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”。
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。
1.窗口
1.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)
在Flink中,将流切割成有限大小的多个窗口;每个数据都会分发到对应的窗口中,当到达窗口结束时间时,就对每个窗口中收集的数据进行计算处理。
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。
2.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”。
- 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。 - 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。
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)。
- 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。
- 滑动窗口(Sliding Windows)
滑动窗口的大小也是固定的。但是窗口之间并不是首尾相接的,而是可以“错开”一定的位置。
定义滑动窗口的参数有两个:除去窗口大小
(window size)之外,还有一个“滑动步长
”(window slide),它其实就代表了窗口计算的频率。窗口在结束时间触发计算输出结果,那么滑动步长就代表了计算频率。
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
- 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。
会话窗口的长度不固定,起始和结束时间也是不确定的,各个分区之间窗口没有任何关联。会话窗口之间一定 是不会重叠的,而且会留有至少为size的间隔(session gap)。
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。
- 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。