑动步长
// TODO 思路一： 所有数据到一起， 用hashmap存， key=vc，value=count值
sensorDS.windowAll(SlidingEventTimeWindows.of(Time.seconds(10), Time.seconds(5)))
.process(new MyTopNPAWF())
.print();
env.execute();
}
public static class MyTopNPAWF extends ProcessAllWindowFunction<WaterSensor, String, TimeWindow> {
@Override
public void process(Context context, Iterable<WaterSensor> elements, Collector<String> out) throws Exception {
// 定义一个hashmap用来存，key=vc，value=count值
Map<Integer, Integer> vcCountMap = new HashMap<>();
// 1.遍历数据, 统计 各个vc出现的次数
for (WaterSensor element : elements) {
Integer vc = element.getVc();
if (vcCountMap.containsKey(vc)) {
// 1.1 key存在，不是这个key的第一条数据，直接累加
vcCountMap.put(vc, vcCountMap.get(vc) + 1);
} else {
// 1.2 key不存在，初始化
vcCountMap.put(vc, 1);
}
}
// 2.对 count值进行排序: 利用List来实现排序
List<Tuple2<Integer, Integer>> datas = new ArrayList<>();
for (Integer vc : vcCountMap.keySet()) {
datas.add(Tuple2.of(vc, vcCountMap.get(vc)));
}
// 对List进行排序，根据count值 降序
datas.sort(new Comparator<Tuple2<Integer, Integer>>() {
@Override
public int compare(Tuple2<Integer, Integer> o1, Tuple2<Integer, Integer> o2) {
// 降序， 后 减 前
return o2.f1 - o1.f1;
}
});
// 3.取出 count最大的2个 vc
StringBuilder outStr = new StringBuilder();
outStr.append("================================\n");
// 遍历 排序后的 List，取出前2个， 考虑可能List不够2个的情况 ==》 List中元素的个数 和 2 取最小值
for (int i = 0; i < Math.min(2, datas.size()); i++) {
Tuple2<Integer, Integer> vcCount = datas.get(i);
outStr.append("Top" + (i + 1) + "\n");
outStr.append("vc=" + vcCount.f0 + "\n");
outStr.append("count=" + vcCount.f1 + "\n");
outStr.append("窗口结束时间=" + DateFormatUtils.format(context.window().getEnd(), "yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS") + "\n");
outStr.append("================================\n");
}
out.collect(outStr.toString());
}
}
}
4.2 使用KeyedProcessFunction
思路二：在上一小节的实现过程中，我们没有进行按键分区，直接将所有数据放在一个分区上进行了开窗操作。这相当于将并行度强行设置为1，在实际应用中是要尽量避免的，所以Flink官方也并不推荐使用AllWindowedStream进行处理。另外，我们在全窗口函数中定义了HashMap来统计vc的出现次数，计算过程是要先收集齐所有数据、然后再逐一遍历更新HashMap，这显然不够高效。
基于这样的想法，我们可以从两个方面去做优化：一是对数据进行按键分区，分别统计vc的出现次数；二是进行增量聚合，得到结果最后再做排序输出。所以，我们可以使用增量聚合函数AggregateFunction进行浏览量的统计，然后结合ProcessWindowFunction排序输出来实现Top N的需求。
具体实现可以分成两步：先对每个vc统计出现次数，然后再将统计结果收集起来，排序输出最终结果。由于最后的排序还是基于每个时间窗口的，输出的统计结果中要包含窗口信息，我们可以输出包含了vc、出现次数（count）以及窗口结束时间的Tuple3。之后先按窗口结束时间分区，然后用KeyedProcessFunction来实现。
用KeyedProcessFunction来收集数据做排序，这时面对的是窗口聚合之后的数据流，而窗口已经不存在了；我们需要确保能够收集齐所有数据，所以应该在窗口结束时间基础上再“多等一会儿”。具体实现上，可以采用一个延迟触发的事件时间定时器。基于窗口的结束时间来设定延迟，其实并不需要等太久——因为我们是靠水位线的推进来触发定时器，而水位线的含义就是“之前的数据都到齐了”。所以我们只需要设置1毫秒的延迟，就一定可以保证这一点。
而在等待过程中，之前已经到达的数据应该缓存起来，我们这里用一个自定义的HashMap来进行存储，key为窗口的标记，value为List。之后每来一条数据，就把它添加到当前的HashMap中，并注册一个触发时间为窗口结束时间加1毫秒（windowEnd + 1）的定时器。待到水位线到达这个时间，定时器触发，我们可以保证当前窗口所有vc的统计结果Tuple3都到齐了；于是从HashMap中取出进行排序输出。
具体代码实现如下：
public class KeyedProcessFunctionTopNDemo {
public static void main(String[] args) throws Exception {
StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
env.setParallelism(1);
SingleOutputStreamOperator<WaterSensor> sensorDS = env
.socketTextStream("hadoop102", 7777)
.map(new WaterSensorMapFunction())
.assignTimestampsAndWatermarks(
WatermarkStrategy
.<WaterSensor>forBoundedOutOfOrderness(Duration.ofSeconds(3))
