Flink系列-9、Flink DataStream的输入数据集Data Source

news2024/10/5 20:23:41

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大数据系列文章目录

官方网址：https://flink.apache.org/

学习资料：https://flink-learning.org.cn/
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目录

  • addSource方法
  • 接口: SourceFunction
  • Flink自带的创建Source的方法
  • 自定义实现Source的注意事项
  • 继承关系
  • Source定义演示
    • 基于本地集合的非并行Source
    • 基于本地集合的并行Source
    • 基于文件的source
    • 基于网络套接字的source
    • 自定义的source（Custom-source）
      • 自定义实现SourceFunction接口
    • 实现ParallelSourceFunction创建可并行Source
    • 实现RichParallelSourceFunction：创建并行并带有Rich功能的Source
    • 基于kafka的source操作
    • 基于mysql的source操作

addSource方法

Flink提供了一个方法 通过env对象调用addSource方法，需要传入一个SourceFunction接口的实例化对象
这个方法是最根本的定义Source的方法。

我们如果想要定义Source，可以调用这个方法来得到DataStream对象

接口: SourceFunction

调用addSource方法需要传入接口SourceFunction的实例化对象(接口实现的子类)
在Flink中，所有创建Source的方式，在继承关系上，顶级父类均是这个SourceFunction接口

在这里插入图片描述
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我们如果调用addSource方法来获取Source对象可以自定义SourceFunction的实现来完成方法调用。

Flink自带了SourceFunction的许多已实现的子类，最常用的有3个：

  • RichSourceFunction（抽象类） 带有Rich功能的SourceFunction接口实现类（不可并行）
  • ParallelSourceFunction(接口) 可并行的SourceFunction接口实现类
  • RichParallelSourceFunction(抽象类) 可并行的带有Rich功能SourceFunction接口实现类

那么，我们在调用addSource方法的时候，除了可以实现SourceFunction接口外，这3个常见的实现我们也可以继承使用。

Flink自带的创建Source的方法

除了使用addSource方法创建Source外，Flink也自带了许多方法供我们快捷创建对应的Source

  • fromElements 从元素中获取数据, 不可并行, 底层调用的fromCollection
  • fromCollection 从集合中获取数据，不可并行，底层调用的addSource方法，传入的是FromElementsFunction类(SourceFunction接口的实现子类)
  • socketTextStream 从socket中获取数据，不可并行，底层调用的addSource方法，传入的SocketTextStreamFunction类（SourceFunction的实现子类）
  • generateSequence 生成一个序列，可以并行，底层调用的StatefulSequenceSource(RichParallelSourceFunction的实现子类)
  • fromParallelCollection 从集合中获取数据，可以并行，底层addSource方法，传入的FromSplittableIteratorFunction(RichParallelSourceFunction的实现)
  • readTextFile 从文件中获取数据，可以并行，底层addSource方法，传入的ContinuousFileMonitoringFunction(RichSourceFunction的实现)

我们可以根据需求，调用上面的方法来获取数据
也可以调用addSource方法，自行提供自定义的实现

自定义实现Source的注意事项

如果想要使用addSource方法自定义实现Source，关于并行度需要注意：

  • 直接提供SourceFunction的实现，不可并行
  • 直接提供RichSourceFunction的实现，不可并行
  • 直接提供ParallelSourceFunction的实现，可以并行
  • 直接提供RichParallelSourceFunction，可以并行

我们自行根据是否需要并行来选择对应的接口或抽象类来实现。

继承关系

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Source定义演示

基于本地集合的非并行Source

package batch.source;

import org.apache.flink.streaming.api.datastream.DataStreamSource;
import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;

import java.util.Arrays;

/**
 * @author lwh
 * @date 2023/4/20
 * @description 基于本地集合的非并行source
 **/
public class BasicSourceDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();

        DataStreamSource<String> source1 = env.fromElements("hadoop", "spark", "flink");
        DataStreamSource<String> source2 = env.fromCollection(Arrays.asList("hadoop", "spark", "flume"));

//        source1.print().setParallelism(1);
        source2.print();

        System.out.println(env.getExecutionPlan());
        env.execute();

    }

}

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基于本地集合的并行Source

package batch.source;

import org.apache.flink.api.common.typeinfo.TypeInformation;
import org.apache.flink.streaming.api.datastream.DataStreamSource;
import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;
import org.apache.flink.util.NumberSequenceIterator;

/**
 * @author lwh
 * @date 2023/4/20
 * @description 基于本地集合的并行source
 **/
public class BasicParallelSourceDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();

