Flink系列-7、Flink DataSet—Sink广播变量分布式缓存累加器

news2024/9/27 5:37:08

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大数据系列文章目录

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在这里插入图片描述

目录

  • 数据输出Data Sinks
    • 基于本地集合的sink
    • 基于文件的sink
  • Flink的广播变量
  • Flink Accumulators & Counters
    • 未使用累加器
    • 使用累加器
    • Flink Broadcast和Accumulators的区别
  • Flink的分布式缓存

数据输出Data Sinks

flink在批处理中常见的sink

  • 基于本地集合的sink（Collection-based-sink）
  • 基于文件的sink（File-based-sink）

基于本地集合的sink

目标
数据可以输出到：Stdout，Stderr，采集为本地集合

package batch.sink;

import org.apache.flink.api.java.ExecutionEnvironment;
import org.apache.flink.api.java.operators.DataSource;

import java.util.List;

/**
 * @author lwh
 * @date 2023/4/14
 * @description 基于本地集合的sink,数据可以输出到：Stdout，Stderr，采集为本地集合
 **/
public class LocalOutputDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExecutionEnvironment env = ExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();

        DataSource<Long> source = env.generateSequence(1, 10);

        // Local print
        source.print();
        System.out.println("-----------");

        // Print to Local Stderr
        source.printToErr();
        System.out.println("-----------");

        // Collect to local collection
        List<Long> collect = source.collect();
        System.out.println(collect);
    }
}

基于文件的sink

  • 文件协议：flink支持多种存储设备上的文件，包括本地文件，hdfs文件等。
  • 文件类型：flink支持多种文件的存储格式，包括text文件，CSV文件等。
package batch.sink;

import org.apache.flink.api.java.ExecutionEnvironment;
import org.apache.flink.api.java.operators.DataSource;
import org.apache.flink.core.fs.FileSystem;

/**
 * @author lwh
 * @date 2023/4/14
 * @description 基于文件的sink
 **/
public class FileOutputDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExecutionEnvironment env = ExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();

        DataSource<Long> source = env.generateSequence(1, 10);

        // 1. Sink to local file
        source.writeAsText("data/output/1", FileSystem.WriteMode.OVERWRITE);

        // 2. Sink to HDFS file, 注意需要有HDFS的写入权限, 在idea中运行是以windows系统的本地用户名作为用户操作的
        source.writeAsText("hdfs://node1:8020/output/idea1", FileSystem.WriteMode.OVERWRITE).setParallelism(1);

        // 因为没有print,所以需要手动启动这个Flink任务.
        env.execute();

    }
}

Flink的广播变量

Flink支持广播变量，就是将数据广播到具体的taskmanager上，数据存储在内存中，这样可以减缓大量的shuffle操作。

比如在数据join阶段，不可避免的就是大量的shuffle操作，我们可以把其中一个dataSet广播出去，一直加载到taskManager的内存中，可以直接在内存中拿数据，避免了大量的shuffle，导致集群性能下降。

广播变量创建后，它可以运行在集群中的任何function上，而不需要多次传递给集群节点。另外需要记住，不应该修改广播变量，这样才能确保每个节点获取到的值都是一致的。
一句话解释，可以理解为是一个公共的共享变量，我们可以把一个dataset 数据集广播出去，然后不同的task在节点上都能够获取到，这个数据在每个节点上只会存在一份。如果不使用broadcast，则在每个节点中的每个task中都需要拷贝一份dataset数据集，比较浪费内存(也就是一个节点中可能会存在多份dataset数据)。

注意：因为广播变量是要把dataset广播到内存中，所以广播的数据量不能太大，否则会出现OOM这样的问题

  • Broadcast：Broadcast是通过withBroadcastSet(dataset，string)来注册的
  • Access：通过getRuntimeContext().getBroadcastVariable(String)访问广播变量

