Flink Data Source

一、内置 Data Source

Flink Data Source 用于定义 Flink 程序的数据来源，Flink 官方提供了多种数据获取方法，用于帮助开发者简单快速地构建输入流，具体如下：

1.1 基于文件构建

1. readTextFile(path)：按照 TextInputFormat 格式读取文本文件，并将其内容以字符串的形式返回。示例如下：

1	env.readTextFile(filePath).print();

2. readFile(fileInputFormat, path) ：按照指定格式读取文件。

3. readFile(inputFormat, filePath, watchType, interval, typeInformation)：按照指定格式周期性的读取文件。其中各个参数的含义如下：

inputFormat：数据流的输入格式。
filePath：文件路径，可以是本地文件系统上的路径，也可以是 HDFS 上的文件路径。
watchType：读取方式，它有两个可选值，分别是 FileProcessingMode.PROCESS_ONCE 和 FileProcessingMode.PROCESS_CONTINUOUSLY：前者表示对指定路径上的数据只读取一次，然后退出；后者表示对路径进行定期地扫描和读取。需要注意的是如果 watchType 被设置为 PROCESS_CONTINUOUSLY，那么当文件被修改时，其所有的内容 (包含原有的内容和新增的内容) 都将被重新处理，因此这会打破 Flink 的 exactly-once 语义。
interval：定期扫描的时间间隔。
typeInformation：输入流中元素的类型。

使用示例如下：

final String filePath = "D:\\log4j.properties";
final StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
env.readFile(new TextInputFormat(new Path(filePath)),
             filePath,
             FileProcessingMode.PROCESS_ONCE,
             1,
             BasicTypeInfo.STRING_TYPE_INFO).print();
env.execute();

1.2 基于集合构建

1. fromCollection(Collection)：基于集合构建，集合中的所有元素必须是同一类型。示例如下：

1	env.fromCollection(Arrays.asList(1,2,3,4,5)).print();

2. fromElements(T …)：基于元素构建，所有元素必须是同一类型。示例如下：

1	env.fromElements(1,2,3,4,5).print();

3. generateSequence(from, to)：基于给定的序列区间进行构建。示例如下：

1	env.generateSequence(0,100);

4. fromCollection(Iterator, Class)：基于迭代器进行构建。第一个参数用于定义迭代器，第二个参数用于定义输出元素的类型。使用示例如下：

1	env.fromCollection(new CustomIterator(), BasicTypeInfo.INT_TYPE_INFO).print();

其中 CustomIterator 为自定义的迭代器，这里以产生 1 到 100 区间内的数据为例，源码如下。需要注意的是自定义迭代器除了要实现 Iterator 接口外，还必须要实现序列化接口 Serializable ，否则会抛出序列化失败的异常：

import java.io.Serializable;
import java.util.Iterator;

public class CustomIterator implements Iterator<Integer>, Serializable {
    private Integer i = 0;

    @Override
    public boolean hasNext() {
        return i < 100;
    }

    @Override
    public Integer next() {
        i++;
        return i;
    }
}

5. fromParallelCollection(SplittableIterator, Class)：方法接收两个参数，第二个参数用于定义输出元素的类型，第一个参数 SplittableIterator 是迭代器的抽象基类，它用于将原始迭代器的值拆分到多个不相交的迭代器中。

1.3 基于 Socket 构建

Flink 提供了 socketTextStream 方法用于构建基于 Socket 的数据流，socketTextStream 方法有以下四个主要参数：

hostname：主机名；
port：端口号，设置为 0 时，表示端口号自动分配；
delimiter：用于分隔每条记录的分隔符；
maxRetry：当 Socket 临时关闭时，程序的最大重试间隔，单位为秒。设置为 0 时表示不进行重试；设置为负值则表示一直重试。示例如下：

1	env.socketTextStream("192.168.0.229", 9999, "\n", 3).print();

二、自定义 Data Source

2.1 SourceFunction

除了内置的数据源外，用户还可以使用 addSource 方法来添加自定义的数据源。自定义的数据源必须要实现 SourceFunction 接口，这里以产生 [0 , 1000) 区间内的数据为例，代码如下：

final StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();

env.addSource(new SourceFunction<Long>() {
    
    private long count = 0L;
    private volatile boolean isRunning = true;

    public void run(SourceContext<Long> ctx) {
        while (isRunning && count < 1000) {
            // 通过collect将输入发送出去 
            ctx.collect(count);
            count++;
        }
    }

    public void cancel() {
        isRunning = false;
    }

}).print();
env.execute();