.withTimestampAssigner((element, ts) -> element.getTs() * 1000L)
);
// 最近10秒= 窗口长度， 每5秒输出 = 滑动步长
/**
* TODO 思路二： 使用 KeyedProcessFunction实现
* 1、按照vc做keyby，开窗，分别count
* ==》 增量聚合，计算 count
* ==》 全窗口，对计算结果 count值封装 ， 带上 窗口结束时间的 标签
* ==》 为了让同一个窗口时间范围的计算结果到一起去
*
* 2、对同一个窗口范围的count值进行处理： 排序、取前N个
* =》 按照 windowEnd做keyby
* =》 使用process， 来一条调用一次，需要先存，分开存，用HashMap,key=windowEnd,value=List
* =》 使用定时器，对 存起来的结果 进行 排序、取前N个
*/
// 1. 按照 vc 分组、开窗、聚合（增量计算+全量打标签）
// 开窗聚合后，就是普通的流，没有了窗口信息，需要自己打上窗口的标记 windowEnd
SingleOutputStreamOperator<Tuple3<Integer, Integer, Long>> windowAgg = sensorDS.keyBy(sensor -> sensor.getVc())
.window(SlidingEventTimeWindows.of(Time.seconds(10), Time.seconds(5)))
.aggregate(
new VcCountAgg(),
new WindowResult()
);
// 2. 按照窗口标签（窗口结束时间）keyby，保证同一个窗口时间范围的结果，到一起去。排序、取TopN
windowAgg.keyBy(r -> r.f2)
.process(new TopN(2))
.print();
env.execute();
}
public static class VcCountAgg implements AggregateFunction<WaterSensor, Integer, Integer> {
@Override
public Integer createAccumulator() {
return 0;
}
@Override
public Integer add(WaterSensor value, Integer accumulator) {
return accumulator + 1;
}
@Override
public Integer getResult(Integer accumulator) {
return accumulator;
}
@Override
public Integer merge(Integer a, Integer b) {
return null;
}
}
/**
* 泛型如下：
* 第一个：输入类型 = 增量函数的输出 count值，Integer
* 第二个：输出类型 = Tuple3(vc，count，windowEnd) ,带上 窗口结束时间 的标签
* 第三个：key类型 ， vc，Integer
* 第四个：窗口类型
*/
public static class WindowResult extends ProcessWindowFunction<Integer, Tuple3<Integer, Integer, Long>, Integer, TimeWindow> {
@Override
public void process(Integer key, Context context, Iterable<Integer> elements, Collector<Tuple3<Integer, Integer, Long>> out) throws Exception {
// 迭代器里面只有一条数据，next一次即可
Integer count = elements.iterator().next();
long windowEnd = context.window().getEnd();
out.collect(Tuple3.of(key, count, windowEnd));
}
}
public static class TopN extends KeyedProcessFunction<Long, Tuple3<Integer, Integer, Long>, String> {
// 存不同窗口的 统计结果，key=windowEnd，value=list数据
private Map<Long, List<Tuple3<Integer, Integer, Long>>> dataListMap;
// 要取的Top数量
private int threshold;
public TopN(int threshold) {
this.threshold = threshold;
dataListMap = new HashMap<>();
}
@Override
public void processElement(Tuple3<Integer, Integer, Long> value, Context ctx, Collector<String> out) throws Exception {
// 进入这个方法，只是一条数据，要排序，得到齐才行 ===》 存起来，不同窗口分开存
// 1. 存到HashMap中
Long windowEnd = value.f2;
if (dataListMap.containsKey(windowEnd)) {
// 1.1 包含vc，不是该vc的第一条，直接添加到List中
List<Tuple3<Integer, Integer, Long>> dataList = dataListMap.get(windowEnd);
dataList.add(value);
} else {
// 1.1 不包含vc，是该vc的第一条，需要初始化list
List<Tuple3<Integer, Integer, Long>> dataList = new ArrayList<>();
dataList.add(value);
dataListMap.put(windowEnd, dataList);
}
// 2. 注册一个定时器， windowEnd+1ms即可（
// 同一个窗口范围，应该同时输出，只不过是一条一条调用processElement方法，只需要延迟1ms即可
ctx.timerService().registerEventTimeTimer(windowEnd + 1);
}
@Override
public void onTimer(long timestamp, OnTimerContext ctx, Collector<String> out) throws Exception {
super.onTimer(timestamp, ctx, out);
// 定时器触发，同一个窗口范围的计算结果攒齐了，开始 排序、取TopN
Long windowEnd = ctx.getCurrentKey();
// 1. 排序