在这里插入图片描述

  • 可以理解广播就是一个公共的共享变量
  • 将一个数据集广播后，不同的Task都可以在节点上获取到
  • 每个节点 只存一份
  • 如果不使用广播，每一个Task都会拷贝一份数据集，造成内存资源浪费

用法

在需要使用广播的操作后，使用 withBroadcastSet 创建广播

在操作中，使用getRuntimeContext.getBroadcastVariable [广播数据类型] ( 广播名 )获取广播变量

示例
创建一个 学生 数据集，包含以下数据

|学生ID | 姓名 |
|------|------|
List((1, "张三"), (2, "李四"), (3, "王五"))

将该数据，发布到广播。
再创建一个 成绩 数据集，

|学生ID | 学科 | 成绩 |
|------|------|-----|
List( (1, "语文", 50),(2, "数学", 70), (3, "英文", 86))

请通过广播获取到学生姓名，将数据转换为

List( ("张三", "语文", 50),("李四", "数学", 70), ("王五", "英文", 86))

步骤

  • 获取批处理运行环境
  • 分别创建两个数据集
  • 使用 RichMapFunction 对 成绩数据集进行map转换
  • 在数据集调用 map 方法后，调用 withBroadcastSet 将 学生数据集创建广播
  • 实现 RichMapFunction
    1、将成绩数据(学生ID，学科，成绩) -> (学生姓名，学科，成绩)
    2、重写 open 方法中，获取广播数据
    3、在 map 方法中使用广播进行转换
  • 打印测试
package batch.broadcast;

import org.apache.commons.collections.map.HashedMap;
import org.apache.flink.api.common.functions.RichMapFunction;
import org.apache.flink.api.java.ExecutionEnvironment;
import org.apache.flink.api.java.operators.DataSource;
import org.apache.flink.api.java.operators.MapOperator;
import org.apache.flink.api.java.tuple.Tuple2;
import org.apache.flink.api.java.tuple.Tuple3;
import org.apache.flink.configuration.Configuration;

import java.util.List;
import java.util.Map;
/**
 * @author lwh
 * @date 2023/4/14 
 * @description 演示广播变量
 **/
public class BroadcastDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExecutionEnvironment env = ExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();

        // 准备学生信息数据集
        DataSource<Tuple2<Integer, String>> studentInfoDataSet = env.fromElements(
                Tuple2.of(1, "王大锤"),
                Tuple2.of(2, "潇潇"),
                Tuple2.of(3, "甜甜")
        );

        // 准备分数信息数据集
        DataSource<Tuple3<Integer, String, Integer>> scoreInfoDataSet = env.fromElements(
                Tuple3.of(1, "数据结构", 99),
                Tuple3.of(2, "英语", 100),
                Tuple3.of(3, "C++", 96),
                Tuple3.of(5, "Java", 97),
                Tuple3.of(3, "Scala", 100)
        );

        // 关联操作用到广播变量技术
        // 在map方法中计算的时候, 带上withBroadcastSet, 就表明可以在map中访问广播变量
        // 需要用RichMapFunction实现, 是因为需要用到Rich的获取RuntimeContext的功能
        // 可以从RuntimeContext中获取到广播变量
        // Rich类型功能有2:
        // 1. 带有open和close
        // 2. 可以访问到RuntimeContext
        MapOperator<Tuple3<Integer, String, Integer>, Tuple3<String, String, Integer>> result = scoreInfoDataSet.map(new RichMapFunction<Tuple3<Integer, String, Integer>, Tuple3<String, String, Integer>>() {
            private Map<Integer, String> map = new HashedMap();

            @Override
            // open在类被实例化的时候 执行一次
            public void open(Configuration parameters) throws Exception {
                // 需要在实例化的时候, 获取到广播变量的值
                // 通过RuntimeContext的getBroadcastVariable取到广播变量的值
                List<Tuple2<Integer, String>> student = getRuntimeContext().getBroadcastVariable("student");
                // 将list组装成map 方便通过id get到名字
                for (Tuple2<Integer, String> tuple : student) {
                    map.put(tuple.f0, tuple.f1);
                }
            }

