Flink的DataSource三部曲之三:自定义

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程序员欣宸 发表于 2022/04/02 12:53:37 2022/04/02
【摘要】 实战多种自定义flink数据源

欢迎访问我的GitHub

这里分类和汇总了欣宸的全部原创(含配套源码):https://github.com/zq2599/blog_demos

本篇概览

  • 本文是《Flink的DataSource三部曲》的终篇,前面都是在学习Flink已有的数据源功能,但如果这些不能满足需要,就要自定义数据源(例如从数据库获取数据),也就是今天实战的内容,如下图红框所示:
    在这里插入图片描述

环境和版本

  • 本次实战的环境和版本如下:
  1. JDK:1.8.0_211
  2. Flink:1.9.2
  3. Maven:3.6.0
  4. 操作系统:macOS Catalina 10.15.3 (MacBook Pro 13-inch, 2018)
  5. IDEA:2018.3.5 (Ultimate Edition)

在服务器上搭建Flink服务

  1. 前面两章的程序都是在IDEA上运行的,本章需要通过Flink的web ui观察运行结果,因此要单独部署Flink服务,我这里是在CentOS环境通过docker-compose部署的,以下是docker-compose.yml的内容,用于参考:
version: "2.1"
services:
  jobmanager:
    image: flink:1.9.2-scala_2.12
    expose:
      - "6123"
    ports:
      - "8081:8081"
    command: jobmanager
    environment:
      - JOB_MANAGER_RPC_ADDRESS=jobmanager
  taskmanager1:
    image: flink:1.9.2-scala_2.12
    expose:
      - "6121"
      - "6122"
    depends_on:
      - jobmanager
    command: taskmanager
    links:
      - "jobmanager:jobmanager"
    environment:
      - JOB_MANAGER_RPC_ADDRESS=jobmanager
  taskmanager2:
    image: flink:1.9.2-scala_2.12
    expose:
      - "6121"
      - "6122"
    depends_on:
      - jobmanager
    command: taskmanager
    links:
      - "jobmanager:jobmanager"
    environment:
      - JOB_MANAGER_RPC_ADDRESS=jobmanager
  1. 下图是我的Flink情况,有两个Task Maganer,共八个Slot全部可用:
    在这里插入图片描述

源码下载

如果您不想写代码,整个系列的源码可在GitHub下载到,地址和链接信息如下表所示(https://github.com/zq2599/blog_demos):

名称 链接 备注
项目主页 https://github.com/zq2599/blog_demos 该项目在GitHub上的主页
git仓库地址(https) https://github.com/zq2599/blog_demos.git 该项目源码的仓库地址,https协议
git仓库地址(ssh) git@github.com:zq2599/blog_demos.git 该项目源码的仓库地址,ssh协议

这个git项目中有多个文件夹,本章的应用在flinkdatasourcedemo文件夹下,如下图红框所示:
在这里插入图片描述
准备完毕,开始开发;

实现SourceFunctionDemo接口的DataSource

  1. 从最简单的开始,开发一个不可并行的数据源并验证;
  2. 实现SourceFunction接口,在工程flinkdatasourcedemo中增加SourceFunctionDemo.java:
package com.bolingcavalry.customize;

import org.apache.flink.api.java.tuple.Tuple2;
import org.apache.flink.streaming.api.datastream.DataStream;
import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;
import org.apache.flink.streaming.api.functions.source.SourceFunction;
import org.apache.flink.streaming.api.windowing.time.Time;

public class SourceFunctionDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        final StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
        //并行度为2
        env.setParallelism(2);

        DataStream<Tuple2<Integer,Integer>> dataStream = env.addSource(new SourceFunction<Tuple2<Integer, Integer>>() {

            private volatile boolean isRunning = true;

            @Override
            public void run(SourceContext<Tuple2<Integer, Integer>> ctx) throws Exception {
                int i = 0;
                while (isRunning) {
                    ctx.collect(new Tuple2<>(i++ % 5, 1));
                    Thread.sleep(1000);
                    if(i>9){
                        break;
                    }
                }
            }

            @Override
            public void cancel() {
                isRunning = false;
            }
        });

        dataStream
                .keyBy(0)
                .timeWindow(Time.seconds(2))
                .sum(1)
                .print();