List<Tuple3<Integer, Integer, Long>> dataList = dataListMap.get(windowEnd);
dataList.sort(new Comparator<Tuple3<Integer, Integer, Long>>() {
@Override
public int compare(Tuple3<Integer, Integer, Long> o1, Tuple3<Integer, Integer, Long> o2) {
// 降序， 后 减 前
return o2.f1 - o1.f1;
}
});
// 2. 取TopN
StringBuilder outStr = new StringBuilder();
outStr.append("================================\n");
// 遍历 排序后的 List，取出前 threshold 个， 考虑可能List不够2个的情况 ==》 List中元素的个数 和 2 取最小值
for (int i = 0; i < Math.min(threshold, dataList.size()); i++) {
Tuple3<Integer, Integer, Long> vcCount = dataList.get(i);
outStr.append("Top" + (i + 1) + "\n");
outStr.append("vc=" + vcCount.f0 + "\n");
outStr.append("count=" + vcCount.f1 + "\n");
outStr.append("窗口结束时间=" + vcCount.f2 + "\n");
outStr.append("================================\n");
}
// 用完的List，及时清理，节省资源
dataList.clear();
out.collect(outStr.toString());
}
}
}
5. 侧输出流（Side Output）
处理函数还有另外一个特有功能，就是将自定义的数据放入“侧输出流”（side output）输出。这个概念我们并不陌生，之前在讲到窗口处理迟到数据时，最后一招就是输出到侧输出流。而这种处理方式的本质，其实就是处理函数的侧输出流功能。
我们之前讲到的绝大多数转换算子，输出的都是单一流，流里的数据类型只能有一种。而侧输出流可以认为是“主流”上分叉出的“支流”，所以可以由一条流产生出多条流，而且这些流中的数据类型还可以不一样。利用这个功能可以很容易地实现“分流”操作。
具体应用时，只要在处理函数的.processElement()或者.onTimer()方法中，调用上下文的.output()方法就可以了。
DataStream<Integer> stream = env.fromSource(...);
OutputTag<String> outputTag = new OutputTag<String>("side-output") {};
SingleOutputStreamOperator<Long> longStream = stream.process(new ProcessFunction<Integer, Long>() {
@Override
public void processElement( Integer value, Context ctx, Collector<Integer> out) throws Exception {
// 转换成Long，输出到主流中
out.collect(Long.valueOf(value));
// 转换成String，输出到侧输出流中
ctx.output(outputTag, "side-output: " + String.valueOf(value));
}
});
这里output()方法需要传入两个参数，第一个是一个“输出标签”OutputTag，用来标识侧输出流，一般会在外部统一声明；第二个就是要输出的数据。
我们可以在外部先将OutputTag声明出来：
OutputTag<String> outputTag = new OutputTag<String>("side-output") {};
如果想要获取这个侧输出流，可以基于处理之后的DataStream直接调用.getSideOutput()方法，传入对应的OutputTag，这个方式与窗口API中获取侧输出流是完全一样的。
DataStream<String> stringStream = longStream.getSideOutput(outputTag);
案例需求：对每个传感器，水位超过10的输出告警信息
代码如下：
public class SideOutputDemo {
public static void main(String[] args) throws Exception {
StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
env.setParallelism(1);
SingleOutputStreamOperator<WaterSensor> sensorDS = env
.socketTextStream("hadoop102", 7777)
.map(new WaterSensorMapFunction())
.assignTimestampsAndWatermarks(
WatermarkStrategy
.<WaterSensor>forBoundedOutOfOrderness(Duration.ofSeconds(3))
.withTimestampAssigner((element, ts) -> element.getTs() * 1000L)
);
OutputTag<String> warnTag = new OutputTag<>("warn", Types.STRING);
SingleOutputStreamOperator<WaterSensor> process = sensorDS.keyBy(sensor -> sensor.getId())
.process(
new KeyedProcessFunction<String, WaterSensor, WaterSensor>() {
@Override
public void processElement(WaterSensor value, Context ctx, Collector<WaterSensor> out) throws Exception {
// 使用侧输出流告警
if (value.getVc() > 10) {
ctx.output(warnTag, "当前水位=" + value.getVc() + ",大于阈值10！！！");
}
// 主流正常 发送数据
out.collect(value);
}
}
);
process.print("主流");
process.getSideOutput(warnTag).printToErr("warn");
env.execute();
}
}
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