            @Override
            // close在类被销毁的时候 执行一次
            public void close() throws Exception {
                super.close();
            }

            @Override
            public Tuple3<String, String, Integer> map(Tuple3<Integer, String, Integer> value) throws Exception {
                Integer id = value.f0;
                String name = map.getOrDefault(id, "未知的学生姓名");
                return Tuple3.of(name, value.f1, value.f2);
            }
        }).withBroadcastSet(studentInfoDataSet, "student");
        // withBroadcastSet中参数2是设置广播变量的名字的, 如果你用多个广播变量, 一定要注意名字不一样, 不然就会产生问题

        result.print();
    }
}

// 有一个 10个G的数据集, 我要广播出去, 广播变量扛得住吗?
// 内存有限, 对于大体积的数据, 可以使用分布式缓存技术来优化

/*
将数据广播到每一个机器的硬盘上, 那么当读取的时候 或者说多次读取的时候就会有优化:
1. 首次读取没有加速, 二次 三次使用的话,  直接从硬盘读 ( 非分布式缓存, 需要从HDFS读, HDFS读涉及到 磁盘读出来 网络发出去), 省略了一次网络发送的IO
2. 缓存到本地硬盘上, 可以被Linux系统的 Buffer和Cache所优化 (不是100%起作用, 需要内存有空闲)
Buffer和Cache是Linux操作系统的磁盘优化项, 可以在内存中缓存最近的```热数据```, 当你使用热数据的时候, 其实是从内存中取出去的.
 */

在这里插入图片描述

Flink Accumulators & Counters

Accumulator即累加器，与Mapreduce counter的应用场景差不多，都能很好地观察task在运行期间的数据变化
可以在Flink job任务中的算子函数中操作累加器，但是只能在任务执行结束之后才能获得累加器的最终结果。

Flink现在有以下内置累加器。每个累加器都实现了Accumulator接口。

  • IntCounter
  • LongCounter
  • DoubleCounter

步骤

  1. 创建累加器
private IntCounter numLines = new IntCounter();
  1. 注册累加器
getRuntimeContext().addAccumulator("num-lines", this.numLines);
  1. 使用累加器
this.numLines.add(1);
  1. 获取累加器的结果
myJobExecutionResult.getAccumulatorResult("num-lines")

未使用累加器

package batch.accumulators;

import org.apache.flink.api.common.functions.RichMapFunction;
import org.apache.flink.api.java.ExecutionEnvironment;
import org.apache.flink.api.java.operators.DataSource;
import org.apache.flink.api.java.operators.MapOperator;
import org.apache.flink.core.fs.FileSystem;

/**
 * @author lwh
 * @date 2023/4/14
 * @description 演示未使用累加器
 **/
public class AccumulatorsDemo1 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExecutionEnvironment env = ExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();

        DataSource<Long> source = env.generateSequence(1, 10);

        MapOperator<Long, Long> map = source.map(new RichMapFunction<Long, Long>() {
            Long counter = 0L;

            @Override
            public Long map(Long value) throws Exception {
                counter += 1L;
                System.out.println("Thread id: " + getRuntimeContext().getIndexOfThisSubtask() + ",counter: " + counter);
                return value;
            }
        });

        map.writeAsText("data/output/accumulators", FileSystem.WriteMode.OVERWRITE);
        env.execute();

    }
}

在这里插入图片描述

使用累加器

package batch.accumulators;

import org.apache.flink.api.common.JobExecutionResult;
import org.apache.flink.api.common.accumulators.IntCounter;
import org.apache.flink.api.common.functions.RichMapFunction;
import org.apache.flink.api.java.ExecutionEnvironment;
import org.apache.flink.api.java.operators.DataSource;
import org.apache.flink.api.java.operators.MapOperator;
import org.apache.flink.configuration.Configuration;
import org.apache.flink.core.fs.FileSystem;