2.2 ParallelSourceFunction 和 RichParallelSourceFunction

上面通过 SourceFunction 实现的数据源是不具有并行度的，即不支持在得到的 DataStream 上调用 setParallelism(n) 方法，此时会抛出如下的异常：

1	Exception in thread "main" java.lang.IllegalArgumentException: Source: 1 is not a parallel source

如果你想要实现具有并行度的输入流，则需要实现 ParallelSourceFunction 或 RichParallelSourceFunction 接口，其与 SourceFunction 的关系如下图：

ParallelSourceFunction 直接继承自 ParallelSourceFunction，具有并行度的功能。RichParallelSourceFunction 则继承自 AbstractRichFunction，同时实现了 ParallelSourceFunction 接口，所以其除了具有并行度的功能外，还提供了额外的与生命周期相关的方法，如 open() ，closen() 。

三、Streaming Connectors

3.1 内置连接器

除了自定义数据源外， Flink 还内置了多种连接器，用于满足大多数的数据收集场景。当前内置连接器的支持情况如下：

Apache Kafka (支持 source 和 sink)
Apache Cassandra (sink)
Amazon Kinesis Streams (source/sink)
Elasticsearch (sink)
Hadoop FileSystem (sink)
RabbitMQ (source/sink)
Apache NiFi (source/sink)
Twitter Streaming API (source)
Google PubSub (source/sink)

除了上述的连接器外，你还可以通过 Apache Bahir 的连接器扩展 Flink。Apache Bahir 旨在为分布式数据分析系统 (如 Spark，Flink) 等提供功能上的扩展，当前其支持的与 Flink 相关的连接器如下：

Apache ActiveMQ (source/sink)
Apache Flume (sink)
Redis (sink)
Akka (sink)
Netty (source)

随着 Flink 的不断发展，可以预见到其会支持越来越多类型的连接器，关于连接器的后续发展情况，可以查看其官方文档：Streaming Connectors 。在所有 DataSource 连接器中，使用的广泛的就是 Kafka，所以这里我们以其为例，来介绍 Connectors 的整合步骤。

3.2 整合 Kakfa

1. 导入依赖

整合 Kafka 时，一定要注意所使用的 Kafka 的版本，不同版本间所需的 Maven 依赖和开发时所调用的类均不相同，具体如下：

Maven 依赖	Flink 版本	Consumer and Producer 类的名称	Kafka 版本
flink-connector-kafka-0.8_2.11	1.0.0 +	FlinkKafkaConsumer08 FlinkKafkaProducer08	0.8.x
flink-connector-kafka-0.9_2.11	1.0.0 +	FlinkKafkaConsumer09 FlinkKafkaProducer09	0.9.x
flink-connector-kafka-0.10_2.11	1.2.0 +	FlinkKafkaConsumer010 FlinkKafkaProducer010	0.10.x
flink-connector-kafka-0.11_2.11	1.4.0 +	FlinkKafkaConsumer011 FlinkKafkaProducer011	0.11.x
flink-connector-kafka_2.11	1.7.0 +	FlinkKafkaConsumer FlinkKafkaProducer	>= 1.0.0

这里我使用的 Kafka 版本为 kafka_2.12-2.2.0，添加的依赖如下：

<dependency>
    <groupId>org.apache.flink</groupId>
    <artifactId>flink-connector-kafka_2.11</artifactId>
    <version>1.9.0</version>
</dependency>

2. 代码开发

这里以最简单的场景为例，接收 Kafka 上的数据并打印，代码如下：

final StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
Properties properties = new Properties();
// 指定Kafka的连接位置
properties.setProperty("bootstrap.servers", "hadoop001:9092");
// 指定监听的主题，并定义Kafka字节消息到Flink对象之间的转换规则
DataStream<String> stream = env
    .addSource(new FlinkKafkaConsumer<>("flink-stream-in-topic", new SimpleStringSchema(), properties));
stream.print();
env.execute("Flink Streaming");

3.3 整合测试

1. 启动 Kakfa

Kafka 的运行依赖于 zookeeper，需要预先启动，可以启动 Kafka 内置的 zookeeper，也可以启动自己安装的：

# zookeeper启动命令
bin/zkServer.sh start

# 内置zookeeper启动命令
bin/zookeeper-server-start.sh config/zookeeper.properties

启动单节点 kafka 用于测试：

1	# bin/kafka-server-start.sh config/server.properties

2. 创建 Topic

# 创建用于测试主题
bin/kafka-topics.sh --create \
                    --bootstrap-server hadoop001:9092 \
                    --replication-factor 1 \
                    --partitions 1  \
                    --topic flink-stream-in-topic

# 查看所有主题
 bin/kafka-topics.sh --list --bootstrap-server hadoop001:9092