        DataStreamSource<Long> source1 = env.generateSequence(1, 10).setParallelism(6);

        // fromParallelCollection 只接受SplittableIterator的子类
        // 也就是只能是：NumberSequenceIterator或者LongValueSequenceIterator
        DataStreamSource<Long> source2 = env.fromParallelCollection(
                new NumberSequenceIterator(1, 10), TypeInformation.of(Long.TYPE));

        source1.print();
        source2.setParallelism(3).print();

        System.out.println(env.getExecutionPlan());
        env.execute();

    }
}

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基于文件的source

Flink的流处理可以直接通过readTextFile()方法读取文件来创建数据源,方法如下:

package batch.source;

import org.apache.flink.streaming.api.datastream.DataStreamSource;
import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;

/**
 * @author lwh
 * @date 2023/4/20
 * @description 基于文件的source
 **/
public class FileSourceDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();

        DataStreamSource<String> localFileSource = env.readTextFile("data/input/score.csv", "UTF-8");

        // DataStreamSource<String> hdfsFileSource = env.readTextFile("hdfs://node1:8020/input/license.txt");

        localFileSource.print();
        // hdfsFileSource.print();

        env.execute();

    }
}

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基于网络套接字的source

上面两种方式创建的数据源一般都是固定的.如果需要源源不断的产生数据,可以使用socket的方式来获取数据,通过调用socketTextStream()方法

示例
编写Flink程序，接收socket的单词数据，并以空格进行单词拆分打印。

步骤

  • 获取流处理运行环境
  • 构建socket流数据源，并指定IP地址和端口号
  • 对接收到的数据进行空格拆分
  • 打印输出
  • 启动执行
  • 在Linux中，使用nc -lk 端口号监听端口，并发送单词
package batch.source;

import org.apache.flink.streaming.api.datastream.DataStreamSource;
import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;

/**
 * @author lwh
 * @date 2023/4/20
 * @description 基于网络套接字的source
 **/
public class SocketSourceDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();

        // 参数1 要连接的主机名 参数2 要连接的主机端口
        DataStreamSource<String> socketSource = env.socketTextStream("node1", 9999);

        socketSource.print();
        env.execute();

    }
}

自定义的source（Custom-source）

自定义实现SourceFunction接口

除了预定义的Source外，我们还可以通过实现SourceFunction来自定义Source，然后通过StreamExecutionEnvironment.addSource(sourceFunction)添加进来。

示例
自定义数据源, 每1秒钟随机生成一条订单信息(订单ID、用户ID、订单金额、时间戳)

要求

  • 随机生成订单ID（UUID）
  • 随机生成用户ID（0-2）
  • 随机生成订单金额（0-100）
  • 时间戳为当前系统时间

开发步骤

  • 创建订单实体类
  • 创建自定义数据源
  • 死循环生成订单
  • 随机构建订单信息
  • 上下文收集数据
  • 每隔一秒执行一次循环
  • 获取流处理环境
  • 使用自定义Source
  • 打印数据
  • 执行任务

订单实体类

package entity;

import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;

/**
 * @author lwh
 * @date 2023/4/20
 * @description
 **/
@Data
@AllArgsConstructor
public class Order {
    private String id;
    private String userId;
    private int money;
    private Long time;

}

流处理代码

package batch.source;

import entity.Order;
import org.apache.flink.streaming.api.datastream.DataStreamSource;
import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;
import org.apache.flink.streaming.api.functions.source.SourceFunction;

import java.util.Random;
import java.util.UUID;

/**
 * @author lwh
 * @date 2023/4/20
 * @description 自定义实现SourceFunction接口
 **/
public class CustomerSourceWithoutParallelDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();

        DataStreamSource<Order> mySource = env.addSource(new MySource());

        mySource.print();
        env.execute();

    }

    public static class MySource implements SourceFunction<Order> {
        private boolean isRun = true;   // 关闭循环标记
        @Override
        public void run(SourceContext<Order> ctx) throws Exception {
            Random random = new Random();
            while (isRun) {
                String id = UUID.randomUUID().toString();
                String userId = random.nextInt(99) + "";
                int money = random.nextInt(999);
                long time = System.currentTimeMillis();

                ctx.collect(new Order(id, userId, money, time));
                Thread.sleep(1000L);
            }
        }

        @Override
        public void cancel() {
            this.isRun = false;
        }
    }

}

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实现ParallelSourceFunction创建可并行Source

package batch.source;

import org.apache.flink.streaming.api.datastream.DataStreamSource;
import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;
import org.apache.flink.streaming.api.functions.source.ParallelSourceFunction;

import java.util.UUID;