/**
 * @author lwh
 * @date 2023/4/14
 * @description 演示使用累加器
 **/
public class AccumulatorsDemo2 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExecutionEnvironment env = ExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();

        DataSource<Long> source = env.generateSequence(1, 10);

        /*
        累加器使用为4步：
        1. 创建累加器
        2. 注册累加器
        3. 使用累加器
        4. 获得累加器的结果
         */
        MapOperator<Long, Long> map = source.map(new RichMapFunction<Long, Long>() {
            // 1. 创建累加器
            IntCounter counter = new IntCounter();

            // 2. 在open方法中注册累加器
            @Override
            public void open(Configuration parameters) throws Exception {
                super.open(parameters);
                // 注册
                getRuntimeContext().addAccumulator("sum", counter);
            }

            @Override
            public Long map(Long value) throws Exception {
                // 3. 使用累加器
                counter.add(1);
                System.out.println("Thread id: " + getRuntimeContext().getIndexOfThisSubtask() + ",counter: " + counter.getLocalValue());
                return value;
            }
        });

        map.writeAsText("data/output/accumulators", FileSystem.WriteMode.OVERWRITE);
        JobExecutionResult jobExecutionResult = env.execute();

        // 4. 从执行结果中获取累加器的最终值
        int sum = jobExecutionResult.getAccumulatorResult("sum");
        System.out.println("Finally Accumulator result is: " + sum);

    }
}

在这里插入图片描述
可见，每一个线程本地中累加后结果确实都是1
但是经过累加器集合后，最终结果不会变化

Flink Broadcast和Accumulators的区别

  • Broadcast(广播变量)允许程序员将一个只读的变量缓存在每台机器上，而不用在任务之间传递变量。广播变量可以进行共享，但是不可以进行修改
  • Accumulators(累加器)是可以在不同任务中对同一个变量进行累加操作(简单的说就是由Flink为我们实现线程安全)（对于分布式系统来说，不仅仅累加的各个Task会跨Slot，甚至会跨机器进行累加，所以，传统的累加不可用，需要用Flink提供的累加器才可以的哦）。

Flink的分布式缓存

Flink提供了一个类似于Hadoop的分布式缓存，让并行运行实例的函数可以在本地访问。这个功能可以被使用来分享外部静态的数据，例如：机器学习的逻辑回归模型等！

缓存的使用流程：

使用ExecutionEnvironment实例对本地的或者远程的文件（例如：HDFS上的文件）,为缓存文件指定一个名字注册该缓存文件！当程序执行时候，Flink会自动将复制文件或者目录到所有worker节点的本地文件系统中，函数可以根据名字去该节点的本地文件系统中检索该文件！

和广播变量的区别：

  • 广播变量广播的是程序中的变量(DataSet)数据，分布式缓存广播的是文件
  • 广播变量将数据广播到各个TaskManager的内存中，分布式缓存广播到各个TaskManager的本地

用法
使用Flink运行时环境的 registerCachedFile 注册一个分布式缓存
在操作中，使用 getRuntimeContext.getDistributedCache.getFile ( 文件名 )获取分布式缓存

示例

创建一个 成绩 数据集

List( (1, "语文", 50),(2, "数学", 70), (3, "英文", 86))

请通过分布式缓存获取到学生姓名，将数据转换为

List( ("张三", "语文", 50),("李四", "数学", 70), ("王五", "英文", 86))

