Flink实践|Flink TopN 实践

TopN无论是在离线还是在实时计算中都是比较常见的功能，不同于离线计算中的TopN，实时数据是持续不断的，这样就给TopN的计算带来很大的困难，因为要持续在内存中维持一个TopN的数据结构，当有新数据来的时候，更新这个数据结构。参考网上提出的思路，基于Flink进行了一次TopN实践。

基于Flink实现TopN关键知识点：

• TopN 采用小根堆数据结构，新的数据来了，只需要和根节点比较，小，则丢弃，大，插入小根堆，此次采用TreeMap来替代小根堆数据结构；

• 当Watermark越过Window边界的时候，Window的数据触发计算先发到下游，接着Watermark才发送到下游；

• 用MapState保存TopN数据结构，key为Window；

• Namespace相同的情况下，每一个key只有1个Timer。

假如有依次有A,B,C,A流入WindowOperator, 那么每一个数据来了，首先Window assign，接着进行agg获取新的acc更新到State里面，最后注册Timer。当Watermark流入到Window Operator的时候，Timer小于Watermark都将触发毁掉，触发计算，并发送数据到下游。

接着按Window进行keyBy，接受到一条消息之后的处理流程为：

@Override
public void processElement(Row value, Context ctx, Collector out) throws Exception {
 try {
  long timstamp = (Long) value.getField(timeIndex);
  TreeMap topNMap = null;
  if (treeMapMapState != null) {
   if (treeMapMapState.contains(timstamp)) { //获取该window对应的treeMap
    topNMap = treeMapMapState.get(timstamp);
   }
  }
  if (topNMap == null) {
   topNMap = Maps.newTreeMap();
  }

  add(value, topNMap);//判断该值是否要插入treeMap

  treeMapMapState.put(timstamp, topNMap);//更新treeMapd到state里面去

  ctx.timerService().registerEventTimeTimer(timstamp + 1);//注册timer，相key的timer只会有一个
 } catch (Exception e) {
  LOG.error("process {} failed", value, e);
 }
}

Watermark在WindowOperator所有低于该Watermark的Window触发完成以后被发送到下游，当KeyedProcessOperator接受到Watermark之后，说明之前Window的所有数据已经流入KeyedProcessOperator，接着在KeyedProcessOperatorr中注册的低于Watermark的Timer都会被触发，最后会调用onTimer方法。

@Override
public void onTimer(long timestamp, OnTimerContext ctx, Collector out) throws Exception {
 long key = ctx.getCurrentKey();
 try {
  if (treeMapMapState.contains(key)) {
   TreeMap treeMap = treeMapMapState.get(key);//获取该window对应的treeMap,代表一个widnow下的topN数据
   LOG.error("*********************** \n");
   LOG.info("top 10 {}", treeMap);
   LOG.error("*********************** \n");
   String result = (String) treeMap.values().stream().collect(Collectors.joining(","));
   treeMapMapState.remove(key);
   Row row = new Row(2);
   row.setField(0, redisKey);
   row.setField(1, result);
   out.collect(row);
  }
 } catch (Exception e) {
  LOG.error("onTimer failed for windowEnd {}", key, e);
 }
}

这里需要注意的一点是，如果使用的是ProcessTime,那么KeyedProcessOperator注册Timer的时候，会和处理时间进行比较，如果低于系统处理时间就会立即触发onTimer方法，那么触发的时候其实是没有收集完整上一个窗口的数据的。

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