        env.execute("Customize DataSource demo : SourceFunction");
    }
}
  1. 从上述代码可见,给addSource方法传入一个匿名类实例,该匿名类实现了SourceFunction接口;
  2. 实现SourceFunction接口只需实现run和cancel方法;
  3. run方法产生数据,这里为了简答操作,每隔一秒产生一个Tuple2实例,由于接下来的算子中有keyBy操作,因此Tuple2的第一个字段始终保持着5的余数,这样可以多几个key,以便分散到不同的slot中;
  4. 为了核对数据是否准确,这里并没有无限发送数据,而是仅发送了10个Tuple2实例;
  5. cancel是job被取消时执行的方法;
  6. 整体并行度显式设置为2;
  7. 编码完成后,执行mvn clean package -U -DskipTests构建,在target目录得到文件flinkdatasourcedemo-1.0-SNAPSHOT.jar
  8. 在Flink的web UI上传flinkdatasourcedemo-1.0-SNAPSHOT.jar,并指定执行类,如下图红框所示:
    在这里插入图片描述
  9. 任务执行完成后,在Completed Jobs页面可以看到,DataSource的并行度是1(红框),对应的SubTask一共发送了10条记录(蓝框),这和我们的代码是一致的;
    在这里插入图片描述
  10. 再来看消费的子任务,如下图,红框显示并行度是2,这和前面代码中的设置是一致的,蓝框显示两个子任务一共收到10条数据记录,和上游发出的数量一致:
    在这里插入图片描述
  11. 接下来尝试多并行度的DataSource;

实现ParallelSourceFunction接口的DataSource

  1. 如果自定义DataSource中有复杂的或者耗时的操作,那么增加DataSource的并行度,让多个SubTask同时进行这些操作,可以有效提升整体吞吐量(前提是硬件资源充裕);
  2. 接下来实战可以并行执行的DataSource,原理是DataSoure实现ParallelSourceFunction接口,代码如下,可见和SourceFunctionDemo几乎一样,只是addSource方发入参不同,该入参依然是匿名类,不过实现的的接口变成了ParallelSourceFunction:
package com.bolingcavalry.customize;

import org.apache.flink.api.java.tuple.Tuple2;
import org.apache.flink.streaming.api.datastream.DataStream;
import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;
import org.apache.flink.streaming.api.functions.source.ParallelSourceFunction;
import org.apache.flink.streaming.api.windowing.time.Time;

public class ParrelSourceFunctionDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        final StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
        //并行度为2
        env.setParallelism(2);

        DataStream<Tuple2<Integer,Integer>> dataStream = env.addSource(new ParallelSourceFunction<Tuple2<Integer, Integer>>() {

            private volatile boolean isRunning = true;

            @Override
            public void run(SourceContext<Tuple2<Integer, Integer>> ctx) throws Exception {
                int i = 0;
                while (isRunning) {
                    ctx.collect(new Tuple2<>(i++ % 5, 1));
                    Thread.sleep(1000);
                    if(i>9){
                        break;
                    }
                }
            }

            @Override
            public void cancel() {
                isRunning = false;
            }
        });

        dataStream
                .keyBy(0)
                .timeWindow(Time.seconds(2))
                .sum(1)
                .print();

        env.execute("Customize DataSource demo : ParallelSourceFunction");
    }
}
  1. 编码完成后,执行mvn clean package -U -DskipTests构建,在target目录得到文件flinkdatasourcedemo-1.0-SNAPSHOT.jar
  2. 在Flink的web UI上传flinkdatasourcedemo-1.0-SNAPSHOT.jar,并指定执行类,如下图红框所示:
    在这里插入图片描述
  3. 任务执行完成后,在Completed Jobs页面可以看到,如今DataSource的并行度是2(红框),对应的SubTask一共发送了20条记录(蓝框),这和我们的代码是一致的,绿框显示两个SubTask的Task Manager是同一个:
    在这里插入图片描述
  4. 为什么DataSource一共发送了20条记录?因为每个SubTask中都有一份ParallelSourceFunction匿名类的实例,对应的run方法分别被执行,因此每个SubTask都发送了10条;
  5. 再来看消费数据的子任务,如下图,红框显示并行度与代码中设置的数量是一致的,蓝框显示两个SubTask一共消费了20条记录,和数据源发出的记录数一致,另外绿框显示两个SubTask的Task Manager是同一个,而且和DataSource的TaskManager是同一个,因此整个job都是在同一个TaskManager进行的,没有跨机器带来的额外代价:
    在这里插入图片描述
  6. 接下来要实践的内容,和另一个重要的抽象类有关;

继承抽象类RichSourceFunction的DataSource

  1. 对RichSourceFunction的理解是从继承关系开始的,如下图,SourceFunction和RichFunction的特性最终都体现在RichSourceFunction上,SourceFunction的特性是数据的生成(run方法),RichFunction的特性是对资源的连接和释放(open和close方法):
    在这里插入图片描述
  2. 接下来开始实战,目标是从MySQL获取数据作为DataSource,然后消费这些数据;
  3. 请提前准备好可用的MySql数据库,然后执行以下SQL,创建库、表、记录:
DROP DATABASE IF EXISTS flinkdemo;
CREATE DATABASE IF NOT EXISTS flinkdemo;
USE flinkdemo;

SELECT 'CREATING DATABASE STRUCTURE' as 'INFO';

DROP TABLE IF EXISTS `student`;
CREATE TABLE `student` (
  `id` int(11) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `name` varchar(25) COLLATE utf8_bin DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=5 DEFAULT CHARSET=utf8 COLLATE=utf8_bin;