测试数据

1,王大锤
2,潇潇
3,甜甜

操作步骤

  • 将 distribute_cache_student 文件上传到HDFS / 目录下
  • 获取批处理运行环境
  • 创建成绩数据集
  • 对成绩数据集进行map转换，将（学生ID, 学科, 分数）转换为（学生姓名，学科，分数）
    1、RichMapFunction 的 open 方法中，获取分布式缓存数据
    2、在 map 方法中进行转换
  • 实现 open 方法
    1、使用 getRuntimeContext.getDistributedCache.getFile 获取分布式缓存文件
    2、使用 Scala.fromFile 读取文件，并获取行
    3、将文本转换为元组（学生ID，学生姓名），再转换为List
  • 实现 map 方法
    1、从分布式缓存中根据学生ID过滤出来学生
    2、获取学生姓名
    3、构建最终结果元组
  • 打印测试
package batch.distributed_cache;

import org.apache.commons.collections.map.HashedMap;
import org.apache.flink.api.common.functions.RichMapFunction;
import org.apache.flink.api.java.ExecutionEnvironment;
import org.apache.flink.api.java.operators.DataSource;
import org.apache.flink.api.java.operators.MapOperator;
import org.apache.flink.api.java.tuple.Tuple2;
import org.apache.flink.api.java.tuple.Tuple3;
import org.apache.flink.configuration.Configuration;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.File;
import java.io.FileReader;
import java.util.Map;

/**
 * @author lwh
 * @date 2023/4/14
 * @description 分布式缓存
 **/
public class DistributedCacheDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExecutionEnvironment env = ExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();

        // 准备分数信息数据集
        DataSource<Tuple3<Integer, String, Integer>> scoreInfoDataSet = env.fromElements(
                Tuple3.of(1, "数据结构", 99),
                Tuple3.of(2, "英语", 100),
                Tuple3.of(3, "C++", 96),
                Tuple3.of(5, "Java", 97),
                Tuple3.of(3, "Scala", 100)
        );

        // 1. env注册分布式缓存 参数1是被广播文件的路径, 参数2是名称
        env.registerCachedFile("data/input/distributed_student.txt", "student");

        // 2. 在算子中应用分布式缓存数据即可
        MapOperator<Tuple3<Integer, String, Integer>, Tuple3<String, String, Integer>> result = scoreInfoDataSet.map(new RichMapFunction<Tuple3<Integer, String, Integer>, Tuple3<String, String, Integer>>() {
            private Map<Integer, String> map = new HashedMap();

            @Override
            public void open(Configuration parameters) throws Exception {
                // 通过RuntimeContext来获取到分布式缓存的```文件```, getFile参数是分布式缓存的名称
                File file = getRuntimeContext().getDistributedCache().getFile("student");
                // 应用 读文件的逻辑读取数据即可
                BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new FileReader(file));
                String line = "";
                while ((line = bufferedReader.readLine()) != null) {
                    String[] arr = line.split(",");
                    map.put(Integer.parseInt(arr[0]), arr[1]);
                }
            }

            @Override
            public Tuple3<String, String, Integer> map(Tuple3<Integer, String, Integer> value) throws Exception {
                int id = value.f0;
                String name = map.getOrDefault(id, "未知的学生姓名");
                return Tuple3.of(name, value.f1, value.f2);
            }
        });

        result.print();
    }
}

在这里插入图片描述

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目录 前言1.进制转换2.字符串加密的实现3.猜拳游戏4.多种方法计算π尾语 &#x1f49d; 前言 嗨喽~大家好呀&#xff0c;这里是魔王呐 ❤ ~! 1.进制转换 功能&#xff1a; 获取十进制整数的二进制串&#xff0c;相当于内置函数bin。 算法分析&#xff1a; 对2辗转相除&…
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pyecharts从入门到精通-地图专题Map-世界地图和中国城市地图

pyecharts从入门到精通-地图专题Map-世界地图和中国城市地图

文章目录 参考安装与查看pyecharts地图实现-Geo数据集查看读取数据生成中文国家名称国家中文和英文名称字典:根据字典&#xff0c;生成国家中文名查看没有转换成功的国家中文有哪些过滤包含中文国家名的数据 可视化人口数据显示中国城市地图数据 拓展-pyecharts中Map源码拓展-p…
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开放耳机有什么优缺点，推荐几款不错的开放式耳机