/**
 * @author lwh
 * @date 2023/4/20
 * @description 自定义多并行度Source
 **/
public class CustomerSourceWithParallelDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();

        DataStreamSource<String> mySource = env.addSource(new MySource()).setParallelism(6);
        mySource.print();

        env.execute();

    }

    public static class MySource implements ParallelSourceFunction<String> {
        @Override
        public void run(SourceContext<String> ctx) throws Exception {
            ctx.collect(UUID.randomUUID().toString());
            /*
            如果不设置无限循环可以看出，设置了多少并行度就打印出多少条数据
             */
        }

        @Override
        public void cancel() {}
    }

}

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实现RichParallelSourceFunction：创建并行并带有Rich功能的Source

package batch.source;

import org.apache.flink.configuration.Configuration;
import org.apache.flink.streaming.api.datastream.DataStreamSource;
import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;
import org.apache.flink.streaming.api.functions.source.RichParallelSourceFunction;

import java.util.UUID;

/**
 * @author lwh
 * @date 2023/4/20
 * @description 自定义一个RichParallelSourceFunction的实现
 **/
public class CustomerRichSourceWithParallelDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
        DataStreamSource<String> mySource = env.addSource(new MySource()).setParallelism(6);
        mySource.print();

        env.execute();

    }

    /*
   Rich 类型的Source可以比非Rich的多出有：
   - open方法，实例化的时候会执行一次，多个并行度会执行多次的哦（因为是多个实例了）
   - close方法，销毁实例的时候会执行一次，多个并行度会执行多次的哦
   - getRuntime方法可以获得当前的Runtime对象（底层API）
    */
    public static class MySource extends RichParallelSourceFunction<String> {
        @Override
        public void open(Configuration parameters) throws Exception {
            super.open(parameters);
            System.out.println("open......");
        }

        @Override
        public void close() throws Exception {
            super.close();
            System.out.println("close......");
        }

        @Override
        public void run(SourceContext<String> ctx) throws Exception {
            ctx.collect(UUID.randomUUID().toString());
        }

        @Override
        public void cancel() {
        }
    }

}

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基于kafka的source操作

Flink 是新一代流批统一的计算引擎，它需要从不同的第三方存储引擎中把数据读过来，进行处理，然后再写出到另外的存储引擎中。Connector 的作用就相当于一个连接器，连接 Flink 计算引擎跟外界存储系统。Flink 里有以下几种方式，当然也不限于这几种方式可以跟外界进行数据交换
在这里插入图片描述

在这里重点介绍生产环境中最常用到的 Flink kafka connector。同学们对kafka非常熟悉，它是一个分布式的、分区的、多副本的、 支持高吞吐的、发布订阅消息系统。生产环境环境中也经常会跟 kafka 进行一些数据的交换，比如利用 kafka consumer 读取数据，然后进行一系列的处理之后，再将结果写出到 kafka 中。

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构造函数参数说明

  • 主题名称/主题名称列表
  • 反序列化器
  • Kafka消费者的属性。需要以下属性：
    bootstrap.servers（以逗号分隔的Kafka连接地址）
    zookeeper.connect（逗号分隔的Zookeeper服务器列表）（仅Kafka 0.8需要）
    group.id（消费者群组的ID）

反序列化Schema类型

作用：对kafka里获取的二进制数据进行反序列化
FlinkKafkaConsumer需要知道如何将kafka中的二进制数据转换成Java/Scala对象

常用的反序列化Schema

Schema说明
SimpleStringSchema按字符串方式进行序列化，反序列化
TypeInformationSerializationSchema(适合读写均是flink的场景)他们会基于Flink的TypeInformation来创建schema。这对于那些从Flink写入，又从Flink读出的数据是很有用的。这种Flink-specific的反序列化会比其他通用的序列化方式带来更高的性能。
JSONDeserializationSchema可以把序列化后的Json反序列化成ObjectNode，ObjectNode可以通过objectNode.get(“field”).as(Int/String/…)() 来访问指定的字段

Kafka Consumers消费模式配置
在取得KafkaConsumer对象后,可以设置如下方法,来配置消费模式:

