Apache Flink 零基础入门(八):Flink SQL 编程实践

阅读数:4439 2019 年 8 月 16 日 08:00

Apache Flink零基础入门(八):Flink SQL编程实践

本文是 Apache Flink 零基础入门系列文章第八篇,将通过五个实例来贯穿 Flink SQL 的编程实践,主要会涵盖以下几个方面的内容。

  1. 如何使用 SQL CLI 客户端
  2. 如何在流上运行 SQL 查询
  3. 运行 window aggregate 与 non-window aggregate,理解其区别
  4. 如何用 SQL 消费 Kafka 数据
  5. 如何用 SQL 将结果写入 Kafka 和 ElasticSearch

本文假定你已具备基础的 SQL 知识。

注: 本教程实践基于 Ververica 开源的 sql-training 项目。基于 Flink 1.7.2 。

环境准备

本文教程是基于 Docker 进行的,因此你只需要安装了 Docker 即可。不需要依赖 Java、Scala 环境、或是 IDE。

注意:Docker 默认配置的资源可能不太够,会导致运行 Flink Job 时卡死。因此推荐配置 Docker 资源到 3-4 GB,3-4 CPUs。

Apache Flink零基础入门(八):Flink SQL编程实践

本次教程的环境使用 Docker Compose 来安装,包含了所需的各种服务的容器,包括:

  • Flink SQL Client:用来提交 query,以及可视化结果
  • Flink JobManager 和 TaskManager:用来运行 Flink SQL 任务。
  • Apache Kafka:用来生成输入流和写入结果流。
  • Apache Zookeeper:Kafka 的依赖项
  • ElasticSearch:用来写入结果

我们已经提供好了 Docker Compose 配置文件,可以直接下载 docker-compose.yml 文件。

然后打开命令行窗口,进入存放 docker-compose.yml 文件的目录,然后运行以下命令:

  • Linux & MacOS
复制代码
docker-compose up -d
  • Windows
复制代码
set COMPOSE_CONVERT_WINDOWS_PATHS=1
docker-compose up -d

docker-compose 命令会启动所有所需的容器。第一次运行的时候,Docker 会自动地从 Docker Hub 下载镜像,这可能会需要一段时间(将近 2.3GB)。之后运行的话,几秒钟就能启动起来了。运行成功的话,会在命令行中看到以下输出,并且也可以在 http://localhost:8081 访问到 Flink Web UI。

Apache Flink零基础入门(八):Flink SQL编程实践

运行 Flink SQL CLI 客户端

运行下面命令进入 Flink SQL CLI 。

复制代码
docker-compose exec sql-client ./sql-client.sh

该命令会在容器中启动 Flink SQL CLI 客户端。然后你会看到如下的欢迎界面。

Apache Flink零基础入门(八):Flink SQL编程实践

数据介绍

Docker Compose 中已经预先注册了一些表和数据,可以运行 SHOW TABLES; 来查看。本文会用到的数据是 Rides 表,这是一张出租车的行车记录数据流,包含了时间和位置信息,运行 DESCRIBE Rides; 可以查看表结构。

复制代码
Flink SQL> DESCRIBE Rides;
root
|-- rideId: Long // 行为 ID (包含两条记录,一条入一条出)
|-- taxiId: Long // 出租车 ID
|-- isStart: Boolean // 开始 or 结束
|-- lon: Float // 经度
|-- lat: Float // 纬度
|-- rideTime: TimeIndicatorTypeInfo(rowtime) // 时间
|-- psgCnt: Integer // 乘客数

Rides 表的详细定义见 training-config.yaml

实例 1:过滤

例如我们现在只想查看发生在纽约的行车记录

注:Docker 环境中已经预定义了一些内置函数,如 isInNYC(lon, lat) 可以确定一个经纬度是否在纽约,toAreaId(lon, lat) 可以将经纬度转换成区块。

因此,此处我们可以使用 isInNYC 来快速过滤出纽约的行车记录。在 SQL CLI 中运行如下 Query:

复制代码
SELECT * FROM Rides WHERE isInNYC(lon, lat);

SQL CLI 便会提交一个 SQL 任务到 Docker 集群中,从数据源(Rides 流存储在 Kafka 中)不断拉取数据,并通过 isInNYC 过滤出所需的数据。SQL CLI 也会进入可视化模式,并不断刷新展示过滤后的结果:

Apache Flink零基础入门(八):Flink SQL编程实践

也可以到 http://localhost:8081 查看 Flink 作业的运行情况。

实例 2:Group Aggregate

我们的另一个需求是计算搭载每种乘客数量的行车事件数。也就是搭载 1 个乘客的行车数、搭载 2 个乘客的行车… 当然,我们仍然只关心纽约的行车事件。

因此,我们可以按照乘客数psgCnt做分组,使用 COUNT(*) 计算出每个分组的事件数,注意在分组前需要先过滤出isInNYC的数据。在 SQL CLI 中运行如下 Query:

复制代码
SELECT psgCnt, COUNT(*) AS cnt
FROM Rides
WHERE isInNYC(lon, lat)
GROUP BY psgCnt;

SQL CLI 的可视化结果如下所示,结果每秒都在发生变化。不过最大的乘客数不会超过 6 人。

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实例 3:Window Aggregate

为了持续地监测纽约的交通流量,需要计算出每个区块每 5 分钟的进入的车辆数。我们只关心至少有 5 辆车子进入的区块。

此处需要涉及到窗口计算(每 5 分钟),所以需要用到 Tumbling Window 的语法。“每个区块” 所以还要按照 toAreaId 进行分组计算。“进入的车辆数” 所以在分组前需要根据 isStart 字段过滤出进入的行车记录,并使用 COUNT(*) 统计车辆数。最后还有一个 “至少有 5 辆车子的区块” 的条件,这是一个基于统计值的过滤条件,所以可以用 SQL HAVING 子句来完成。