开放耳机有什么优缺点，推荐几款不错的开放式耳机

​由于骨传导耳机可以保持耳朵的开放&#xff0c;长时间佩戴不会有闷热感&#xff0c;同时可以在运动中保持安全&#xff0c;因此被越来越多的人接受。在目前市面上骨传导耳机品牌众多&#xff0c;价格从几十元到上千元不等&#xff0c;为了让大家更好地挑选适合自己的骨传导耳…
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java获取两个日期之间的所有日期

java获取两个日期之间的所有日期

1、获取日期的过程&#xff1a; 首先创建一个数组&#xff0c;然后在数组的末尾加上一个日期。当我们有两个日期时&#xff0c;可以把这两个日期当做是不同的数组&#xff0c;然后使用 next函数把这两个日期之间的所有时间都获取出来。 2、代码演示&#xff1a; 3、实现效果&am…
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bat批处理文件无法执行

bat批处理文件无法执行

执行后弹出cmd窗口&#xff0c;但里面命令未执行 方案一&#xff1a; 1、打开开始菜单——控制面板 2、点击系统和安全——系统 3、点击左上角的“高级系统设置” 4、切换到“高级”选项卡&#xff0c;点击下方的“环境变量” 5、在用户变量下方点击“新建”&#xff0c;…
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3.2.3队列的链式实现

3.2.3队列的链式实现

队列的链式实现 注意声明队头指针和队尾指针作用 (1)插入节点的时候只要rear指针指向结点的next指针指向的位置&#xff1b; (2)删除只要front指指针指向的头节点next指针指向的位置删除&#xff1b; &#xff08;1&#xff09;初始化&#xff08;带头结点&#xff09; 初试化…
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C++：多态的底层实现原理 -- 虚函数表

C++：多态的底层实现原理 -- 虚函数表

目录 一. 多态的原理 1.1 虚函数表 1.2 多态的实现原理 1.3 动态绑定与静态绑定 二. 多继承中的虚函数表 2.1 虚函数表的打印 2.2 多继承中虚函数表中的内容存储情况 一. 多态的原理 1.1 虚函数表 对于一个含有虚函数的的类&#xff0c;在实例化出来对象以后&#xff0…
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Docker部署SpringBoot+Vue项目

Docker部署SpringBoot+Vue项目

1.项目部署规划 1.后端多模块项目blog以及各模块运行端口&#xff1a; 前台服务模块sangeng-blog->7777&#xff0c;后台服务模块sangeng-admin->8989&#xff0c;公共模块sangeng-framework 2.前端前台Vue项目&#xff1a;sg-blog-vue->80 3.前端后台Vue项目&#x…
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如何在AWS EKS上部署安装nginx ingress controller

如何在AWS EKS上部署安装nginx ingress controller

Ingress Controller Ingress Controller 通常是一个负载均衡器&#xff0c;用于将外部流量路由到您的 Kubernetes 集群&#xff0c;并负责 L4-L7 网络服务 Ingress controller 仅覆盖 L7 流量&#xff0c;而入口重新路由 HTTP 和 HTTPS 流量 Type of Ingress Controllers C…
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QT编程集成环境在Ubuntu中如何使用ROS工程？

QT编程集成环境在Ubuntu中如何使用ROS工程？

文章目录 0.引言1.安装Qt Creator&#xff08;带ROS插件&#xff09;2.创建ROS工程3.创建功能包4.创建节点5.添加编译规则6.编译运行 0.引言 在进行ROS开发过程中&#xff0c;会创建许多功能包和源代码文件&#xff0c;这些文件少量时&#xff0c;手动管理还能接受&#xff0c;…
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微搭低代码学习之数据收集

微搭低代码学习之数据收集

低代码和开发之间的关系 低代码平台是一种快速构建应用程序的工具&#xff0c;旨在提高开发效率。它们提供了一种基于图形用户界面的方式来创建应用程序&#xff0c;而无需编写大量的代码。使用低代码平台&#xff0c;开发人员可以更快速地构建和交付应用程序&#xff0c;从而缩…
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