INSERT INTO `student` VALUES ('1', 'student01'), ('2', 'student02'), ('3', 'student03'), ('4', 'student04'), ('5', 'student05'), ('6', 'student06');
COMMIT;
  1. 在pom.xml中增加mysql依赖:
<dependency>
  <groupId>mysql</groupId>
  <artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
  <version>5.1.34</version>
</dependency>
  1. 新增MySQLDataSource.java,内容如下:
package com.bolingcavalry.customize;

import com.bolingcavalry.Student;
import org.apache.flink.configuration.Configuration;
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;

public class MySQLDataSource extends RichSourceFunction<Student> {

    private Connection connection = null;

    private PreparedStatement preparedStatement = null;

    private volatile boolean isRunning = true;

    @Override
    public void open(Configuration parameters) throws Exception {
        super.open(parameters);

        if(null==connection) {
            Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");
            connection = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://192.168.50.43:3306/flinkdemo?useUnicode=true&characterEncoding=UTF-8", "root", "123456");
        }

        if(null==preparedStatement) {
            preparedStatement = connection.prepareStatement("select id, name from student");
        }
    }

    /**
     * 释放资源
     * @throws Exception
     */
    @Override
    public void close() throws Exception {
        super.close();

        if(null!=preparedStatement) {
            try {
                preparedStatement.close();
            } catch (Exception exception) {
                exception.printStackTrace();
            }
        }

        if(null==connection) {
            connection.close();
        }
    }

    @Override
    public void run(SourceContext<Student> ctx) throws Exception {
        ResultSet resultSet = preparedStatement.executeQuery();
        while (resultSet.next() && isRunning) {
            Student student = new Student();
            student.setId(resultSet.getInt("id"));
            student.setName(resultSet.getString("name"));
            ctx.collect(student);
        }
    }

    @Override
    public void cancel() {
        isRunning = false;
    }
}
  1. 上面的代码中,MySQLDataSource继承了RichSourceFunction,作为一个DataSource,可以作为addSource方法的入参;
  2. open和close方法都会被数据源的SubTask调用,open负责创建数据库连接对象,close负责释放资源;
  3. open方法中直接写死了数据库相关的配置(不可取);
  4. run方法在open之后被调用,作用和之前的DataSource例子一样,负责生产数据,这里是用前面准备好的preparedStatement对象直接去数据库取数据;
  5. 接下来写个Demo类使用MySQLDataSource:
package com.bolingcavalry.customize;

import com.bolingcavalry.Student;
import org.apache.flink.streaming.api.datastream.DataStream;
import org.apache.flink.streaming.api.environment.StreamExecutionEnvironment;

public class RichSourceFunctionDemo {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        final StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
        //并行度为2
        env.setParallelism(2);

        DataStream<Student> dataStream = env.addSource(new MySQLDataSource());
        dataStream.print();

        env.execute("Customize DataSource demo : RichSourceFunction");
    }
}
  1. 从上述代码可见,MySQLDataSource实例传入addSource方法即可创建数据集;
  2. 像之前那样,编译构建、提交到Flink、指定任务类,即可开始执行此任务;
  3. 执行结果如下图,DataSource的并行度是1,一共发送六条记录,即student表的所有记录:
    在这里插入图片描述
  4. 处理数据的SubTask一共两个,各处理三条消息:
    在这里插入图片描述
  5. 由于代码中对数据集执行了print(),因此在TaskManager控制台看到数据输出如下图红框所示:
    在这里插入图片描述

关于RichParallelSourceFunction

  1. 实战到了这里,还剩RichParallelSourceFunction这个抽象类我们还没有尝试过,但我觉得这个类可以不用在文中多说了,咱们把RichlSourceFunction和RichParallelSourceFunction的类图放在一起看看:
    在这里插入图片描述
  2. 从上图可见,在RichFunction继承关系上,两者一致,在SourceFunction的继承关系上,RichlSourceFunction和RichParallelSourceFunction略有不同,RichParallelSourceFunction走的是ParallelSourceFunction这条线,而SourceFunction和ParallelSourceFunction的区别,前面已经讲过了,因此,结果不言而喻:继承RichParallelSourceFunction的DataSource的并行度是可以大于1的
  3. 读者您如果有兴趣,可以将前面的MySQLDataSource改成继承RichParallelSourceFunction再试试,DataSource的并行度会超过1,但是绝不是只有这一点变化,DAG图显示Flink还会做一些Operator Chain处理,但这不是本章要关注的内容,只能说结果是正确的(两个DataSource的SubTask,一共发送12条记录),建议您试试;
  • 至此,《Flink的DataSource三部曲》系列就全部完成了,好的开始是成功的一半,在拿到数据后,后面还有很多知识点要学习和掌握,接下来的文章会继续深入Flink的奇妙之旅;

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