最后的 Query 如下所示:

复制代码
SELECT
toAreaId(lon, lat) AS area,
TUMBLE_END(rideTime, INTERVAL '5' MINUTE) AS window_end,
COUNT(*) AS cnt
FROM Rides
WHERE isInNYC(lon, lat) and isStart
GROUP BY
toAreaId(lon, lat),
TUMBLE(rideTime, INTERVAL '5' MINUTE)
HAVING COUNT(*) >= 5;

在 SQL CLI 中运行后,其可视化结果如下所示,每个 area + window_end 的结果输出后就不会再发生变化,但是会每隔 5 分钟会输出一批新窗口的结果。因为 Docker 环境中的 source 我们做了 10 倍的加速读取(相对于原始速度),所以演示的时候,大概每隔 30 秒就会输出一批新窗口。

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Window Aggregate 与 Group Aggregate 的区别

从实例 2 和实例 3 的结果显示上,可以体验出来 Window Aggregate 与 Group Aggregate 是有一些明显的区别的。其主要的区别是,Window Aggregate 是当 window 结束时才输出,其输出的结果是最终值,不会再进行修改,其输出流是一个 Append 流。而 Group Aggregate 是每处理一条数据,就输出最新的结果,其结果是在不断更新的,就好像数据库中的数据一样,其输出流是一个 Update 流

另外一个区别是,window 由于有 watermark ,可以精确知道哪些窗口已经过期了,所以可以及时清理过期状态,保证状态维持在稳定的大小。而 Group Aggregate 因为不知道哪些数据是过期的,所以状态会无限增长,这对于生产作业来说不是很稳定,所以建议对 Group Aggregate 的作业配上 State TTL 的配置。

Apache Flink零基础入门(八):Flink SQL编程实践

例如统计每个店铺每天的实时 PV,那么就可以将 TTL 配置成 24+ 小时,因为一天前的状态一般来说就用不到了。

复制代码
SELECT DATE_FORMAT(ts, 'yyyy-MM-dd'), shop_id, COUNT(*) as pv
FROM T
GROUP BY DATE_FORMAT(ts, 'yyyy-MM-dd'), shop_id

当然,如果 TTL 配置地太小,可能会清除掉一些有用的状态和数据,从而导致数据精确性地问题。这也是用户需要权衡地一个参数。

实例 4:将 Append 流写入 Kafka

上一小节介绍了 Window Aggregate 和 Group Aggregate 的区别,以及 Append 流和 Update 流的区别。在 Flink 中,目前 Update 流只能写入支持更新的外部存储,如 MySQL, HBase, ElasticSearch。Append 流可以写入任意地存储,不过一般写入日志类型的系统,如 Kafka。

这里我们希望将“每 10 分钟的搭乘的乘客数”写入 Kafka。

我们已经预定义了一张 Kafka 的结果表 Sink_TenMinPsgCnts training-config.yaml 中有完整的表定义)。

在执行 Query 前,我们先运行如下命令,来监控写入到 TenMinPsgCnts topic 中的数据:

复制代码
docker-compose exec sql-client /opt/kafka-client/bin/kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server kafka:9092 --topic TenMinPsgCnts --from-beginning

每 10 分钟的搭乘的乘客数可以使用 Tumbling Window 来描述,我们使用 INSERT INTO Sink_TenMinPsgCnts 来直接将 Query 结果写入到结果表。

复制代码
INSERT INTO Sink_TenMinPsgCnts
SELECT
TUMBLE_START(rideTime, INTERVAL '10' MINUTE) AS cntStart,
TUMBLE_END(rideTime, INTERVAL '10' MINUTE) AS cntEnd,
CAST(SUM(psgCnt) AS BIGINT) AS cnt
FROM Rides
GROUP BY TUMBLE(rideTime, INTERVAL '10' MINUTE);

我们可以监控到 TenMinPsgCnts topic 的数据以 JSON 的形式写入到了 Kafka 中:

Apache Flink零基础入门(八):Flink SQL编程实践

实例 5:将 Update 流写入 ElasticSearch

最后我们实践一下将一个持续更新的 Update 流写入 ElasticSearch 中。我们希望将“每个区域出发的行车数”,写入到 ES 中。

我们也已经预定义好了一张 Sink_AreaCnts 的 ElasticSearch 结果表( training-config.yaml 中有完整的表定义)。该表中只有两个字段 areaIdcnt

同样的,我们也使用 INSERT INTO 将 Query 结果直接写入到 Sink_AreaCnts 表中。

复制代码
INSERT INTO Sink_AreaCnts
SELECT toAreaId(lon, lat) AS areaId, COUNT(*) AS cnt
FROM Rides
WHERE isStart
GROUP BY toAreaId(lon, lat);

在 SQL CLI 中执行上述 Query 后,Elasticsearch 会自动地创建 area-cnts 索引。Elasticsearch 提供了一个 REST API 。我们可以访问

随着 Query 的一直运行,你也可以观察到一些统计值(_all.primaries.docs.count, _all.primaries.docs.deleted)在不断的增长: http://localhost:9200/area-cnts/_stats

总结

本文带大家使用 Docker Compose 快速上手 Flink SQL 的编程,并对比 Window Aggregate 和 Group Aggregate 的区别,以及这两种类型的作业如何写入到 外部系统中。感兴趣的同学,可以基于这个 Docker 环境更加深入地去实践,例如运行自己写的 UDF , UDTF, UDAF。查询内置地其他源表等等。

更多干货内容参见 Apache Flink 零基础入门专题。

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