[实时流基础 flink] 窗口

在批处理统计中，我们可以等待一批数据都到齐后，统一处理。但是在实时处理统计中，我们是来一条就得处理一条，那么我们怎么统计最近一段时间内的数据呢？引入“窗口”。

尚硅谷flink的学习笔记

所谓的“窗口”，一般就是划定的一段时间范围，也就是“时间窗”；对在这范围内的数据进行处理，就是所谓的窗口计算。所以窗口和时间往往是分不开的。

6.1 窗口的概念

Flink是一种流式计算引擎，主要是来处理无界数据流的，数据源源不断、无穷无尽。想要更加方便高效地处理无界流，一种方式就是将无限数据切割成有限的“数据块”进行处理，这就是所谓的“窗口”（Window）。

**注意：**Flink中窗口并不是静态准备好的，而是动态创建——当有落在这个窗口区间范围的数据达到时，才创建对应的窗口。另外，这里我们认为到达窗口结束时间时，窗口就触发计算并关闭，事实上“触发计算”和“窗口关闭”两个行为也可以分开。

6.2 窗口的分类

1）按照驱动类型分

窗口本身是截取有界数据的一种方式，所以窗口一个非常重要的信息其实就是“怎样截取数据”。换句话说，就是以什么标准来开始和结束数据的截取，我们把它叫作窗口的“驱动类型”。

（1）时间窗口（Time Window）

时间窗口以时间点来定义窗口的开始（start）和结束（end），所以截取出的就是某一时间段的数据。到达结束时间时，窗口不再收集数据，触发计算输出结果，并将窗口关闭销毁。所以可以说基本思路就是“定点发车”

（2）计数窗口（Count Window）

计数窗口基于元素的个数来截取数据，到达固定的个数时就触发计算并关闭窗口。每个窗口截取数据的个数，就是窗口的大小。基本思路是“人齐发车”。

2）按照窗口分配数据的规则分类

根据分配数据的规则，窗口的具体实现可以分为4类：滚动窗口（Tumbling Window）、滑动窗口（Sliding Window）、会话窗口（Session Window），以及全局窗口（Global Window）。

(1）滚动窗口（Tumbling Windows）

滚动窗口有固定的大小，是一种对数据进行“均匀切片”的划分方式。窗口之间没有重叠，也不会有间隔，是“首尾相接”的状态。这是最简单的窗口形式，每个数据都会被分配到一个窗口，而且只会属于一个窗口。
滚动窗口可以基于时间定义，也可以基于数据个数定义；需要的参数只有一个，就是窗口的大小（window size）。比如我们可以定义一个长度为1小时的滚动时间窗口，那么每个小时就会进行一次统计；或者定义一个长度为10的滚动计数窗口，就会每10个数进行一次统计。

滚动窗口应用非常广泛，它可以对每个时间段做聚合统计，很多BI分析指标都可以用它来实现。

（2）滑动窗口（Sliding Windows）

当滑动步长小于窗口大小时，滑动窗口就会出现重叠，这时数据也可能会被同时分配到多个窗口中。而具体的个数，就由窗口大小和滑动步长的比值（size/slide）来决定。
滚动窗口也可以看作是一种特殊的滑动窗口——窗口大小等于滑动步长（size = slide）。

滑动窗口适合计算结果更新频率非常高的场景

（3）会话窗口（Session Windows）

会话窗口，是基于“会话”（session）来来对数据进行分组的。会话窗口只能基于时间来定义。

会话窗口中，最重要的参数就是会话的超时时间，也就是两个会话窗口之间的最小距离。如果相邻两个数据到来的时间间隔（Gap）小于指定的大小（size），那说明还在保持会话，它们就属于同一个窗口；如果gap大于size，那么新来的数据就应该属于新的会话窗口，而前一个窗口就应该关闭了。

在一些类似保持会话的场景下，可以使用会话窗口来进行数据的处理统计。

（4）全局窗口（Global Windows）

“全局窗口”，这种窗口全局有效，会把相同key的所有数据都分配到同一个窗口中。这种窗口没有结束的时候，默认是不会做触发计算的。如果希望它能对数据进行计算处理，还需要自定义“触发器”（Trigger）。

全局窗口没有结束的时间点，所以一般在希望做更加灵活的窗口处理时自定义使用。Flink中的计数窗口（Count Window），底层就是用全局窗口实现的。

** 6.3 窗口API概览**

1）按键分区（Keyed）和非按键分区（Non-Keyed）

如果没有进行keyBy，那么原始的DataStream就不会分成多条逻辑流。这时窗口逻辑只能在一个任务（task）上执行，就相当于并行度变成了1。

stream.keyBy(...)
       .window(...)


stream.windowAll(...)

2）代码中窗口API的调用

窗口操作主要有两个部分：窗口分配器 （Window Assigners） 和窗口函数 （Window Functions）。

stream.keyBy(<key selector>)
       .window(<window assigner>)
       .aggregate(<window function>)

6.4 窗口分配器

定义窗口分配器（Window Assigners）是构建窗口算子的第一步，它的作用就是定义数据应该被“分配”到哪个窗口。所以可以说，窗口分配器其实就是在指定窗口的类型。

窗口分配器最通用的定义方式，就是调用.window()方法。这个方法需要传入一个WindowAssigner作为参数，返回WindowedStream。如果是非按键分区窗口，那么直接调用.windowAll()方法，同样传入一个WindowAssigner，返回的是AllWindowedStream。
窗口按照驱动类型可以分成时间窗口和计数窗口，而按照具体的分配规则，又有滚动窗口、滑动窗口、会话窗口、全局窗口四种。除去需要自定义的全局窗口外，其他常用的类型Flink中都给出了内置的分配器实现，我们可以方便地调用实现各种需求。

时间窗口

// 滚动处理时间窗口
stream.keyBy(...)
       .window(TumblingProcessingTimeWindows.of(Time.seconds(5)))
       .aggregate(...)
// 滑动处理时间窗口
stream.keyBy(...)
       .window(SlidingProcessingTimeWindows.of(Time.seconds(10)，Time.seconds(5)))
       .aggregate(...)
// 绘画时间窗口 
// .withGap()方法需要传入一个Time类型的参数size，表示会话的超时时间，
// 也就是最小间隔session gap。我们这里创建了静态会话超时时间为10秒的会话窗口。
stream.keyBy(...)
       .window(ProcessingTimeSessionWindows.withGap(Time.seconds(10)))
       .aggregate(...)

计数窗口

// 我们定义了一个长度为10的滚动计数窗口，当窗口中元素数量达到10的时候，就会触发计算执行并关闭窗口。
stream.keyBy(...)
       .countWindow(10)

// 我们定义了一个长度为10、滑动步长为3的滑动计数窗口。
// 每个窗口统计10个数据，每隔3个数据就统计输出一次结果。
stream.keyBy(...)
       .countWindow(10，3)