消费模式描述
setStartFromGroupOffsets（默认）从kafka记录的group.id的位置开始读取，如果没有根据auto.offset.reset设置的策略
setStartFromEarliest从kafka最早的位置读取
setStartFromLatest从kafka最新数据开始读取
setStartFromTimestamp从时间戳大于或者等于指定时间戳的位置开始读取
setStartFromSpecificOffsets从指定的分区的offset位置开始读取，如指定的offsets中不存在某个分区，该分区从group offset位置开始读取

topic 和 partition 动态发现

实际的生产环境中可能有这样一些需求，比如：

  • 场景一：有一个 Flink 作业需要将五份数据聚合到一起，五份数据对应五个 kafka topic，随着业务增长，新增一类数据，同时新增了一个 kafka topic，如何在不重启作业的情况下作业自动感知新的 topic。
  • 场景二：作业从一个固定的 kafka topic 读数据，开始该 topic 有 10 个 partition，但随着业务的增长数据量变大，需要对 kafka partition 个数进行扩容，由 10 个扩容到 20。该情况下如何在不重启作业情况下动态感知新扩容的 partition？

针对上面的两种场景，首先需要在构建 FlinkKafkaConsumer 时的 properties 中设置 flink.partition-discovery.interval-millis 参数为非负值，表示开启动态发现的开关，以及设置的时间间隔 。此时 FlinkKafkaConsumer 内部会启动一个单独的线程定期去 kafka 获取最新的 meta 信息。

  • 针对场景一，还需在构建 FlinkKafkaConsumer 时，topic 的描述可以传一个正则表达式描述的 pattern。每次获取最新 kafka meta 时获取正则匹配的最新 topic 列表。
  • 针对场景二，设置前面的动态发现参数，在定期获取 kafka 最新 meta 信息时会匹配新的 partition。为了保证数据的正确性，新发现的 partition 从最早的位置开始读取。
StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
Properties props = new Properties();
//指定Kafka的Broker地址
props.setProperty("bootstrap.servers","node01:9092");
//指定组ID
props.setProperty("group.id","test0311301");
//如果没有记录偏移量，第一次从最开始消费
props.setProperty("auto.offset.reset", "earliest");
//设置动态分区检测
props.setProperty("flink.partition-discovery.interval-millis", "30000");
FlinkKafkaConsumer<String> myConsumer = new FlinkKafkaConsumer<>(
                java.util.regex.Pattern.compile("test-topic-[0-9]"),
                new SimpleStringSchema(),
                props);
DataStream<String> stream = env.addSource(myConsumer);
....

使用
使用Flink流处理方式,读取Kafka的数据,并打印

开发步骤

  • 创建流处理环境
  • 指定链接kafka相关信息
  • 创建kafka数据流
  • 添加Kafka数据源
  • 打印数据
  • 执行任务

Kafka相关操作

创建topic

./bin/kafka-topics.sh --create --partitions 1 --replication-factor 1 --topic kafkatopic --zookeeper node1:2181

模拟生产者

./bin/kafka-console-producer.sh --broker-list node1:9092 --topic kafkatopic

模拟消费者

./bin/kafka-console-consumer.sh --from-beginning --topic kafkatopic --zookeeper node1:2181

测试代码

package batch.source;

import org.apache.flink.api.common.serialization.SimpleStringSchema;
import org.apache.flink.streaming.api.datastream.DataStreamSource;
import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;
import org.apache.flink.streaming.connectors.kafka.FlinkKafkaConsumer;

import java.util.Properties;

/**
 * @author lwh
 * @date 2023/4/20
 * @description 测试kafka source
 **/
public class KafkaSourceDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();

        // 准备properties对象, 配置kafka相关属性
        Properties properties = new Properties();
        // Set broker
        properties.setProperty("bootstrap.servers", "node1:9092,node2:9092,node3:9092");
        // Set group id
        properties.setProperty("group.id", "flinktest");
        // Set auto offset, 如果没有offset记录就默认从最早开始读取
        properties.setProperty("auto.offset.reset", "earliest");
        // 是否自动提交偏移量
        //  properties.setProperty("enable.auto.commit", "false");
        // 这个可以通过属性设置, 不过建议通过如setStartFromEarliest这样的方法来设置更加方便和清晰, 下面代码有演示

        String topic = "kafkatopic";

        FlinkKafkaConsumer<String> kafkaConsumer = new FlinkKafkaConsumer<>(
                topic,
                new SimpleStringSchema(),
                properties
        );
            /*
            kafka的source对象可以指定从哪里开始消费
             如:
            kafkaConsumer.setStartFromEarliest();       // 从头开始消费
            kafkaConsumer.setStartFromTimestamp(System.currentTimeMillis()); // 从指定的时间戳开始消费
            kafkaConsumer.setStartFromGroupOffsets();   // 从group 中记录的offset开始消费
            kafkaConsumer.setStartFromLatest();         // 从最新开始消费

            以及指定每个从某个topic的某个分区的某个offset开始消费
            Map<KafkaTopicPartition, Long> offsets = new HashMap<>();
            offsets.put(new KafkaTopicPartition(topic, 0), 0L);
            offsets.put(new KafkaTopicPartition(topic, 1), 0L);
            offsets.put(new KafkaTopicPartition(topic, 2), 0L);
            kafkaConsumer.setStartFromSpecificOffsets(offsets);
            如上, 就指定了topic的分区0,1,2 都分别从offset 0 开始消费.
         */
        kafkaConsumer.setStartFromEarliest();   // 从最早开始消费

        // 通过KafkaConsumer对象, 得到kafka的source对象
        DataStreamSource<String> kafkaSource = env.addSource(kafkaConsumer);

        kafkaSource.print();

        env.execute("KafkaSourceDemo");


    }
}

基于mysql的source操作

上面我们已经使用了自定义数据源和Flink自带的Kafka source，那么接下来就模仿着写一个从 MySQL 中读取数据的 Source。

示例
自定义数据源, 读取MySql数据库(test)表(user)数据

idusernamepasswordname
10dazhuang123456大壮
11erya123456二丫
12sanpang123456三胖

建表语句

CREATE TABLE `user` (
  `id` int(11) NOT NULL,
  `username` varchar(255) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci DEFAULT NULL,
  `password` varchar(255) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci DEFAULT NULL,
  `name` varchar(255) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8 ROW_FORMAT=COMPACT;

INSERT INTO `flink`.`user`(`id`, `username`, `password`, `name`) VALUES (10, 'dazhuang', '123456', '大壮');
INSERT INTO `flink`.`user`(`id`, `username`, `password`, `name`) VALUES (11, 'erya', '123456', '二丫');
INSERT INTO `flink`.`user`(`id`, `username`, `password`, `name`) VALUES (12, 'sanpang', '123456', '三胖');

<!-- 指定mysql-connector的依赖 -->
 <dependency>
     <groupId>mysql</groupId>
     <artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
     <version>5.1.48</version>
 </dependency>

开发步骤

  • 自定义Source,继承自RichSourceFunction
  • 实现open方法
  • 实现run方法
  • 加载驱动
  • 创建连接
  • 创建PreparedStatement
  • 执行查询
  • 遍历查询结果,收集数据
  • 使用自定义Source
  • 打印结果
  • 执行任务

代码

package batch.source;

import entity.UserInfo;
import org.apache.flink.configuration.Configuration;
import org.apache.flink.streaming.api.datastream.DataStreamSource;
import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;
import org.apache.flink.streaming.api.functions.source.RichSourceFunction;

import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.PreparedStatement;
import java.sql.ResultSet;

/**
 * @author lwh
 * @date 2023/4/20
 * @description 基于mysql的source操作
 **/
public class CustomerMysqlSourceDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();

        // 获得自定义Source对象
        DataStreamSource<UserInfo> mysqlSource = env.addSource(new MyMysqlSource());

        mysqlSource.print();

        env.execute("CustomerMySQLSourceDemo");

    }
    /**
     自定义Mysql Source实现类
     */
    public static class MyMysqlSource extends RichSourceFunction<UserInfo> {
        private Connection connection = null;       // 定义数据库连接对象
        private PreparedStatement ps = null;        // 定义PreparedStatement对象

        /*
        使用open方法, 这个方法在实例化类的时候会执行一次, 比较适合用来做数据库连接
         */
        @Override
        public void open(Configuration parameters) throws Exception {
            super.open(parameters);
            // 加载数据库驱动
            Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");

            // 创建数据库连接
            String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/flink?useUnicode=true&characterEncoding=utf-8&useSSL=false";
            this.connection = DriverManager.getConnection(url, "root", "123456");

            // 准备PreparedStatement对象
            this.ps = connection.prepareStatement("SELECT id, username, password, name FROM user");

        }


        // 使用close方法, 这个方法在销毁实例的时候会执行一次, 比较适合用来关闭连接
        @Override
        public void close() throws Exception {
            super.close();

            // 关闭资源
            if (this.ps != null) this.ps.close();
            if (this.connection != null) this.connection.close();
        }

        @Override
        public void run(SourceContext<UserInfo> ctx) throws Exception {
            ResultSet resultSet = ps.executeQuery();
            while (resultSet.next()) {
                int id = resultSet.getInt("id");
                String username = resultSet.getString("username");
                String password = resultSet.getString("password");
                String name = resultSet.getString("name");

                ctx.collect(new UserInfo(id, username, password, name));
            }
        }

        @Override
        public void cancel() {
            System.out.println("任务被取消......");
        }
    }
}

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